Übungsblatt VII

Physik I für Chemiker,
WS 2015/16
Übungsblatt VII
Ausgabe: 01.12.15
Abgabe: 07.12.15
1 Konzeptionelle Frage
(a) Kann die Haftreibungskraft Arbeit leisten? Wenn nicht, warum nicht? Falls ja, geben sie
ein Beispiel (3 Punkte)
(b) Zwei Blöcke werden zum gleichen Zeitpunkt mit gleicher Geschwindigkeit auf zwei Bahnen
mit unterschiedlichem Anstieg losgeschossen. Welcher wird die Ziellinie zuerst erreichen
und warum? (3 Punkte)
2 Arbeit durch konservative Kraft
(a) Ein Ball der Masse 1kg wird mit einem Winkel zum Boden los geworfen und erreicht eine
maximale Höhe von h = 20 m. Wie groß ist die vom Start der Bewegung zur Maximalhöhe
h verrichtete Arbeit der Gravitation? (3 Punkte)
Abbildung 1: Ein Ball, der unter einem Winkel zum Boden los geworfen wurde und seine Maximalhöhe.
3 Energieerhaltung
(a) Ein Pendel der Länge l, an dem ein Ball der Masse m hängt wird unter einem Winkel θ
aus der Ruhe losgelassen, wie in Abbildung 2 (a) zu sehen ist. Wie schnell ist der Ball an
seinem niedrigsten Punkt (Punkt O)? (3 Punkte)
(b) Ein Block rutsch eine reibungsfreie Rampe der Höhe h = 5 m hinunter (bei Punkt A) (vgl.
Abb.2 (b)). Die Anfangsgeschwindigkeit beträgt 2 m/ s. Wie groß ist die Geschwindigkeit
ganz unten (bei Punkt B) und am Ende (bei Punkt C)? (4 Punkte)
Abbildung 2: (a) Ein Pendel der Länge l. (b) Ein Block rutsch eine reibungsfreie Rampe der
Höhe h hinunter.
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Physik I für Chemiker,
WS 2015/16
Übungsblatt VII
Ausgabe: 01.12.15
Abgabe: 07.12.15
4 Energieverlust durch Reibung
Ein 2kg Block startet auf einer Höhe von 2 m auf einer reibungsfreien Rampe mit Steigungswinkel 30° aus der Ruhe, wie in Abbildung 3 (a) dargestellt ist. Auf der horizontalen Fläche
befindet sich ein 0.5 m langes raues Stück mit einem Gleitreibungskoeffizienten von 0,2. Nach
dem rauen Stück ist die Fläche wieder reibungsfrei und am Ende befindet sich eine Feder mit
Federkonstante 500 N/ m. Wie weit wird die Feder zusammengedrückt? (4 Punkte)
Abbildung 3: (a) Ein Block startet aus der Ruhe auf einer schiefen Ebene und trifft dann auf ein
raues Stück Strecke und eine Feder. (b) Ein Ball wird gegen eine Feder gedrückt
und dann losgelassen. Er bewegt sich dann auf einem reibungsfreiem Looping mit
Radius r
5 Feder-Ball Looping
Ein kleiner Ball der Masse m wird gegen eine Feder mit Federkonstante κ gedrückt und dort
gehalten. Die Feder wird dabei um eine unbekannte Distanz x eingedrückt (vgl. Abb. 3 (b)).
Wenn der Ball losgelassen wird rutscht er einen reibungsfreien Looping mit Radius r entlang.
Wenn der Ball den höchsten Punkt im Looping erreicht, ist die Kraft vom Looping auf dem
Ball (die Normalkraft) zwei mal so groß wie die Gravitationskraft, die auf die Masse wirkt.
(a) Benutzen sie Energieerhaltung um die kinetische Energie des Balls am höchsten Punkt
zu bestimmen (3 Punkte)
(b) Benutzen sie Newtons II Axiom um die Bewegungsgleichung für den Ball im höchsten
Punkt aufzustellen. Bestimmen die speziell die Geschwindigkeit vtop im höchsten Punkt
in Abhängigkeit von der Gravitationskonstante g und dem Radius des Loopings r? (3
Punkte)
(c) Um welche Distanz wurde die Feder eingedrückt? (3 Punkte)
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