3. Übung – Energie & Erhaltungssätze

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PhysikmitExperimenten
3.Übung–Energie&Erhaltungssätze
WS2015/16
Physik mit Experimenten
3. Übung – Energie & Erhaltungssätze
1. Aufgabe
Eine 55kg schwere Person springt von Bord eines 75kg schweren Kanus ins Wasser. Das Kanu
befindet sich anfangs in Ruhe. Wie schnell und in welche Richtung bewegt sich das Kanu, wenn die
m
Person mit einer Horizontalgeschwindigkeit von 2,5 abgesprungen ist?
s
2. Aufgabe
m
Ein 5kg schwerer Körper stößt mit 4 frontal auf einen 10kg schweren zweiten Körper, der ihm mit
s
3m/s entgegenkommt. Durch den Stoß kommt der schwerere Körper zum Stillstand.
a. Berechnen Sie die Endgeschwindigkeit des leichteren Körpers.
b. Ist der Stoß elastisch? Begründen Sie!
3. Aufgabe
Ein 1500kg schweres Auto fährt mit 70km/h nach Norden. An einer Kreuzung stößt es mit einem
2000kg schweren Auto zusammen, das mit 55 km/h nach Westen fährt. Beide Autos bleiben
aneinhander haften rutschen nach dem Stoß gemeinsam weiter.
a. Geben Sie den Gesamtimpuls des Systems vor dem Stoß an.
b. Berechnen Sie Betrag und Richtung der Geschwindigkeit der beiden aneinanderhaftenden
Wracks unmittelbar nach dem Stoß.
4. Aufgabe
Eine Kiste mit einer Masse von 6kg wird aus dem Stand durch eine vertikal wirkende Kraft von 80N
um 3m angehoben.
a. Welche Arbeit verrichtet die Kraft an der Kiste?
b. Welche Kraft ist zum Anheben gegen die Schwerkraft zu verrichten?
c. Welche kinetische Energie besitz die Kiste am Schluss?
5. Aufgabe
Ein Arbeiter trägt einen Eimer Sand mit konstanter Geschwindigkeit einen 40m hohen Turm hinauf.
Aus einem Loch im Eimer rieselt dabei gleichmäßig Sand heraus. Der Eimer hat eine Leermasse von
5kg und enthält anfangs 30kg Sand, oben angekommen sind nur noch 10kg Sand enthalten.
a. Geben Sie die gemeinsame Masse von Sand und Eimer als Funktion der Höhe an.
b. Bestimmen Sie die Arbeit, die der Arbeiter an Eimer und Inhalt verrichtet hat.
c. Welche Arbeit müsste an einem Eimer ohne Loch verrichtet werden?
6. Aufgabe
Ein Pendel der Länge l mit einem Pendelkörper der Masse m wird so weit zur Seite gezogen, dass der
Pendelkörper eine Höhe l/4 über der Gleichgewichtslage hat. Daraufhin wird der Pendelkörper
losgelassen. Mit welcher Geschwindigkeit schwingt der Pendelkörper durch die Gleichgewichtslage?
7.Aufgabe
Ein Ball wird in einem Winkel von 30° zur Horizontalen mit einer Anfangsgeschwindigkeit von
m
25 abgeworfen.
s
a. Berechnen Sie die maximale Wurfhöhe ausgehend von den geltenden Bewegungsgesetzen.
b. Berechnen Sie zum Vergleich die maximale Wurfhöhe mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes.
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WS2015/16
8. Aufgabe
Eine Masse von 3kg wird in einer Höhe von 5m über dem Boden losgelassen und gleitet reibungsfrei
eine Ebene hinab. Am Fuß der Rampe befindet sich eine Feder mit der Federkonstante
N
𝑘 = 400 . Nachdem der Körper hinabgeglitten ist, drückt er die Feder um eine gewisse Strecke 𝑥
m
zusammen.
a. Wie groß ist 𝑥?
b. Was geschieht anschließend mit dem Körper?
9. Aufgabe
Ein Körper der Masse m gleite reibungsfrei eine schiefe Ebene der Höhe ℎ hinunter. An diese schließt
sich ein Looping mit Radius 𝑟 an, der ebenfalls reibungsfrei durchlaufen werden kann. Welche
kinetische Energie besitzt der Körper am höchsten und am tiefsten Punkt des Loopings?
10. Aufgabe
Ein Stoßpendel besteht aus einer dünnen Stange der Länge 𝑙, die am unteren Ende einen Holzklotz der
Masse 𝑚: = 0,8kg trägt. Die Masse der Stange sei demgegenüber vernachlässigbar klein. Wird eine
Kugel der Masse 𝑚; = 5g in den Holzklotz geschossen, so schlägt das vorher ruhende Pendel aus.
Die horizontal gemessene Auslenkung beträgt 𝑥< = 20cm. Wie groß war die Geschwindigkeit 𝑣 des
Geschosses?
11. Aufgabe
m
Beim Rangieren läuft ein Güterwagen der Masse 𝑚? = 25t mit der Geschwindgkeit 𝑣? = 1,2 auf
s
einen ruhenden Güterwagen der Masse 𝑚A = 20t. Der Stoß ist nur zum Teil elastisch. Nach dem
m
Stoß läuft der zweite Wagen mit der Geschwindigkeit 𝑢′A = 0,9 weg. Berechnen Sie
s
a. die Geschwindigkeit 𝑢? des ersten Wagens nach dem Stoß,
b. den Bruchteil der mechanischen Energie, der in Wärme umgewandelt wurde.
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WS2015/16
Hinweise zum Übungsblatt
Die Übungsblätter sind auf den in der Vorlesung Physik (mit Experimenten) behandelten Stoff
abgestimmte Aufgabensammlungen, sowohl zur Vorbereitung der Übung, zum eigenständigen Üben
der in den Lehrveranstaltungen besprochenen Herangehensweise nach der Übung und auch zur
Vorbereitung auf den Problemlösungsteil der Klausur.
Ein Aufgabenblatt umfasst i.d.R. den Stoff von bis zu zwei Vorlesungen.
Entsprechend ihres Schwierigkeits- und/oder Komplexitätsgrades sind die Aufgaben wie folgt markiert:
in etwa Klausurniveau. Dieser Aufgabentyp sollte spätestens nach der Besprechung
in der Übung ohne Probleme für Sie lösbar sein.
etwas über Klausurniveau oder komplexer als die typische Klausuraufgabe - sie
sollten diese Aufgaben nach der Übung trotzdem lösen können. Probieren Sie
unbedingt, eine Lösung für diese Aufgaben zu finden!
anspruchsvolle oder komplexe Aufgaben. Sie sollten spätestens nach der Übung in
der Lage sein, eine Lösungsidee zu formulieren und den Ansatz anzugeben.
Übungsaufgaben, die in der Übung besprochen werden, sind mit
gekennzeichnet. Für diese
Probleme sollten Sie unbedingt vor der Übung versuchen, eine Lösung zu erarbeiten - nur dann können
Sie optimal von der Lehrveranstaltung profitieren!
Für alle weiteren Übungsaufgaben stehen für Ihre eigene Nachbereitung zur Auswahl bereit - nutzen
Sie dies eigenverantwortlich! Sie erhalten dazu Lösungsansätze und Endergebnisse als separates
Dokument auf der Webseite zur Vorlesung/Übung. Rückfragen sind selbstverständlich in der
Lehrveranstaltung möglich - entweder direkt im Anschluss an die Bearbeitung der Pflichtaufgaben, oder
vor Beginn der Bearbeitung des nächsten Arbeitsblattes.
Viel Erfolg & Spaß bei der Bearbeitung der Probleme!
Sascha Gruner
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