Rechenteil: Physik IA Prüfung, 25.06.2014 (Maximal 12 Punkte 1

Rechenteil: Physik IA Prüfung, 25.06.2014 (Maximal 12 Punkte 1.
Eine Masse m = 2 kg soll durch eine sinusförmig zeitabhängige Kraft F (t )  F0  sin(  t ) innerhalb der ersten Halbperiode die 10 Sekunden dauert vom Stillstand weg auf eine Geschwindigkeit von 10 m/s beschleunigt werden. Berechnen Sie a) die Maximalkraft F0 sowie b) den während des Beschleunigungsvorganges zurückgelegten Weg. (4 Punkte)
2.
Ein Fahrzeug fährt mit der Geschwindigkeit v0 = 30 km/h in eine 90‐Grad‐Kurve (Viertelkreis) und verlässt diese mit einer Geschwindigkeit von v1 = 50 km/h. Der Kurvenradius ist R = 50 m und das Fahrzeug beschleunigt beim Durchfahren der Kurve gleichmäßig. a) Wie groß ist die Normalbeschleunigung ‐ d.h. die Beschleunigung senkrecht zur Fahrtrichtung ‐ beim Verlassen der Kurve? b) Geben Sie Größe und Richtung der maximalen Beschleunigung an. 3.
Zwei homogene Kreisscheiben mit unterschiedlichem Radius (R1 = 30cm, R2 = 26cm) aber gleicher Masse (M = 2kg) sind am Umfang miteinander starr verbunden (siehe Skizze). Durch den Verbindungspunkt geht eine horizontale masselose Drehachse (senkrecht zur Zeichenebene). Am Beginn sei die Anordnung, wie gezeichnet, in horizontaler Ausgangslage. Wird die Drehung freigegeben, dann kippt die große Scheibe nach unten. Berechnen Sie die Geschwindigkeit, mit der sich der Mittelpunkt der großen Scheibe durch den tiefsten Punkt bewegt. (4 Punkte) Theoretischer Teil: Physik IA Prüfung, 25.06.2014 (2 Fragen nach Wahl beantworten, maximal 8 Punkte) 1.
a) Zwei Kugeln bewegen sich mit derselben Geschwindigkeit, aber die eine gleitet und die andere rollt. Haben die beiden Kugeln die gleiche kinetische Energie? Belegen Sie ihre Antwort durch eine kurze Rechnung. b) Was rollt „langsamer“ eine schiefe Ebene hinab, ein Vollzylinder oder ein Hohlzylinder? Begründen Sie Ihre Antwort durch eine Rechnung. (4 Punkte) 2.
a) Wie sind die Dehnung und die Spannung bei einem Zugversuch definiert und wie hängen diese für die meisten Festkörper für kleine Verformungen zusammen? b) Vergleichen Sie diese Beziehung mit der rücktreibenden Kraft einer Feder, und stellen Sie einen Zusammenhang zwischen dem Elastizitätsmodul und der Federkonstanten her. (4 Punkte) 3.
Zwei Fahrzeuge mit gleicher Masse m prallen frontal aufeinander und bleiben nach dem Stoß ineinander verkeilt. a) Beide Fahrzeuge fahren anfänglich mit gleicher Geschwindigkeit v aufeinander zu. b) Das eine Fahrzeug fährt mit der Geschwindigkeit 2v auf das andere, in Ruhe befindliche Fahrzeug auf. Wie groß ist in den beiden Fällen der in Zerstörungsarbeit bzw. Wärme umgewandelte Anteil der ursprünglich vorhandenen kinetischen Energie der Fahrzeuge? (4 Punkte)