Tutorium Physik 1. Arbeit, Energie, Leistung

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Tutorium Physik 1.
Arbeit, Energie, Leistung
WS 15/16 | 1.Semester | BSc. Oec. und BSc. CH
| 9.2015 | Tutorium Physik 1 | Arbeit, Energie, Leistung | Großmann |
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3. ARBEIT, ENERGIE, LEISTUNG
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3.1 Energie: Aufgabe (*)
a. Was ist Energie?
b. Worin liegt der Unterschied zwischen kinetischer und
potentieller Energie?
c. Welche Einheit hat die Energie und aus welchen SIEinheiten setzt sich diese zusammen?
d. Was besagt der Energieerhaltungssatz und was ergibt
sich daraus für das Perpetuum Mobile?
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3.2 Transporter: Aufgabe (*/**/**)
Ein Transporter mit einer Masse von m = 3,8 t fährt mit einer
Geschwindigkeit von v = 108 km/h.
a. Wie groß ist die kinetische Energie Ekin des
Transporters?
b. Wie groß ist die Geschwindigkeit v des Transporters,
wenn die kinetische Energie durch Bremsen halbiert
wird?
c. Wie groß ist die kinetische Energie, wenn die
ursprüngliche Geschwindigkeit des Transporters
verdoppelt wird?
Setzen Sie die ursprüngliche kinetische Energie ins
Verhältnis zur hier berechneten Energie und
interpretieren Sie das Ergebnis.
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3.3 Kugel: Aufgabe (***)
Eine Kugel mit der Masse von m = 100 g ist an einem Faden
von l = 80 cm Länge befestigt. Sie wird bis zur horizontalen
Lage des Fadens ausgelenkt und dann losgelassen.
Hinweis: Skizze anfertigen!
a. Wie groß ist die kinetische Energie Ekin der Kugel im
tiefsten Punkt der Kreisbahn?
b. Wie ändert sich die Geschwindigkeit v der Kugel im
tiefsten Punkt, wenn die Kugel eine doppelt so große
Masse m hätte?
c. Wie groß ist die Geschwindigkeit v der Kugel, wenn sie
aus gleicher Höhe h ohne Aufhängung frei fällt?
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3.4 Winde und Ramme: Aufgabe (**)
Eine Winde zieht eine Ramme (m = 850 kg)
h1 = 3,5 m hoch, um diese anschließend auf
einen Pflock fallen zu lassen.
a. Wie ändert sich die Energieform während des
Rammvorgangs?
b. Wie groß ist die potentielle Energie Epot, wenn die Masse
m oben ist?
c. Mit welcher Geschwindigkeit v prallt diese auf den
Pflock?
d. Wie groß ist die Summe der Energie auf h2 =1,75 m?
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3.5 Arbeit und Leistung: Aufgabe (*)
a.
Definieren Sie die Begriffe Arbeit und Leistung. Wie
lauten die zugehörigen Einheiten?
b.
Was kann man über die Arbeit W unter Einfluss der
Gravitationskraft Fg sagen?
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3.6 Last anheben: Aufgabe (**)
Eine Last mit der Masse m = 0,2 t soll auf eine Höhe
h = 4.000 mm gehoben werden.
Bestimmen Sie die Arbeit W, die dazu notwendig ist. Geben
Sie die Ergebnisse in J und kJ an.
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3.7 Förderband: Aufgabe (**)
Ein Förderband fördert eine Kiste mit m = 1 t
über eine waagerechte Strecke von s = 75 m
(Reibung wird nicht berücksichtigt).
a.
Welche Arbeit wird verrichtet?
b.
Welche Arbeit wird verrichtet, wenn durch die
Beförderung der Kiste eine Höhendifferenz von
∆h = 5 m überwunden wird? (in kJ)
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3.8 Mehl: Aufgabe
Ein Mitarbeiter trägt einen Sack Mehl mit einem Gewicht von
m = 0,05 t über eine Treppe eine Höhe von h = 10 m hinauf.
a. Berechnen Sie die Arbeit W, die er dabei verrichtet hat.
Beachten Sie das Vorzeichen!
b. Welche Geschwindigkeit v hätte der Sack Mehl bei
Aufprall auf den Boden, wenn der Mitarbeiter den Sack
aus der gleichen Höhe h zum Erdboden fallen ließe?
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3.9 Leistung: Aufgabe (*)
Wie hoch wird ein Körper gehoben, wenn er eine Masse von
m = 50.000 g besitzt und dazu eine Leistung von
P = 735,75 Nm/s in einer Zeit t = 20 s aufgebracht werden
muss?
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3.10 Bewegungsenergie: Aufgabe (**)
Ein PKW mit einer Masse m = 750 kg fährt mit einer
Geschwindigkeit v = 80,0 km/h. Wie groß ist die kinetische
Energie in kNm?
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3.11 Kran: Aufgabe (**)
Ein Kran hebt ein Betonfertigteil mit der Masse m = 2 t in
einer Zeit t = 60 s in eine Höhe h = 15 m. Wie groß ist die
vom Motor aufzubringende Leistung P in kW?
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3.12 Bergbesteigung: Aufgabe (**)
Ein Mann mit einem Gewicht von G = 800 N bewältigt bei
einer Bergbesteigung den Höhenunterschied von h = 720 m
in insgesamt t0= 2,5 h. Berechnen Sie die durchschnittliche
Leistung in W.
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3.13 Ball: Aufgabe (**)
Welche Arbeit in J braucht man, um einen Ball mit der
Masse m = 500 g auf eine Geschwindigkeit v = 15 m/s zu
beschleunigen?
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3.14 Lore: Aufgabe (**)
Eine Lore soll innerhalb einer Zeit t = 1,5 min auf eine Höhe
von h = 20 m befördert werden. Wie schwer in kN darf die
Lore maximal sein, wenn der Antriebsmotor eine Leistung
von P = 5 PS hat?
Hinweis: 1 PS = 736 W
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