Fakultät für Physik und Geowissenschaften Prof. Dr. J. Meijer Experimentalphysik 1, WS 2015/16 Übungsaufgaben M-IV Ausgabe: Abgabe: M15. M16. 03. November 2015 10. November 2015, 09:15 Uhr ZweiMechanik Körper A und B mit den Massen11 1 kg bzw. 2 kg sind durch eine ideale, masselose Feder – Prüfungsaufgabe aneinander gekoppelt (s.Abb.). Reibung zwischen den Körpern und der ebenen Unterlage soll m A =Körper 1 kg und mB = 2 kg—) sind Zwei Körper A und B (Massen durch eine Feder ideale,— in vernachlässigt werden können. Die beiden sind anfangs bei entspannter masselose Feder aneinander gekoppelt. Reibung zwischen den Körpern und der Ruhe. Zum Zeitpunkt t = 0 wird auf den Körper A ein kurzzeitiger Stoß ausgeübt. Unmittelbar ebenen Unterlage sollder vernachlässigt werden −1 nach rechts. danach bewegt er sich mit Geschwindigkeit 2 m skönnen. mA mB A B Diesind beiden Körper sind anfangsdes – bei entspannter – in Ruhe. Zum Zeitpunkt Welches die Geschwindigkeiten Körpers B zu denFeder Zeitpunkten, an denen der Körper A: t = 0 wird auf den Körper A ein kurzzeitiger Stoß ausgeübt. Unmittelbar danach (a) sich mit der Geschwindigkeit 1 m s−1 nach rechts bewegt, [2 Punkte] bewegt er sich mit der Geschwindigkeit v A = 2 m s −1 nach rechts. (b) in Ruhe ist. [1 Punkte] Welches sind die Geschwindigkeiten v B des Körpers B zu den Zeitpunkten, an Ein Geschoss mit der Masse 10 g, das waagerecht fliegt, trifft auf eine an einem Faden händenen der Körper A gende Kugel von 2,0 kg Masse und bewegt sich, nachdem es diese durchschlagen hat, mit der v A1 = wurde 1 m s −1dabei (a) sich mit der nach auf rechts bewegt, Geschwindigkeit 400 Geschwindigkeit m s−1 weiter; die Kugel die Höhe 0,20 m angehoben. (b) in Ruhe ist. Zu bestimmen sind: (a) die Geschwindigkeit, mit der das Geschoss flog; [3 Punkte] (b) der Teil der kinetischen Energie des Geschosses, der beim Stoß in inelastische Energie überging. [2 Punkte] M17. Beweisen Sie, dass beim elastischen Stoß von n Kugeln auf eine Kugelreihe genau n Kugeln an der anderen Seite abprallen. Alle Kugeln haben gleiche Masse. [3 Punkte] M18. Ein Astro-Blaster besteht aus n Kugeln, die sich berühren und zusammen vertikal aus einer Höhe h auf die Erde fallen (siehe Skizze). Das Masseverhältnis benachbarter Kugeln sei 1/10. (a) Leiten Sie eine Formel für die Geschwindigkeit der obersten Kugel unmittelbar nach dem Aufprall des Astro-Blasters auf der Erde für n = 1, 2, 3 und 4 her! [5 Punkte] (b) Geben Sie eine explizite Formel wie in (a) für n Kugeln an! 1/2 [1 Punkte] (c) Nutzen Sie die Formel aus (b), um zu zeigen, aus wieviel Kugeln ein Astro-Blaster bestehen muss, damit die oberste Kugel bei einem Fallversuch aus h = 1 m die zweite kosmische Geschwindigkeit (11,2 km/s) erreicht! [4 Punkte] h Tipp: Nehmen Sie Stoßprozesse als elastisch an. Stöße benachbarter Kugeln sind nacheinander zu betrachten. M19. Eine zylinderförmige Raumstation dreht sich mit einer Umlaufzeit von T1 = 1 min um ihre Symmetrieachse (Trägheitsmoment I = 0,4 · 109 m2 kg). In einem Abstand von r = 50 m von der Drehachse sind an der Peripherie der Raumstation vier Triebwerke gleichmäßig um die Station verteilt (aller 90◦ ein Triebwerk, siehe Skizze). r (a) Die Triebwerke erzeugen jeweils eine konstante tangentiale Schubkraft von 100 N. Wie lange dauert es, bis die Raumstation eine solche Winkelgeschwindigkeit ω2 erreicht, dass im Abstand r von der Drehachse die Zentrifugalkraft gleich der Schwerkraft der Erdoberfläche ist? [5 Punkte] (b) Wie groß ist die Winkelbeschleunigung α bei diesem Vorgang? [1 Punkte] (c) Wieviel Umdrehungen N durchläuft die Raumstation während dieses Vorgangs? Gesamt: [3 Punkte] 30 Punkte 2/2