Musterex: (60 min) Themen: Winkelgeschwindigkeit

Musterex:
Themen:
(60 min)
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Winkelgeschwindigkeit
Radialbeschleunigung und Zentripetalkraft
Erlaubte Hilfsmittel (an der Prüfung): TR und Regelwerke der DMK / DPK.
Falls nicht anders erwähnt, soll stets gelten g = 10 m / s2.
1.
Wie gross ist die Winkelgeschwindigkeit bei der Erdrotation und wie gross ist die
Zentrifugalbeschleunigung am Äquator ausgedrückt in g (g = 9.8m / s2)? Die Erde sei eine Kugel mit Radius 6371 km und einer Umlaufzeit von 24 h.
2.
Ein Körper bewegt sich gleichförmig auf einer Kreisbahn mit Bahnradius 90 cm
um eine horizontale Achse. Für welche Bahngeschwindigkeiten ist die die auf
den Körper wirkende Fliehkraft stets grösser als die Gewichtskraft des Körpers?
3.
Die vier Räder eines Fahrzeugs mit einem Durchmesser von 60 cm sind mit je
fünf 16 g schweren Radmuttern im Abstand von 11 cm von der Radnabe
befestigt. Welche Zentrifugalkraft wirkt auf eine einzelne Radmutter wenn das
Fahrzeug mit 54 km / h fährt?
4.
Eine Ameise bewegt sich auf einer rotierenden Scheibe auf welcher sie mit einem Haftreibungskoeffizienten von 0.8 haftet. Wie weit kann sie sich von der
Drehachse entfernen ohne dass sie durch Fliehkräfte von der Scheibe befördert
wird, wenn sich die Scheibe mit 75 U / min dreht?
5.
Ein Fahrzeug durchfährt auf einer Achterbahn den höchsten Punkt eines Loopings mit einer Geschwindigkeit von 12 m / s. Mit welcher Kraft drückt das Fahrzeug dort auf die Schienen, wenn es samt Insassen 280 kg wiegt und der
Krümmungsradius der Bahn 9 m misst?
Musterlösungen:
1.
-1
-5 -1
2
-5 -1 2
 = 2 / T = [2 / (24 · 3600)] s = 7.272 · 10 s . aZp =  · r = (7.272 · 10 s ) ·
6’371’000 m / s2 = 0.0337 m / s2  aZp / g = 0.0337 (m / s2) / (9.8 m / s2)  aZp =
0.0034 g.
2.
aZp = v2 / r > g  v >
3.
Bahngeschwindigkeit: v = (15 m / s) · (11 / 30) = 5.5 m / s  FZp = m v2 / r = [0.016
gr =
10 · 0.9 m / s = 3 m / s.
· 5.52 / 0.11] N = 4.4 N.
4.
m2 r  H mg  r  H g / 2 = H g / (150 / t)2 = [0.8 · 10 / (150 / 60)2] m = 13.0
cm.
5.
F = FZp – FG = m [(v2 / r) – g] = 280 [(122 / 9) – 10] N = 1.68 kN