4. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten 17

4. Übungsblatt zur Vorlesung Physik für Pharmazeuten
Vorlesung am 23. Mai 2016
Besprechung: Übungen ab 31. Mai 2016
Vorlesungsdatum:
17
Trägheitsmoment der Erde
Die polaren Eiskappen der Erde enthalten (noch) etwa 2, 5 · 1019 kg Eis. Diese Masse trägt kaum zum Trägheitsmoment der Erde bei, weil sie an den Polen (dicht an der Rotationsachse) konzentriert ist. Berechnen Sie den Einuss
auf die Tageslänge, wenn das gesamte Polareis abschmelzen und sich gleichmäÿig auf die Erdoberäche verteilen
würde! Die Masse der Erde beträgt ME = 5, 974 · 1024 kg , der Durchmesser DE = 12.700 km
Hinweis: Berechnung von Trägheitsmomenten bei Rotation um Achse durch den Schwerpunkt
Kugel: IKugel = 52 · m · r2
Kugelschale: IKugelschale = 32 · m · r2
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Hamster im Laufrad
Ein Hamster der Masse m = 95 g treibe ein Laufrad der Masse M = 300 g und dem Radius r = 12 cm an.
Das Laufrad kann als dünner Zylinder behandelt werden, der Hamster als punktförmige Masse im Abstand r vom
Zentrum des Laufrades. Der Hamster bewege sich mit einer Geschwindigkeit von v = 35 cm
s .
a)
Berechnen Sie die Winkelgeschwindigkeit ω und den Drehimpuls L des Laufrades ohne Hamster!
Durch einen unglücklichen Zufall verklemme sich der Hamster mit den Pfoten im Laufrad und dreht sich dann
mit diesem mit. Berechnen Sie mit Hilfe des Drehimpulserhaltungssatzes die Winkelgeschwindigkeit ω 0 , mit der
sich das Rad mit dem nun eingeklemmten Hamster dreht!
b)
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Gewichtskraft, Dichte und Auftrieb
Ein kleiner Metallklumpen bestehe zu einem Teil aus Gold und zum anderen Teil aus Silber. Die Masse des Metallklumpen betrage m = 27 g und das Volumen betrage V = 2, 45 cm3 .
Berechnen Sie die Massenanteile mAu und mAg von Gold und Silber an dem Metallklumpen! Die Dichte von
Gold beträgt ρAu = 19, 32 cmg 3 und die von Silber beträgt ρAg = 10, 49 cmg 3 .
a)
Berechnen Sie die Kraft, die eine Federwaage anzeigt (an welcher der Metallklumpen hänge), wenn der Metallklumpen vollständig in Wasser eingetaucht sei. Die Dichte von Wasser betrage ρW asser = 1, 0 cmg 3 . Die Erdbeschleunigung beträgt g = 9, 81 sm2 .
b)
20
Kugelfallviskosimeter
Die Viskosität einer Flüssigkeit lässt sich mit Hilfe eines sogenannten Kugelfallviskosimeters bestimmen. Sie werden
diesen Versuch im physikalischen Praktikum auch selber durchführen. Hierzu lässt man Metallkugeln bekannter
Masse mKugel = 148 mg und mit bekanntem Kugelradius rKugel = 2 mm in die Flüssigkeit, deren Viskosität η
(η : Griechischer Buchstabe Eta) man bestimmen will, fallen. Man misst die konstante Fallgeschwindigkeit v , die
sich nach einiger Zeit eingestellt hat. Nach Newton's Trägheitsprinzip heben sich bei einer geradlinigen Bewegung
mit konstanter Geschwindigkeit alle an dem Körper angreifenden Kräfte gegenseitig auf. Die Erdbeschleunigung
betrage g = 9, 81 sm2 .
a)
Berechnen Sie Dichte ρKugel der Metallkugel!
In Glycerin der Dichte ρGlycerin = 1, 26 cmg 3 falle die Kugel mit einer Geschwindigkeit von vGlycerin = 3
Berechnen Sie die Viskosiät ηGlycerin von Glycerin!
b)
cm
s .