physikprüfung für elektrotechnik

Physikprüfung für Elektrotechnik
Aufgabe 1 :
15.2.2010
7 Punkte
M 21−3
Ein Körper der Masse m soll mit der Beschleunigung a bewegt werden, indem durch einen
Faden eine Kraft in der Richtung von a auf ihn übertragen wird.
Geben sie die Größe der jeweils erforderlichen Fadenkraft (F1, F2, F3, F4) für die folgenden vier
Fälle an:
1.
Beschleunigung entgegen der Schwerkraft vertikal nach oben, ohne Reibung
2.
Beschleunigung auf horizontaler Unterlage, ohne Reibung
3.
Beschleunigung auf horizontaler Unterlage bei einer Gleitreibungszahl μ
4.
Abwärtsbeschleunigung auf einer geneigten Ebene (Neigungswinkel α) bei einer
Gleitreibungszahl μ
m = 18 kg
a = 3,1 m/s2
μ = 0,18
α = 13 o
Physikprüfung für Elektrotechnik
Aufgabe 2 :
12.2.2001
8 Punkte
M 54−1
Ein Spielzeugauto mit einem Schwungrad wird
h
angeschoben, bis es die Geschwindigkeit υ0
erreicht hat. Danach überwindet es einen
Höhenunterschied h.
Das Auto hat die Gesamtmasse m. Seine Triebräder haben den Radius r0. Die Winkelgeschwindigkeit ωS des Schwungrades ist auf Grund der Zahnradübersetzung n mal so groß wie die
Winkelgeschwindigkeit ω0 der Triebräder. Das Schwungrad ist ein homogener Vollzylinder mit
der Masse mS und dem Radius rS. Die Trägheitsmomente der vier Räder und der Zahnräder
sowie die Reibung werden vernachlässigt.
1.
Geben Sie die Formel für die gesamte kinetische Energie Ek0 des Autos an, die es
unmittelbar nach dem Loslassen besitzt? (4)
2.
Wie groß ist die Geschwindigkeit υ1 nach Überwinden des Höhenunterschiedes? (4)
m = 130 g
υ0 = 25 cm/s
mS = 105 g
h = 320 mm
r0 = 8 mm
n =8
rS = 18 mm
Physikprüfung für Elektrotechnik
15.2.2010
Aufgabe 3 :
S 12−2
10 Punkte
Ein Bauteil der Masse m hängt an einem Kranseil, wird ausgelenkt und beginnt zur Zeit t0 = 0 zu
schwingen. Dabei legt die Masse auf ihrer Bahn von einem Umkehrpunkt zum anderen den Weg
Δs in der Zeit Δt zurück. Der Vorgang verläuft reibungsfrei.
1.
Welche Werte haben die Amplituden sm, υm und am ? (6)
2.
Welche mechanische Gesamtenergie E0 hat das System, wenn der Nullpunkt der
potentiellen Energie im tiefsten Punkt der Bewegung festgelegt wurde? (2)
3.
Berechnen Sie die Elongation s1 zur Zeit t1 ! (2)
m = 4,2 t
Δs = 2,66 m
Δt = 3,9 s
t1 = 12,0 s
Physikprüfung für Elektrotechnik
Aufgabe 4 :
15.2.2010
6 Punkte
W 21−5
Eine Schaufensterscheibe hat die Dicke d. Die Wärmeleitfähigkeit des Glases ist λ, die
Wärmeübergangskoeffizienten sind innen αi und außen αa. Im Innenraum herrscht eine
konstante Temperatur ϑi.
Unterhalb welcher Außentemperatur ϑa können sich auf der Inneseite der Scheibe Eisblumen
bilden?
d = 10 mm
λ = 0,78 W/(m·K)
ϑi = 19 °C
αi = 15 W/( m2·K)
αa = 28 W/( m2·K)
Physikprüfung für Elektrotechnik
Aufgabe 5 :
15.2.2010
11 Punkte
W 32−2
Ein Zylinder hat das Volumen V0, wenn der Kolben in seiner
Endstellung arretiert ist. Der Hahn ist anfangs geöffnet und der
Zylinder mit Luft von Atmosphärendruck p0 gefüllt. Die
Umgebungstemperatur hat den Wert ϑ0.
1.
Der Zylinder wird auf die Temperatur ϑ1 erwärmt.
Welche Luftmasse m1 befindet sich anschließend noch im Zylinder? (2)
2.
Der Hahn wird nun geschlossen und danach der Temperaturausgleich mit der Umgebung
abgewartet.
Welcher Druck p2 herrscht jetzt im Zylinder? (3)
3.
Die Arretierung wird jetzt freigegeben. Die eingeschlossene Luft kann sich dadurch sehr
schnell (ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung) zusammenziehen.
Welche Temperatur ϑ3 nimmt sie dabei an? (4)
4.
Nun wird erneut der Temperaturausgleich mit der Umgebung abgewartet.
Welches Volumen V4 nimmt die Luft im Zylinder am Ende ein? (2)
V0 = 1,55 l
p0 = 101 kPa
Eigenschaften von Luft:
Mr = 29,0
ϑ0 = 14 °C
κ = 1,40
ϑ1 = 125 °C
Physikprüfung für Elektrotechnik
12.2.2001
Aufgabe 6 :
O 44−2
8 Punkte
Ein Gegenstand wird mit entspanntem Auge durch ein Mikroskop betrachtet, dessen Objektiv
die Brennweite f1 und dessen Okular die Brennweite f2 hat. Objektiv und Okular werden als
dünne Linsen angesehen, deren Mittelebenen den Abstand d haben.
1.
Welche Vergrößerung Γ hat das Mikroskop? (2)
2.
In welchem Abstand a1' vom Objektiv befindet sich das Zwischenbild?
Wie groß ist der Abbildungsmaßstab β1 der ersten Abbildungsstufe des Mikroskops? (3)
3.
Das Mikroskop wird nun etwas dichter an das Objekt herangebracht, so daß das
Zwischenbild in den Abstand a2 zum Okular rückt.
Wie groß ist nun der Abstand a2' des Endbildes zum Okular? (1)
4.
Im Falle von Teilaufgabe 3. verläuft ein beliebiger Strahl durch den Achsenpunkt P des
Zwischenbildes und trifft wie nebenstehend dargestellt auf das Okular.
Konstruieren Sie den Verlauf dieses Strahls hinter dem Okular! (2)
f1 = 5,0 mm
f2 = 20,0 mm
d = 145 mm
a2 = 19,0 mm