Lernziele SW 8 1. Geschwindigkeit als Energiebeladungsmass des

Lernziele SW 8
1. Geschwindigkeit als Energiebeladungsmass des
Impulsstromes
2. Prozessleistung in der Translationsmechanik
3. kinetische Energie
4. Energieumsatz bei einem Stoss
5. Leistung einer Kraft
6. Kraft-Weg-Diagramm und Arbeit dieser Kraft
Teilelastischer Stoss
Ein Güterwagen (Masse 80 t) prallt mit 3 m/s
gegen einen zweiten (Masse 40 t).
Teilelastischer Stoss: Fragen
1.
2.
Wie weit bewegt sich der auflaufende Wagen in den ersten zwei Sekunden?
Wie weit fahren die Puffer in der ersten Stossphase (bis etwa 0.3 Sekunden)
ein (Gesamthub)?
3. Wie gross sind die Beschleunigungen der beiden Wagen zum Zeitpunkt 1 s?
4. Wie gross sind die Beschleunigungen der beiden Wagen zum Zeitpunkt 2 s?
5. Wie viel Impuls fliesst in der ersten Stossphase (bis etwa 0.3 Sekunden) aus
dem auflaufenden Wagen weg?
6. Wie gross ist die Kraft vom auflaufenden Wagen auf den anfänglich ruhenden
zum Zeitpunkt 2 s?
7. Wie gross ist dann die Kraft vom anfänglich ruhenden Wagen auf den
auflaufenden Wagen?
8. Wie gross ist die Reibkraft auf den anfänglich ruhenden Wagen zum
Zeitpunkt 1 s?
9. Wie gross ist die dann Leistung dieser Kraft zum Zeitpunkt 1 s?
10. Wie viel Impuls und wie viel Energie speichert dieser Wagen dann?
11. Wie gross ist dann die Änderungsrate der kinetischen Energie?
Windenstart 1
Ein Segelflugzeug (Masse 500 kg) erfährt beim Windenstart in der ersten Sekunde
eine mittlere Beschleunigung von 7 m/s2. In der zweiten Sekunde beträgt die
Beschleunigung im Mittel 9 m/s2 und in der dritten Sekunde 8 m/s2. Nach diesen
drei Sekunden hebt das Flugzeug ab.
1.
2.
Skizzieren Sie das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm für die ersten drei
Sekunden unter der Annahme, dass die Beschleunigung während der ersten,
zweiten und dritten Sekunde je konstant ist.
Berechnen Sie die Strecke, die das Flugzeug in diesen drei Sekunden
zurücklegt.
Windenstart 2
3.
4.
5.
Die Kraft bei der Winde auf das Stahlseil (Masse 100 kg) beträgt zum Zeitpunkt
2.5 s 5400 N. Skizzieren Sie für diesen Zeitpunkt ein Flüssigkeitsbild für
Flugzeug und Seil und zeichnen Sie alle Impulsströme ein. Nehmen Sie an, dass
die Reibung des Seils am Boden, die Reibung des Flugzeuges am Boden und
der Luftwiderstand zu diesem Zeitpunkt gleich gross sind.
Ordnen Sie den Impulsströmen je einen Energiestrom zu.
Wo werden Impulsströme mit Energie beladen und wo geben die
Impulsströme Energie frei? Berechnen Sie die Prozessleistungen.
Windenstart 3
6.
7.
8.
Wie gross ist die kinetische Energie des Flugzeuges zu diesem Zeitpunkt und
mit welcher Rate ändert sich diese Energie?
Zeichnen Sie alle Kräfte ein, die auf das Flugzeug einwirken.
Berechnen Sie die Leistungen aller Kräfte.
Seilziehen: Impulsstrom
positive Richtung
350 N
350 N
50 N
350 N
350 N
50 N
Die „Seilkraft“ beträgt in beiden Situationen 350 N. Das Rollbrett (Masse 5 kg) wird in
beiden Situationen mit 50 N gebremst. Rechts zieht Bruno (Masse 55 kg) und links Anton
(Masse 75 kg). Das Rollbrett bewegt sich im Moment mit 2 m/s nach rechts (1. Situation)
oder nach links (2. Situation).Die positive Richtung zeigt nach rechts.
Wie fliesst der Impuls in den beiden Anordnungen? Wie stark sind die Impulsströme?
Seilziehen: Kräfte
positive Richtung
350 N
350 N
50 N
350 N
350 N
50 N
Seilziehen: Flüssigkeitsbild
positive Richtung
350 N
350 N
50 N
350 N
350 N
50 N
350 N
2 m/s
50 N
350 N
50 N
Systems Physics
80 kg
55 kg
75 kg
60 kg
www.pegaswiss.ch
-2 m/s
Seilziehen: Energie
positive Richtung
350 N
350 N
350 N
2 m/s
50 N
700 W
50 N
100 W
100 W
50 N
350 N
350 N
700 W
350 N
50 N
Systems Physics
80 kg
55 kg
75 kg
60 kg
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-2 m/s