Prüfung Physik IA 2013-10-02

Rechenteil: Physik IA Prüfung, 02.10.2013 (Maximal 12 Punkte) 1. Ein ruhender Eisenbahnwaggon der Masse 15 Tonnen wird durch eine von Null weg linear mit der Zeit ansteigenden Kraft sanft angefahren. a) Berechnen Sie die notwendige maximale Zugkraft, die auf den Waggon am Ende des Beschleunigungsvorganges wirken muss, wenn der Waggon innerhalb von einer Minute eine Geschwindigkeit von 80 km/h erreichen soll. b) Berechnen Sie den Weg, der während dieses Beschleunigungsvorganges zurückgelegt wird. (4 Punkte) 2. Bei einer Attraktion in einem Freizeitpark stehen die Fahrgäste mit dem Rücken zur Wand im Inneren einer Trommel die sich dreht. Plötzlich wird der Boden abgesenkt, wobei die Reibung verhindert, dass die Fahrgäste hinabfallen. Der Zylinder hat einen Radius von 4 m. Mit wie vielen Umdrehungen pro Minute muss sich der Zylinder drehen, wenn der Haftreibungskoeffizient zwischen Fahrgast und Wand 0.4 beträgt? (4 Punkte) 3. a) An welchem Punkt zwischen Erde und Mond heben sich deren Gravitationskräfte auf? b) Mit welcher Geschwindigkeit muss eine Raumkapsel von der Erdoberfläche in Richtung Mond abgeschossen werden, um diesen Punkt zu erreichen? c) Berechnen Sie die Geschwindigkeit, mit der die Raumkapsel vom Stillstand weg von diesem kräftefreien Punkt aus frei auf die Mondoberfläche fällt, nachdem Sie eine infinitesimal kleine Verschiebung in Richtung Mond erfahren hat? Erdmasse: 6x1024 kg; Mondmasse: 7.39x1022 kg; Erdradius: 6380 km; Mondradius: 1738 km Abstand Erde‐Mond: 384400 km. (4 Punkte) 2 Fragen na
ach Wahl beeantworten
n, Theorettischer Teil: Physik IA Prüfung, 022.10.2013 (2
maximaal 8 Punkte)) 1. Ein
n Massenp
punkt bew
wege sich (reibungsffrei) auf einer e
Loo
opingbahn mit m Radius R im Erdscchwerefeld. Berechnen Sie r r
die Arbeit exxplizit überr das Inteegral W = ∫ F ⋅ v dt fürr die wegung vom
m höchsten
n zum tiefstten Punkt. Vergleichen Sie Bew
diese Arbeit mit m jener Arbeit A
die verrichtet wird, wenn
n die Masse frei im SSchwerefeld um h = 2R
R fällt. (4 Pu
unkte) 2.
Wiee ist das Träägheitsmom
ment für einnen starren Körper allge
emein definniert (Forme
el und Skizzze)? Wie laautet der Stteiner’sche Satz (Forme
el und Skizzze) und was s bedeutet e
er? Rollt ein Hohlzylinder langsamer oder sch neller überr eine schieffe Ebene alss ein Vollzyllinder mitt gleicher M
Masse? Begründen Sie I hre Aussage mit einer quantitativven Berechn
nung. (4 Pun
nkte) 3.
a) B
Berechnen Sie explizit die Endgesschwindigke
eiten zweier gleich großer Massen nacch einem voollkommen elastischen
n zen
ntralen Stoß
ß, wenn eine der Ma ssen vor dem Stoß in
n Ruh
he war und
d die anderre die Gescchwindigkeit v1 hatte?
? Verrwenden Sie dazu En
nergie‐ undd Impulserrhaltung. b) Verrwenden Sie das Ergeb
bnis von a) um zu argumentieren
n warum das Prinzip der Neewton‐Wiegge (siehe
e neb
benstehend
de Graphik) nur mit exakt gleich großen
n Maassen funktioniert. (4 Punkte)