1. Physikalische Größen In welcher

EP-Klausur vom 4.2.2009 ohne Optik
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Immatrik.Nr.:
Studienrichtung:
1. Physikalische Größen
In welcher (SI-) Maßeinheit misst man die unter 1)-5) genannten physikalischen Größen und wie
stellt sich diese Einheit ausgedrückt in Basiseinheiten dar? (Die Symbole der 7 Basiseinheiten sind:
m, s, kg, K, A, mol, cd)
Beispiele a) Kraft → Antwort: Newton ( N) , 1N = 1kg m/s2
b) Geschwindigkeit → Antwort: Meter/Sekunde = 1 m/s
1)
2)
3)
4)
5)
Beschleunigung
Energie
Viskositätskonstante
Brechkraft
Intensität von Strahlung
[2P]
[2P]
[2P]
[2P]
[2P]
2. Mechanik
a) Wie groß ist die kinetische Energie eines Autos der Masse 1000kg und Geschwindigkeit
200km/h? (Formel und Zahl)
[2P]
b) Freier Fall vom 100 m hohen Sprungbrett: Wie viele Meter sind Sie gefallen nach 3 Sekunden,
nach 4 Sekunden? Reibung zu vernachlässigen. (Formel und Zahlen)
[2P]
c) Wie hoch würde ein Auto der Masse 1000kg mit einer kinetischen Energie von 386kJ fliegen,
bei Vernachlässigung von Reibung, wenn man durch eine geeignete Rampe die Bewegungsrichtung vertikal nach oben umlenkt? (Formel und Zahl)
[2P]
d) Geleistete Arbeit, wenn ein Gegenstand von 100kg Masse über eine ebene Fläche, horizontal,
auf Meereshöhe, 1 Meter weit in einer bestimmten Richtung gezogen wird und die Gleitreibungskonstante µ= 0,2 beträgt. (Formel und Zahl)
[2P]
e) Welchen inneren Drehimpuls hat die Erde (Bei der Rotation um ihre körpereigene Achse)?
Die Masse M der Erde ist 6 · 1024 kg.
Der Erdradius beträgt 6400 km. Die Massendichte darf als konstant angesehen werden für
diese Aufgabe. Erde als homogene Kugel.(Formel und Zahl).
[4P]
3. Hydromechanik und Wärmelehre
a) Wie verändert sich der Volumenstrom durch eine Ader mit konstantem Durchmesser, wenn
bei gleicher Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang
i) die Länge doppelt so groß ist?
ii).. oder der Durchmesser halb so groß? (Formel und Zahl)
[3P]
b) Die Tiefe eines Bachbettes und seine Breite verringern sich beide an einer bestimmten Stelle
um einen Faktor 2. Die Geschwindigkeit des Wassers relativ zum Ufer war v= 1 m/s vor
dieser Verengung. Wie groß ist sie danach? (Formel und Zahl)
[2P]
c) In einem abgeschlossenen Volumen von 1 Kubikmeter hat das darin enthaltene Gas einen
Druck 1000Pa. Die Temperatur beträgt 273 K. Wie viele Gasmoleküle befinden sich in dem
Volumen? Die allgemeine Gaskonstante beträgt R = 8,3 J/(mol · K). Ein mol enthält 6 · 1023
Moleküle. (Formel und Zahl)
[2P]
d) Sind die inneren Energien eines Würfels Eis und der gleichen Menge Wasser bei gleichem
Druck und gleicher Temperatur: (Kreuzen Sie die richtige Antwort an)
O gleich
O die von Eis ist größer
O die von Wasser ist größer
[1P]
e) Um welchen Faktor unterscheiden sich die mol-spezifische Wärmekapazitäten bei konstantem
Volumen von einem Edelgas wie Helium und einem Gas wie Wasserdampf H2 O?(Formel und
Zahl)
[2P]
4.) Elektrizitätslehre
In einem Stromkreis mit einer Gleichspannungsquelle (U=150V) befinden sich zwei Widerstände:
R1 = 75Ω , R2 = 50Ω , R3 = 40Ω.
R1 und R2 sind parallel geschaltet, R3 ist damit in Reihe geschaltet.
a) Zeichnen Sie den Schaltplan.
[2P]
b) Ordnen Sie die entsprechenden Ströme I1 , I2 , I3 nach ihrer Größe (beginnend mit dem kleinsten).
[2P]
c) Wie groß ist der Gesamtwiderstand?
[2P]
d) Welche Leistung wird durch den Schaltkreis verbraucht?
[2P]
e) Um welchen Faktor ändert sich die Leistung, wenn statt der o.g. Gleichspannungsquelle eine
Haushaltssteckdose verwendet wird?
[2P]
6. Schwingungen
Ein an einer Feder aufgehängter Körper (m = 20g) möge eine harmonische Schwingung mit der
Frequenz 25 Hz ausüben. Die maximale Auslenkung aus der Ruhelage sei A(t = 0s) = 2cm.
a) Skizzieren Sie grob die Amplitude A(t) (d.h. den Momentanwert der Auslenkung als Funktion
der Zeit) für 2 Schwingungsperioden, beginnend mit A(t=0)=2cm.
[2P]
Hinweis: Millisekundenskala, d.h. 1cm =
ˆ 0,01 s
b) Markieren Sie in der Skizze die Zeiten maximaler kinetischer Energie.
[2P]
c) Berechnen Sie den Wert der Federkonstanten D.
d) Ermitteln Sie die potentielle Energie zur Zeit t = 4s.
[2P]
[2P]