Physik für Chemiker WS 2012/13 Übungsblatt Nr. 3

Universität Duisburg-Essen
Fachbereich Physik
PD Dr. Frank-J. Meyer zu Heringdorf
Physik für Chemiker
WS 2012/13 Übungsblatt Nr. 3
Aufgabe 8: Im Weltraum
Zwei ISS-Astronauten A und B, die eine Reparatur an der Raumstation durchführen sollen, schweben im
Weltraum und befinden sich zueinander in Ruhe. Astronaut A hat ein Werkzeug der Masse mW = 1,1kg
dabei und kommt zusammen mit seinem Raumanzug und dem Werkzeug auf eine Gesamtmasse von
mA+mW = 130kg. Astronaut A wirft nun das Werkzeug mit vW = 6m/s zu Astronaut B (mB = 120kg), der
es auffängt. Mit welcher Relativgeschwindigkeit bewegen sich die beiden Astronauten nach dem Wurf?
Aufgabe 9: Der Ruderer
Ein Ruderer und sein Boot haben die Gesamtmasse m = 150kg. Das Boot treibt mit der Geschwindigkeit
v = 1m/s vom Ufer ab. Da springt der Ruderer mit der Geschwindigkeit v1 = 7m/s auf das benachbarte
Ufer, woraufhin das Boot sich mit v2 = 8m/s in die entgegengesetzte Richtung bewegt. (Bei allen
Geschwindigkeitsangaben handelt es sich um Beträge.) Wie groß sind die Masse m1 des Ruderers und die
Masse m2 des Bootes?
Aufgabe 10: Die reibungsfreie schiefe Ebene
Betrachten Sie die Situation aus der nebenstehenden Skizze.
Nehmen Sie an, dass das System reibungsfrei ist. Die frei
m2
feste Wand
hängende Masse beträgt m1 = 1000kg und die Federkonstante
k = 300N/m.
m1
a) Zeichnen Sie alle relevanten Größen und Kräfte ein.
α
b) Berechnen Sie die Hangabtriebskraft, die das Gewicht
m2 in Abhängigkeit des Winkels α ohne die Feder erfahren würde.
c) Wie schwer ist das Gewicht, wenn die schiefe Ebene eine Neigung von α = 45° aufweist und
sich das System (ohne Feder) in Ruhe befindet?
d) Wie groß ist die Auslenkung der Feder für die skizzierte Situation, wenn m2 = 200kg ist?
Aufgabe 11: Der Flaschenzug
Ein Maurer (m1 = 80kg) möchte einen großen Eimer mit Zement (m2 = 300kg) mit Hilfe eines Seils auf
sein h = 8m hohes Gerüst ziehen. Nachdem er zunächst erfolglos einen Versuch mit einer oberhalb des
Gerüstes befestigten Umlenkrolle unternommen hat, bekommt er den Tipp von einem Kollegen, doch
einen Flaschenzug zu verwenden.
a) Mit welcher Kraft kann der Maurer an dem Seil ziehen, wenn er sich mit seinem gesamten
Körpergewicht ins Seil hängt?
b) Welche Kraft hätte er bei seinem ersten Versuch mit nur einer Umlenkrolle oberhalb des
Gerüstes aufbringen müssen um Erfolg zu haben? Skizzieren Sie die Situation.
c) Mit wie vielen tragenden Seilen muss der Maurer den Flaschenzug bauen, damit er den Zement
nach oben ziehen kann und nicht selber vom Zement angehoben wird?
d) Um welche Strecke muss er das Seilende bewegen um im Fall c) die Höhendifferenz von 8m zu
überwinden?