1) Ein Körper gleitet reibungsfrei eine geneigte Ebene hinab

Leistungskontrolle Experimentalphysik 1. Semester
19. Januar 2004
1. Ein Skifahrer gleitet mit einer konstanten Geschwindigkeit einen ebenen Hang hinab (Neigungswinkel 20°).
a) Der Luftwiderstand ist zu vernachlässigen. Wie groß ist der Gleitreibungskoeffizient?
b) Wie groß ist der Gleitreibungskoeffizient, wenn der Luftwiderstand nicht vernachlässigt wird
(Skifahrer: m = 70 kg, cW = 0,5, Querschnittsfläche A = 0,5 m2, v = 20 m/s; Dichte der Luft
ρL = 1,3 kg/m3)?.
2. Ein Golfspieler schlägt den Ball unter einem Winkel von 30° ab. Die Geschwindigkeit des
Balles beträgt in 5 m Höhe über dem Rasen v1 = 40 m/s. Luftreibung soll vernachlässigt werden!
Hinweis: Verwenden Sie für a) den Energieerhaltungssatz und für b) und c) die Komponenten der
Anfangsgeschwindigkeit!
a) Wie groß war die Anfangsgeschwindigkeit beim Abschlag?
b) Wie hoch fliegt der Ball bezogen auf den Abschlagpunkt?
c) Wie weit fliegt der Ball, wenn er in gleicher Höhe wie beim Abschlag aufkommt?
3. Wie groß ist die Beschleunigung des abgebildeten Massesystems
(m1 = 1 kg, m2 = 10 kg, m3 = 7 kg, µG = 0,3 zwischen m2 und der Unterlage, Masse der Rollen soll vernachlässigt werden, Bewegung in m1
Pfeilrichtung)?
m2
m3
Zusatzaufgabe: Wie groß ist die Fadenspannkraft zwischen m1 und
m2?
4. Ein Vollzylinder ( JS = 21 ⋅ m ⋅ r 2 ) und ein dünnwandiger Hohlzylinder ( JS = m ⋅ r 2 ) rollen eine
geneigte Ebene hinab, wobei der Höhenunterschied h = 5 m beträgt. Wie groß ist das Verhältnis
der Translationsgeschwindigkeiten beider Körper bei gleicher Masse und gleichem Radius am
Ende dieser schiefen Ebene?
Hinweis: Verwenden Sie den Energieerhaltungssatz!
5. Ein Bremsklotz wird mit einer konstanten Kraft von F = 10 N radial auf einen Zylinder gedrückt,
der mit einer Winkelgeschwindigkeit von ω0 = 10 s-1 rotiert. Die Gleitreibungszahl zwischen
Bremsklotz und Zylinder beträgt µG = 0,4, der Radius des Zylinders r = 0,5 m. Der Zylinder kommt
nach tB = 20 s zum Stehen.
a) Wie groß ist der Betrag des Drehmoments, das durch die Bremskraft hervorgerufen wird?
b) Wie groß ist das Trägheitsmoment des Zylinders?
6. Ein Student steht auf einer ruhenden Drehscheibe mit einem
rotierenden Rad, das er so hält, dass die Drehachse horizontal
ausgerichtet ist (siehe Skizze).
Erläutern Sie mit Hilfe des Drehimpulserhaltungssatzes, was
passiert, wenn der Student das Rad um 90° schwenkt, so dass
r
ω jetzt nach oben zeigt! Reibung sei vernachlässigbar!
ω
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Bitte für jede Aufgabe ein separates Blatt benutzen und dieses gut lesbar mit Namen,
Fachrichtung und Immatrikulationsnummer versehen!
Der Rechenweg muss klar erkennbar und die Maßeinheiten müssen enthalten sein.