Aufgabenblatt 9 (Klausur vom WS 06/07) 1. Thema : Physikalische
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Aufgabenblatt 9 (Klausur vom WS 06/07) 1. Thema : Physikalische Begriffe und Einheiten Rechnen Sie die folgenden Größen in die SI-Basiseinheiten um. Die Basiseinheiten sind kg, m, s, A, K, mol. a) Frequenz: 5 MHz (Megahertz) b) Leistung: 2 Watt c) Energie: 10 keV (Kiloelektronenvolt) d) Geschwindigkeit: 50 km/h 2. Thema: Mechanik, Beschleunigung, Reibung Ein Körper der Masse m = 25 kg fällt durch Luft zur Erde bei Erdbeschleunigung g = 10 m/s2 . Die Anfangsgeschwindigkeit sei v = 0. a) Welche Geschwindigkeit erreicht der Körper im freien Fall (ohne Reibung) nach 3 s und welchen Weg legt er in dieser Zeit zurück? b) Welche Maximalgeschwindigkeit erreicht der Körper mit Reibung? Die Reibungskraft sei FR = γR ·v mit dem Reibungskoeffizienten γR =10 N·s/m. c)Welche Reibungsarbeit, mit γR aus b), wird auf einer Strecke von ∆x = 70m nach Erreichen der Maximalgeschwindigkeit vmax geleistet? Wenn Sie b) nicht gelöst haben, geben Sie hier nur die Formel an für die Arbeit, mit vmax d) Wie groß ist die Änderung der potentiellen Energie unter den Bedingungen von Teilaufgabe c)? (Antwort möglich, ohne a)-c) zu lösen.) e) Mit welcher Kraft drückt ein Körper mit 250 g Masse auf die Wand einer Zentrifugentrommel vom Radius r = 10 cm, die mit der Frequenz f = 30 Hz rotiert? 3. Thema: Hydrodynamik, laminare Strömung Betrachten Sie die laminare Strömung einer inkompressiblen Flüssigkeit mit gegebener Viskosität durch ein Rohr. a) Ordnen Sie die mittlere Strömungsgeschwindigkeit v̄, die Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrachse vA und die Strömungsgeschwindigkeit an der Rohrwand vW nach ihrer Größe (beginnend mit der kleinsten). b) Der Durchmesser des Rohres möge auf 70% des ursprünglichen Durchmessers verringert werden. Auf welchen Prozentsatz geht der Volumenstrom zurück (bei gleicher Rohrlänge und gleicher Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang)? c) Um welchen Faktor ändert sich die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in einer Rohrleitung beim Übergang in einen Rohrabschnitt mit halbem Radius? 4. Thema: Wärmelehre, Zustandsänderungen Wert der allgemeinen Gaskonstante: R = 8,3 J/ (mol · K) a) Eine bestimmte Menge Heliumgas fülle ein Volumen von V0 = 0, 1m3 bei einem Druck p0 = 50000 Pa und einer Temperatur T0 = 300 K. Wieviele Mol sind in dem Volumen enthalten? b) In dem Volumen V0 = 0, 1m3 bei T0 = 300 K sei jetzt 1 Mol des Gases. Wie groß ist jetzt der Druck p1 ? Welche mechanische Arbeit leistet das (ideale) Gas, wenn das Volumen in einem isobaren Prozess durch Wärmezufuhr (∆Qb ) verdreifacht wird? c) Anschließend werde jetzt Wärme (∆Qc ) isochor (d.h. ohne Volumenänderung) abgeführt, so dass die Temperatur am Ende wieder 300 K beträgt. Wie groß ist die in den reversiblen Prozessen von b) und c) insgesamt umgesetzte Wärme: ∆Qges = ∆Qb + ∆Qc ? (Hinweis: Denken Sie an den ersten Hauptsatz der Thermodynamik) 5. Thema: Elektrizitätslehre a) Mit welcher Kraft ziehen sich zwei entgegengesetzt geladene Körper an, die einen Abstand von 1km haben und eine Ladung von je einem Coulomb tragen? Welche Beschleunigung in Einheiten der Erdbeschleunigung erfahren sie, wenn ihre Masse 1 kg beträgt? b) Welche Arbeit müssen Sie aufbringen, um einen Körper, der die Ladung 1 nC trägt, in einem homogenen elektrischen Feld der Stärke E = 100 V /m = 100 J /(C ·m) entlang der Feldlinien über eine Strecke von 0.4m zu transportieren? c) Wieviele Elektronen befinden sich auf einem negativ geladenen Metallkörper mit einer Ladung von 0,2 Coulomb? d) Eine Glühbirne verbraucht 40 Watt bei einer Gleichspannung von 230 V. Wie groß sind Strom und Widerstand?
