in Stichpunkten (als pdf) und Fragen zum

Physik Grundkurs I
Zur 9. Vorlesung am Dienstag, 22.05.2007
Inhalt in Stichpunkten:
Energieerhaltung als Kontinuitaetsgleichung; allgemeine Energieerhaltungsgleichung; Beispiele
(Sonderfälle): Erwärmen eines Körpers, erster Hauptsatz der Thermodynamik, Erhaltung von
mechanischer Energie; Kinetische Energie und Arbeit; Leistung; Erhaltung der kinetischen Energie
beim elastischen Stoß; Potentielle Energie und konservative Kräfte; Reibung als Beispiel für eine
nicht-konservative Kraft; Erhaltung der mechanischen Energie auf der Luftkissenbahn; Exkurs: Das
Brachistochronen-Problem; Energieerhaltung und -umwandlung beim Pendel.
Fragen zum Verständnis:
9-1.) (A) Erinnern Sie sich an die Frage in der Vorlesung: Stellen Sie sich vor, dass ein Tischtennis”
Ball und eine Bowling-Kugel auf Sie zugerollt kommen. Beide haben den gleichen Impuls. Sie
üben die gleiche Kraft aus, um beide zu stoppen. Verglichen mit der Strecke, die Sie für das
Stoppen der Billiard-Kugel brauchen, ist die Strecke, die Sie für das Stoppen des TischtennisBalls brauchen: (a) größer, (b) gleich, oder (c) kleiner.“
(B) Betrachten Sie die Zeit: Verglichen mit der Zeit, die Sie für das Stoppen der BilliardKugel brauchen, ist die Zeit, die Sie für das Stoppen des Tischtennis-Balls brauchen: (a)
größer, (b) gleich, oder (c) kleiner.
9-2.) Ein Teil des chemische Energieinhalts einer bestimmten Menge Benzin wird in einem Auto zu
kinetischer Energie verwandelt, das seine Geschwindigkeit aus der Ruhe auf 50 km/h steigert.
Um ein anderes Auto zu überholen, erhöht nun das Auto seine Geschwindigkeit auf 100 km/h.
Verglichen mit der Energie für von 0 auf 50 km/h“ ist die Energie, um von 50 km/h auf
”
100 km/h zu erhöhen: (a) halb so groß, (b) genau so groß, (c) doppelt so groß, (d) dreimal
so groß, oder (e) viermal so groß,
9-3.) Zusammenstöße beim Rugby: Mighty Mike bringt
100 kg auf die Waage und läuft mit 2 m/s über das
Rugbyfeld. Speedy Gonzales wiegt nur 50 kg, aber
rennt mit 4 m/s, wogegen Ponderous Poncho mit
200 kg bloß 1 m/s läuft.
(A)
Wer könnte Mike durch Aufprall wirksamer
stoppen? (a) Speedy Gonzales, (b) Ponderous
Poncho, oder (c) beide gleich.
(B) Wer würde Mike wahrscheinlicher die Knochen
brechen? (a) Speedy Gonzales, (b) Ponderous
Poncho, oder (c) beide gleich.
Zwei elastische Kugeln sollen im dreidimensionalen
Raum zusammenstoßen und abprallen. Die Kugeln
werfen Schatten, und diese Schatten nähern sich
auf einer zweidimensionalen Oberfläche einander,
stoßen zusammen und prallen ab. Nun tun wir mal
so, als ob die Schatten eine Masse hätten. Unter
der Annahme, dass der Kugelschatten eine Masse
proportional zur Masse der Kugel besitze, gilt dann
für die zusammenstoßenden Schatten (a) Erhalt der
kinetischen Energie, (b) Erhalt des Impulses, (c)
Erhalt von kinetischer Energie sowie Impuls, oder (d)
Erhalt weder von kinetischer Energie noch Impuls.
9-1.) (A) (a); (B) (b). 9-2.) (d). 9-3.) (A) (c); (B) (a). 9-4.) (b): Energieerhaltung
sieht man vielleicht am besten, wenn man den Spezialfall: Endgeschwindigkeiten auf
Lichtquelle zu bzw. davon weg betrachtet. Impulserhaltung gilt komponentenweise.
9-4.)
Fragen 2–4 aus Epstein: Denksport Physik