Ue02 - Kinematik und Dynamik

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PhysikmitExperimenten
2.Übung-Kinematik&Dynamik
WS2016/17
Physik mit Experimenten
2. Übung - Kinematik & Dynamik
1. Aufgabe
Ein Elektron in einer Fernsehbildröhre fliegt die 16cm zwischen Gitter und Bildschirm mit einer
m
mittleren Geschwindigkeit von 4 ⋅ 10) . Wie lange dauert dies?
s
2. Aufgabe
Zwei Autos fahren mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Straße. Das Auto A fährt mit einer
konstanten Geschwindigkeit von 80km/h , das Auto fährt mit einer ebenfalls konstanten
Technische
Universität
Chemnitz
Dipl.-Phys.
Cornelius
Geschwindigkeit
von
110km/h.
Zum Zeitpunkt  = 0 ist das Auto B gerade
45km
hinterKrasselt
dem Auto
Institut für Physik
cornelius.krasselt@physik.tu-chemnitz.de
A zurück. Wie weit fährt Auto A, bis es vom Auto B überholt wird.
Übung Physik (mit Experimenten)
IWET, IWMB, SELA – WS/SS 2014/15
3. Aufgabe
Ein Fahrzeug beschleunigt aus dem Stand
mit der konstanten
Beschleunigung  bis zum Erreichen
Arbeitsblatt
2
einer Endgeschwindigkeit 4 . Diese Geschwindigkeit hält es für eine gewisse Zeit bei, bevor es mit der
Bewegung
doppelten Beschleunigung bis zum Stillstand
gebremst wird. Skizzieren Sie den BeschleunigungszeitZeit-Verlauf
(), den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf   sowie den Weg-Zeit-Verlauf ().
1. Aufgabe:
a) Geben Sie für jeden der drei Weg-Zeit-Verläufe x(t) an, ob die Momentangeschwindigkeit
zum Zeitpunkt t2 größer, kleiner oder gleich der Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt t1
4. Aufgabe
Gegebenist.
sind die folgenden Weg-Zeit-Diagramme1.
a.b) Geben
Sie zu jedem
der die
drei Beträge
() an, der
ob die
Momentangeschwindigkeit
Zeitpunkt 9
Was können
Sie über
Geschwindigkeiten
zu beidenzum
Zeitpunkten
größer,
kleiner oder gleich der Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt : ist. Benennen Sie
aussagen?
c) die
Zeichnen
Sie qualitativ die Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe v(t).
Bewegungsform.
b. Zeichnen Sie qualitativ die Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe ().
2. Aufgabe:
Die konstante Beschleunigung eines Körpers mit der Anfangsgeschwindigkeit v0 = 2 m/s sei
a = 4 m/s².
a) Ermitteln Sie allgemein den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf v(t) sowie die Orts-Zeit-Funktion
5. Aufgabe
x(t) durch
Integration
und Start
skizzieren
sie diese. Welche
physikalische
Bedeutung
haben
Ein Sportler
läuft bei
fliegendem
und konstanter
Geschwindigkeit
100m
in 10,2s.
BeimdieStart
Integrationskonstanten?
aus dem
Stand, wobei er mit konstanter Beschleunigung die gleiche Endgeschwindigkeit erreicht,
b) Bestimmen Sie graphisch die Fläche unter der v(t)-Kurve zwischen den Zeitpunkten t = 2 s
benötigt er
10,8s.
und
t = 3 s.
BerechnenSie
Siedieden
zurückgelegten
Weg ∆xFall.
und die Durchschnittsgeschwindigkeit im
a.c) Berechnen
Beschleunigung
im zweiten
gleichen
Zeitintervall.
b. Wie lange ist sein Lauf im zweiten Fall beschleunigt, welche Strecke hat er während der
Beschleunigungsphase zurückgelegt?
3. Aufgabe:
c.EinSkizzieren
Sie bei
für beide
Fälle das
()das ()-Diagramm.
Sportler läuft
fliegendem
Start
und und
konstanter
Geschwindigkeit 100 m in 10,2 s. Beim
Start aus dem Stand, wobei er mit konstanter Beschleunigung die gleiche Endgeschwindigkeit
erreicht, benötigt er 10,8 s.
6. Aufgabe
a) der
Berechnen
Sie die anfängliche
zweiten
Fall.
Ein mit
Anfangsgeschwindigkeit
=Beschleunigung
senkrecht nachimoben
abgeschossener
Körper erreicht eine
b) Wie lange ist sein Lauf beschleunigt,
welche Strecke hat er dabei zurückgelegt?
Höhec)ℎ .Skizzieren
Welche Höhe
erreicht
der
Körper,
wenn
er
mit
der
doppelten
Anfangsgeschwindigkeit
Sie für beide Fälle das x(t)- und v(t)-Diagramm.
abgeschossen wird?
4. Aufgabe:
Eine Schwimmerin durchquert einen 80 m breiten Fluss mit einer Geschwindigkeit von 1,6 m/s
senkrecht zu dessen Strömungsrichtung. Sie erreicht das gegenüberliegende Ufer 40 m
flussabwärts.
a) Welche
Geschwindigkeit
hat das2. Wasser
im Fluss?
1 Mills (Hrsg.),
Arbeitsbuch
zu Tipler/Mosca, „Physik“,
Auflage (2005),
Spektrum Verlag
b) In welche Richtung müsste sie schwimmen, um direkt gegenüber anzukommen?
c) Berechnen Sie für beide Fälle die Schwimmzeit.
5. Aufgabe:
Ein Körper wird horizontal mit einer Geschwindigkeit von 25 m/s abgeschossen.
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2.Übung-Kinematik&Dynamik
WS2016/17
7. Aufgabe
km
Der Pilot eines Kleinflugzeuges fliegt mit einer Geschwindigkeit von 280 gegenüber der Luft und
h
möchte genau nach Norden fliegen. Um welchen Winkel muss er seine Flugbahn korrigieren, wenn ein
km
Ostwind mit 55,5 weht?
h
8. Aufgabe
Eine Kanone wird auf einen Abschusswinkel von 45° eingestellt. Sie feuert eine Kugel mit einer
Geschwindigkeit von 300m/s ab.
a. Welche Höhe erreicht die Kugel?
b. Wie lange fliegt die Kugel, bis sie wieder auf die Erde auftrifft?
c. Welche horizontale Reichweite besitzt die Kugel?
9. Aufgabe
Beim Frontalaufprall eines Straßenfahrzeuges der Masse  = 800kg mit der Geschwindigkeit  =
km
90 kommt dieses in der Zeit  = 0,02 zur Ruhe. Welche mittlere Kraft  = . wirkt dabei
h
auf das Fahrzeug?
10. Aufgabe
Auf einen Körper der Masse 5kg wirkt neben der Gewichtskraft eine zusätzliche Kraft H senkrecht
nach oben. Berechnen Sie die Beschleunigung des Körpers, wenn
a. H = 5.
b. H = 10.
c. H = 100.
11. Aufgabe
Wie lange muss ein Waggon einer Masse von  = 12t angeschoben werden, damit er (bei zunächst
vernachlässigter Reibung) bei einer Schubkraft von K = 1570N aus dem Stillstand die
m
Endgeschwindigkeit 4 = 2 erreicht? Welchen Weg legt er dabei zurück?
s
12. Aufgabe
Von zwei unter einem rechten Winkel an einer Punktmasse angreifenden Kräften ist die eine um 2N
größer als die andere. Wie groß sind die Beträge der beiden Kräfte, wenn der Betrag der resultierenden
Kraft 8N beträgt?
13. Aufgabe
Zwei Menschen ziehen an einem störrischen Esel, um diesen vorwärts zu bewegen. Dabei zieht der
eine mit einer Kraft von 120N in einem Winkel von 30° und der andere auf der anderen Seite mit
80N unter einem Winkel von -15° zur Vorwärtsrichtung. Welche Gesamtkraft wirkt am Esel?
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2.Übung-Kinematik&Dynamik
WS2016/17
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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