Ubungen zur Physik 1 – Blatt 5

Prof. T. Esslinger
Dr. T. Donner
Übungen zur Physik 1 – Blatt 5
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(Dated: Abgabetermin Freitag, 26. Oktober 2012, 9:30 Uhr, Briefkästen der Assistenten im Foyer HPF (D-Stock))
I.
KRAFT, ARBEIT UND POTENTIAL (2 PUNKTE)
Richtig oder falsch? Begründen Sie Ihre Antwort.
1. Eine Kraft, die senkrecht zu der Geschwindigkeit eines Teilchens wirkt, verrichtet keine Arbeit.
2. Nur konservative Kräfte können Arbeit verrichten.
3. Solange nur konservative Kräfte wirken, ändert sich die kinetische Energie eines Teilchens nicht.
II.
STROMGEWINNUNG (2 PUNKTE)
Ein w = 800 m breiter und h = 100 m hoher Staudamm sei vollständig mit Wasser gefüllt. Das Wasserkraftwerk am
Fuss der Staumauer produziert eine elektrische Leistung von P = 2000 MW. Wie viele Kubikmeter Wasser müssen pro
Sekunde am untersten Punkt der Staumauer abgelassen werden, um diese elektrische Leistung zu gewinnen? (Nehmen
Sie an, dass η = 92% der Arbeit in elektrische Energie umgewandelt werden).
III.
KINETISCHE UND POTENTIELLE ENERGIE (3 PUNKTE)
Ein Ball der Masse m wird aus einer Höhe h0 mit Anfangsgeschwindigkeit v0 vertikal nach oben geworfen. Die
Luftreibung soll im Folgenden vernachlässigt werden.
1. Bestimmen Sie Geschwindigkeit v(t) und Höhe h(t) des Balls als Funktion der Zeit.
2. Berechnen Sie die kinetische Energie Ekin (t) und potentielle Energie Epot (t) des Balls als Funktion der Zeit.
3. Zeigen Sie, dass die Gesamtenergie E(t) = Ekin (t) + Epot (t) erhalten ist, i.e. E(t) hängt nicht von der Zeit t ab.
4. Stellen Sie Ekin (t), Epot (t) und E(t) als Funktion der Zeit graphisch dar. Verwenden Sie folgende Zahlenwerte:
h0 = 1.5 m, m = 100 g, v0 = 15 m/s.
IV.
BACHELOR-ÜBUNGSAUFGABE: ARBEIT (3 PUNKTE)
1. Ein zylinderförmiger Holzklotz (Länge L und Radius R) taucht im Gleichgewicht um z = 2/3L in Wasser ein.
Berechnen Sie die Arbeit welche beim Herausziehen des Zylinders aus dem Wasser verrichtet werden muss.
Hinweis: Die Auftriebskraft entspricht dem Betrage nach der Gewichtskraft des vom Holzklotz verdrängten
Wassers. Die Höhe des Wasserspiegels ändere sich beim Herausziehen nicht. Fertigen Sie eine Skizze an.
2. Setzen Sie in das Ergebnis der Rechnung von Teilaufgabe 1 folgende Zahlenwerte ein und bestimmen Sie den
Zahlenwert der verrichteten Arbeit: Radius R = 20 cm und Länge L = 30 cm.
∗ Aufgaben
und Lösungen sind auch erhältlich unter www.quantumoptics.ethz.ch → Lectures