Experimentalphysik 9. März 2016 Uebungsaufgaben 1 Name: M
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Experimentalphysik 9. März 2016 Uebungsaufgaben 1 Name: M. Hausmann Instructions. Lösen Sie jede der folgenden Aufgaben. m 1. Ein Bob hat vom Start an die gleichbleibende Beschleunigung von 3 2 . Berechnen s Sie (a) seine Geschwindigkeit 5 Sekunden nach dem Start; (b) den bis zu diesem Zeitpunkt zurückgelegten Weg; (c) seine Durchschnittsgeschwindigkeit auf diesem Weg; km zu beschleunigen. (d) die Strecke, die er benötigt um auf 20 h m 2. Ein Körper bewegt sich mit konstanter Beschleunigung a0 = −3 2 . Zu Beginn hat s m er die Ausgangslage s0 = 24 m und die Anfangsgeschwindigkeit v0 = 6 . s (a) Stellen Sie die drei Bewegungsgleichungen auf. (b) Bestimmen Sie Ort und Zeit, wenn sich die Bewegungsrichtung des Körpers umkehrt. (c) Wann erreicht der Körper wieder die Ausgangslage? (d) Zeichnen Sie die drei Diagramme der t-s-, der t-v- und der t-a-Funktion. 3. Ein Körper fällt aus 40 m Höhe lotrecht zur Erde. Gleichzeitig wird von unten ein m zweiter Körper mit der Geschwindigkeit 20 vertikal nach oben geschossen. s (a) Berechnen Sie die Zeit, zu der beide Körper auf gleicher Höhe sind? (b) Berechnen Sie wann die beiden Körper auf dem Boden aufschlagen. (c) Bestimmen Sie die Startgeschwindigkeit des zweiten Körpers, wenn beide Körper gleichzeitig auf der Erde auftreffen sollen. 4. Eine Achterbahn enthält einen Looping ( siehe Skizze). Berechnen Sie unter Verwendung folgender Annahmen: • Der Achterbahnwagen sei punktförmig und habe die Masse m. • Von Reibungseffekten sei abzusehen. • Im Punkt B sei die potentielle Energie gleich 0. (a) Aus welcher Höhe h muss man bei Punkt A starten, damit man bei Punkt C an der Bahn haftet und nicht herunterstürzt? Experimentalphysik/Uebungsaufgaben 1 – Page 2 of 2 – Name: (b) Wie groß ist dann die Geschwindigkeit in den Punkten B und C jeweils? Experimentalphysik 9. März 2016 Uebungsaufgaben 1 Name: M. Hausmann Instructions. Lösen Sie jede der folgenden Aufgaben. 1. Eine Schraubenfeder, für die das Hooksche Gesetz gilt, hat ohne Belastung eine Länge von l0 = 25 cm. Nach Anhängen einer Masse m = 20 g im Schwerefeld der Erde ist die Feder auf eine Länge von l1 = 32 cm gedehnt. (a) Wie groß ist die Federkonstante k? (b) Wie groß ist die gespeicherte elastische (potentielle) Energie? (c) Welche Federlänge l2 ergäbe sich bei einer Belastung durch die MAsse m2 = 5 g? km 2. Ein Satellit bewegt sich horizontal mit einer Geschwindigkeit von v1 = 8 relativ s zur Erdoberfläche. Er soll eine Ladung in horizontaler Richtung rückwärts ausstoßen, sodass diese senkrecht auf die Erde fällt. Satellit und Ladung wiegen 450 kg, die Ladung alleine 50 kg. Berechnen Sie die Geschwindigkeit relativ zum Satelliten, mit der die Ladung ausgestoßen werden muss, sowie die Geschwindigkeit des Satelliten relativ zur Erde nach dem Ausstoß. km 3. Ein Wagen der Masse m = 1200 kg fährt mit einer Geschwindigkeit von v = 120 h durch eine Kurve mit einem Krümmungsradius von r = 2500 m. (a) Berechnen Sie die Zentripetalkraft und entscheiden Sie die Frage, ob diese Geschwindigkeit bei vereister Straße noch möglich wäre. (fH (Reifen auf Eis) = 0,2) (b) Berechnen Sie die maximale Geschwindigkeit, die auf trockener, auf nasser und auf vereister Geschwindigkeit theoretisch möglich wäre, ohne dass das Fahrzeug von der Straße abkommt. (fH (Reifen auf Eis) = 0,2, fH (Reifen auf Wasser) = 0,6, fH (Reifen auf Straße) = 0,9) 4. Bei einer Injektionsnadel wird der Kolben (Radius R = 0,6 cm) mit einer Geschwinmm in den Zylinder gedrückt. digkeit von v1 = 3 s Mit welcher Geschwindeigkeit v2 spritzt die Flüssigkeit aus der Kanüle, wenn diese einen Innenradius von r = 0,25 mm hat? 5. Regentropfen fallen mit einer bestimmten Geschwindigkeit zur Erde. Nehmen Sie an, dass ein Regentropfen eine Kugel ist. In der Hydro- und Aerodynamik gibt es zwei Formeln für die Reibungskraft auf eine Kugel. Für laminare Strömungen gilt das Stoke’sche Gesetz F =6·π·r·η·v und für turbulente Strömungen die Formel 1 F = · ρ · v 2 · cw · A. 2 Überlegen Sie anhand einer Rechnung, welche der beiden Formeln die Wirklichkeit kg einigermaßen richtig beschreibt. (η = 18,2 µPa s, ρ = 1,29 3 , cw = 0,3) m Experimentalphysik/Uebungsaufgaben 1 – Page 2 of 2 – Name: 6. Eine Holzkugel habe den Radius r = 25 cm und die Masse m = 600 g. kg g ? (a) Wie groß ist Dichte ρ in 3 und in cm µl g (b) Welches Wasservolumen wird sie in einem Bergsee (ρW asser = 1,002 3 ) beim cm Schwimmen verdrängen? g ) beim (c) Welches Wasservolumen wird sie im Ozean (ρSalz−W asser = 1,022 cm3 Schwimmen verdrängen?
