Aufg.

Physik für Studierende der Fachrichtungen
Biologie / Biochemie / Pharmazie
Aufgaben 4:
31.10.-6.11.2016
31.
Ein Messingdraht sei 960 cm lang und habe einen Durchmesser von d = 0,8 mm
(kreisförmiger Querschnitt). Auf welche Länge l‘ wird dieser Draht durch Anhängen einer
Masse von m = 5,7 kg gedehnt, wenn der Elastizitätsmodul E = 89·109 Nm-2 ist?
32.
An einer Federwaage hängt eine Masse von m1 = 5 kg. Die Feder wird dabei um 50 mm
gedehnt. Zusätzlich zur ersten Masse wird nun eine zweite Masse m2 angehangen, wodurch
die Feder um weitere 15 mm gedehnt wird. Die Fallbeschleunigung g kann gleich 10 ms-2
gesetzt werden.
a)
Welchen Wert hat die Federkonstante D?
b)
Welche Masse m2 wurde zusätzlich angehangen?
c)
Um welchen Betrag ändert sich die Spannarbeit der Feder durch Anhängen der Masse
m2?
33. In der Abbildung sind für vier verschiedene
Materialien die Spannungs-/Dehnungskurven
dargestellt. Das Hookesche Gesetz gilt für die
folgenden Kurven:
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
1 und 2
1 und 3
2 und 3
2 und 4
3 und 4
34. Welcher Elastizitätsmodul resultiert aus dem dargestellten Spannungs-Dehnungs-Diagramm für
das hier verwendete Material?
35.
Die relative Volumenänderung bei der einfachen Dehnung kann mit Hilfe der Formel
V / V = (1 – 2 · ) ·  berechnet werden. Welchen Wert hat V / V für ein Material mit
dem Elastizitätsmodul 109 Pa und der Poissonschen Zahl 0,25, wenn es unter einer
Zugspannung von 106 Pa steht?
36.
Treffen Sie die richtige Zuordnung zwischen dem Länge-Zeit-Verhalten eines elastischen ,
viskösen und viskoelastischen Elements und des ihn verursachenden Kraft-Zeit-Verlaufs.
37. Ein mit Wasser (inkompressibel) gefüllter, kugelförmiger Vorratsbehälter sei der Schwerkraft
unterworfen. In einem zylindrischen Rohransatz befindet sich ein beweglicher Stempel (siehe
Skizze), mit dem die Kraft F auf die Flüssigkeit ausgeübt wird. Welches Diagramm (A) bis (E)
gibt die Abhängigkeit des Druckes p (Summe aus Stempeldruck und Schweredruck) von der
Wassertiefe x richtig wieder?
38.
Die Höhendifferenz der Flüssigkeitssäulen in den Schenkeln eines
wassergefüllten U-Rohr-Manometers beträgt h=10 cm. Etwa welche
Druckdifferenz p2 - p1 zeigt das Manometer an (g = 10 m · s-2)?
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
0,1 Pa
1 Pa
10 Pa
100 Pa
1000 Pa
39. Eine Pumpe soll Wasser 20 m nach oben befördern. Auf welchen Druck muss die Pumpe
mindestens ausgelegt sein (Wasser = 1 g/cm3)?
40.
Auf den einen Stempel (Fläche 100 cm2) einer hydraulischen Presse wird eine Kraft von 15 N
ausgeübt, wobei bei der Kompression einer Probe ein Weg von 8 cm zurückgelegt wird. Die
am anderen Stempel (Fläche 400 cm2) angreifende Kraft und der zurückgelegte Weg dieses
Stempels sind gegeben durch
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
Kraft
7,5 N
30 N
30 N
60 N
60 N
Weg
16 cm
4 cm
2 cm
4 cm
2 cm
Lösungen zur Vorwoche:
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
aus ar = 2 r und  = 2 T-1 folgt ar = 0,034 m s-2
1 570 s-1
(A)
hier gilt Wpot = F h; Wpot = 8000 J
mit dem Energieerhaltungssatz folgt h = 3,54 m
1136 m
(B)
M = F r = m g d/2 = 0,74 Nm
Hier ergibt sich der Ansatz: M1 +M2 = M3; F2 = 1000 N
(E)