Vorbereitung KA-2013-14 - Karl-Brachat

ÜBUNGSAUFGABEN ZUR PHY-ARBEIT
Aufgabe 1
m
Ein schwebender Hubschrauber (m=1000 kg) wird mit einer Beschleunigung von 5 s²
nach oben bewegt. Welche Kraft ist dafür notwendig?
LSG: Schwebeflug (9810 N) + Steigflug (5000 N) = 14810 N
Aufgabe 2
km
Ein Zug nähert sich dem Bahnhof mit einer Geschwindigkeit von 98 h . Der Zug kann in
einer Minute zum Stehen gebracht werden. Berechne den Bremsweg.
m
LSG: a=0,45
s² s=816 m
Aufgabe 3
Ein PKW erfährt durch die Kraft F=2,25 kN die Beschleunigung a=3 m . Berechne die
s²
Masse des Fahrzeugs.
LSG: m=750 kg
Aufgabe 4
m
Ein PKW (1000 kg) wird in 20 s auf 20 s beschleunigt. Berechne die dazu erforderliche
Kraft.
m
LSG: a=1 s²
F=1000 N
Aufgabe 5 (sehr schwer!!!)
Eine Rakete stößt pro 1s eine Gasmasse von 10 kg aus, die mit einer Geschwindigkeit
m
von 500
entweicht. Der Tankinhalt lässt die Rakete während der
s
Beschleunigungsphase eine Strecke von 36 km zurücklegen.
m
a) Welche (Schub-)Kraft wirkt auf die Rakete? LSG: a=500 s²
F=5000 N
b) Berechne die Brenndauer. LSG: t=12 s
c) Mit welcher Geschwindigkeit fliegt die Rakete im luft- und schwerelosem Raum
weiter? LSG: v=6000 m =21600 km
s
h
Aufgabe 6 (schwer!!!)
Ein "Luftkissenspringer" lässt sich von einem 50 m hohen Turm auf ein Luftkissen fallen.
Mit welcher Geschwindigkeit kommt er auf?
Beim Aufprall wird er mit 7g abgebremst.
Wir hoch muss das Luftkissen sein und wie schwer ist der Springer, wenn während des
Abbremsens eine Kraft von 4,1 kN auf ihn einwirkt?
LSG: v=31,4 m
7g=68,67 m s=7,3m m=59,7kg
s
s²
Aufgabe 7
Ein Schlitten wiegt mit dem Fahrer 80 kg und wird mit einer Kraft von 50 N beschleunigt.
Berechne die Beschleunigung, wenn die Reibungskraft 10 N beträgt.
LSG: a=0,5 m
s²
Aufgabe 8
m
Ein Handwagen wird in 3 s auf 3 s beschleunigt.
a) Die Wagenmasse wird verdoppelt, die Zugkraft bleibt gleich. Wie viel Zeit vergeht,
um die gleiche Geschwindigkeit zu erhalten?
b) Welche Kraft muss aufgebracht werden, um die Zeit bei 3 s zu belassen?
Für a) und b) gilt: BERECHNE anhand eines Beispiels oder BEGRÜNDE absolut
SCHLÜSSIG
Aufgabe 9
km
Ein Auto fährt mit 50 h gegen eine Wand. Aus welcher Höhe müsste ein Körper fallen,
um dieselbe (Aufprall-)Geschwindigkeit zu erreichen?
(Lösung: s = 9,6 m)
Aufgabe 10
m
Aus welcher Höhe müsste ein Körper fallen, damit er die Schallgeschwindigkeit (330 s )
erreicht? Luftwiderstand wird nicht berücksichtigt. (Lösung: s = 5550,7 m)
Aufgabe 11
km
Ein Auto fährt mit 70
als plötzlich ein Hindernis auftaucht. Das Auto wird mit einer
h
Vollbremsung auf nassem Asphalt (2,5
m
) abgebremst.
s²
Berechne jeweils den Anhalteweg nach den Faustformeln und den physikalischen
Formeln.
(Lösung: Faustformel = 70 m, physikalische Berechnung = 95,04 m)
Aufgabe 12
Ein Körper fällt aus einer Höhe von 130 m frei herab. Nach welcher Zeit und mit welcher
Geschwindigkeit trifft er auf dem Boden auf.
(Lösung: t = 5,15 s, v = 50,52 m/s)
Aufgabe 13
Nach welcher Zeit hört man einen Stein aufschlagen, der in einen 400 m tiefen Brunnen
m
fällt. Schallgeschwindigkeit: 330 s (Lösung: t = 10,24 s)
Aufgabe 14
Während der letzten Fußball-WM war ein Mann über ein Spiel seiner Mannschaft so
verärgert, dass er sein Fernsehgerät durch das Fenster aus dem 6. Stock (17 m) warf.
Wie lange war das Fernsehgerät unterwegs bis es sich beim Aufprall in seine Kleinteile
auflöste und mit welcher Geschwindigkeit kam es unten an?
(Lösung: t = 1,86 s, v = 18,25 m/s)
Aufgabe 15
Ein Motorrad mit einer Gesamtmasse von 250 kg erreicht aus dem Stand nach 15 s eine
km
Geschwindigkeit von 216 h . Berechne:
m
a) die Beschleunigung (LSG: a = 4 s ² )
b) die Länge des zurückgelegten Weges. (LSG: s = 450 m)
c) Erstelle eine Tabelle und zeichne das Geschwindigkeits-Zeit- und das Weg-ZeitDiagramm für 0 ,2 ,4 ,6 ,8 und 10 s.
d) Mit welcher Kraft wird das Motorrad beschleunigt? (LSG: F = 1000 N = 1 kN)
Aufgabe 16
Eine Rakete wird im luft- und schwerelosem Raum 10 s beschleunigt und fliegt dann
antriebslos weiter. Skizziere das v-t-Diagramm.
Aufgabe 17
km
Ein Fahrzeug erreicht in 6s eine Geschwindigkeit von 108 h .
Erstelle das v-t- und s-t-Diagramm der Bewegung mit Hilfe der Wertetabellen.
Aufgabe 18
m
Ein Flugkörper beschleunigt über eine Strecke von 1 km mit 31,25
Berechne die
s²
km ).
Beschleunigungszeit und die erreichte Geschwindigkeit (in m und
h
s
(LSG: t = 8 s, v = 250 m/s = 900 km/h)
Aufgabe 19
Ein Fahrzeug beschleunigt 10 s lang und legt dabei eine Strecke von 200 m zurück.
km
Berechne die Beschleunigung und die erreichte Geschwindigkeit (in m und ).
h
s
(LSG: a = 2 m/s^2, v = 20 m/s = 72 km/h)
Aufgabe 20
m
Eine Lok wird aus dem Stand 5 s lang mit 1,5
beschleunigt und weitere 5 s mit der
s²
erreichten Geschwindigkeit gefahren.
a) Zeichne jeweils ein v-t- und ein s-t-Diagramm der Gesamtbewegung.
b) Welche Endgeschwindigkeit erreicht die Lok? (Berechne!) (LSG: v = 7,5 m/s)
c) Welche Gesamtstrecke legt sie zurück? (Berechne!)
(LSG: s1 = 18,75 m, s2 = 37,5 m, s (gesamt) = 56,25 m)
Lösung Afg. 15
v - t - Diagramm
v [m/s]
0,0
8,0
16,0
24,0
32,0
40,0
s [m]
0,0
8,0
32,0
72,0
128,0
200,0
50
40
v [m/s]
t [s]
0
2
4
6
8
10
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
t [s]
s - t - Diagramm
250
200
s [m]
150
100
50
0
0
2
4
6
t [s]
Lösung Afg. 16
8
10
12
12
Lösung Afg. 17
v [m/s]
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
v - t - Diagramm
s [m]
0,0
2,5
10,0
22,5
40,0
62,5
90,0
40
30
v [m/s]
t [s]
0
1
2
3
4
5
6
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
t [s]
s - t - Diagramm
100
s [m]
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
7
t [s]
v - t - Diagramm
Lösung Afg. 18
v [m/s]
0,00
1,50
3,00
4,50
6,00
7,50
7,50
7,50
7,50
7,50
7,50
s [m]
0,00
0,75
3,00
6,75
12,00
18,75
26,25
33,75
41,25
48,75
56,25
8
6
v [m/s]
t [s]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
t [s]
s - t - Diagramm
60
50
s [m]
40
30
20
10
0
0
2
4
6
t [s]
8
10
12