4. Übung - physik.fh

4. Physikübung SS 2015
Arbeit/Energie
1. Aufgabe
Ein Skifahrer der Masse m = 65 kg fährt ohne Reibungsverluste einen Abhang
hinunter, der einen (konstanten) Neigungswinkel von 25◦ hat. Der Fahrer startet
aus der Ruheposition in einer Höhe h = 25 m.
a) Welche Arbeit wird von allen beteiligten Kräften an dem Skifahrer verrichtet?
b) Die Skipiste wurde so präpariert, dass ein Reibungskoezient von 0,4 herrscht.
Welche Arbeit wird von der Reibungskraft verrichtet?
2. Aufgabe
Ein Glas mit der Masse m = 500 g gleitet mit einer konstanten Geschwindigkeit v0
reibungsfrei über eine horizontale Theke. Das Glas rutscht auf eine Feder zu, deren
Federkonstante k = 100 N/m beträgt. Die maximale Stauchung der Feder beträgt
d = 10 cm.
a) Welche Geschwindigkeit v0 hat die Masse?
b) Welche Arbeit wird von der Feder bei der Stauchung um d = 10 cm verrichtet?
c) Welche Geschwindigkeit v ′ hat das Glas nach einer Stauchung der Feder auf 12 d?
3. Aufgabe
Der Motorradfahrer fährt innerhalb einer kreisförmigen Walze (r = 10 m). Bei seinen Loopings hat er am höchsten Punkt der Kreisbahn eine tangentiale Geschwindigkeit von 10 m/s. Die Masse des Motorrades (inklusive Fahrer) beträgt 405 kg.
Welche Normalkraft übt die Walze aus, wenn der Fahrer den tiefsten Punkt der
Kreisbahn erreicht. Nehmen Sie an, dass er nach Erreichen des höchsten Punktes
der Kreisbahn kein Gas mehr gibt. (Hinweis: Vernachlässigen Sie die Reibung.)
4. Aufgabe
Eine negativ geladene Platte ist Ursache für ein homogenes Feld E = 1000 N/C.
Ein Elektron (me = 9, 11 · 10−31 kg, qe = 1e = 1, 6 · 10−19 C) wird parallel zu den
Feldlinien in Richtung Platte geschossen. Seine Anfangsgeschwindigkeit beträgt
v = 2 · 106 m/s. Aus welcher Höhe über der Platte muss das Elektron geschossen
werden, damit es gerade die Platte erreicht? (Hinweis: Sie dürfen den Einuss der
Gravitation vernachlässigen.)
Übungen zum Selbsttest
Aufgabe 1
Eine Bungeespringerin der Masse m = 61kg steht in einer Höhe von H = 45 m auf
einer Brücke über einem Fluss. Das elastische Bungeeseil besitzt im entspannten
Zustand eine Länge L = 25 m. Nehmen Sie an, dass für das Seil das Hook'sche
Gesetz gilt, mit einer Federkonstanten von k = 160 N/m. Wenn die Springerin
ihren tiefsten Punkt oberhalb des Wassers erreicht, wie groÿ ist dann die Höhe h
ihrer Füÿe über dem Wasser?
Lösung: h =
2,1 m.
2. Aufgabe
Ein Elektron wird in einem homogenen elektrischen Feld parallel zu den elektrischen Feldlinien verschoben.
a) Ist die vom elektrischen Feld verrichtete Arbeit positiv oder negativ?
b) Welche Arbeit wird vom elektrischen Feld verrichtet, wenn das Elektron sich
senkrecht zu den Feldlinien bewegt?
c) Wie ändert sich die potentielle Energie für die Fälle a) und b)? Wird sie gröÿer,
kleiner oder bleibt sie gleich?
D. Samm
4. Physikübung, SS 2015
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