Blatt 2

2. Übungsblatt zur Experimentalphysik 1
(Besprechung ab dem 6. November 2006)
Aufgabe 2.1 Wechsel des Bezugssystems
Ein Eisenbahnwagen bewegt sich mit der konstanten Geschwindigkeit v0 = 100 km/h.
Vom 2 m hohen Gepäcknetz fällt ein Gegenstand zu Boden.
a) Nach welcher Zeit trifft er auf dem Boden des Wagens auf?
b) Welche Bahnform der Fallbewegung sieht ein im Wagen sitzender Fahrgast?
c) Welche Bahnform sieht ein auf dem Bahndamm stehender Beobachter?
Geben Sie
x(t)
sowohl die zeitabhängige Bahnkurve in Vektordarstellung ~r(t) = z(t) an, sowie die
ortsabhängige Bahnkurve z(x). Skizzieren Sie z(x).
d) Die Ursache für das Fallen des Gegenstandes sei nun ein gleichmäßiges Abbremsen
des Eisenbahnwagens (mit 2 m/s2 ), d.h. der Gegenstand beginnt mit dem Einsetzen
des Bremsvorgangs zu fallen (t=0). Bearbeiten Sie erneut Teilaufgaben a)- c).
Aufgabe 2.2 Beschleunigung - Geschwindigkeit - Ort
Ein Raketenwagen startet auf ebener Strecke aus der Ruhe. In der ersten Beschleunigungsphase von t1 = 30 s Dauer wird er konstant mit a1 = 4 m/s2 beschleunigt.
Unmittelbar danach folgt die zweite Beschleunigungsphase von t2 = 10 s Dauer mit
a2 = 9 m/s2 . Anschließend fährt der Wagen für t3 = 10 s mit konstanter Geschwindigkeit weiter, bevor er innerhalb von 1000 m bis zum Stillstand abbremst.
a) Welche Strecke x1 hat der Wagen nach der 1. Beschleunigungsphase zurückgelegt?
Wie groß ist seine Geschwindigkeit v1 zu diesem Zeitpunkt?
b) Wie weit (x2 ) ist der Wagen nach der 2. Beschleunigungsphase gekommen? Wie
groß ist seine Geschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt?
c) Nach welcher Strecke x3 setzt der Bremsvorgang ein? Wie stark muss dieser sein um
nach 1000 m zum Stillstand zu kommen und wie lange dauert der Bremsvorgang?
d) Skizzieren Sie in untereinander liegenden Graphen Beschleunigungs-, Geschwindigkeitsund Orts-Zeit-Diagramme und diskutieren Sie diese.
Aufgabe 2.3 Beschleunigte Kreisbewegung
Ein Zug fährt mit konstanter Tangentialbeschleunigung auf einem Kreisbogen mit dem
Radius r = 2 km. Dabei legt er die Strecke ∆s = 1200 m zurück. Zu Beginn der
betrachteten Bewegung hat er die Geschwindigkeit v1 = 30 km/h und am Ende v2 =
100 km/h.
a) Wie lange dauert der Beschleunigungsvorgang?
b) Wie groß ist die Tangentialbeschleunigung?
c) Berechnen Sie die Winkelbeschleunigung.
d) Wie groß ist die Zentripetalbeschleunigung zu Beginn und am Ende des Vorgangs?
Aufgabe 2.4 Kopfballübung
Ein Fußballspieler (Körpergröße H) schießt einen Ball (Massepunkt) aus der Entfernung
L unter einem Abschusswinkel α vom Boden (Annahme: der Ball liege bei h = 0 m)
gegen eine vertikale Wand, von welcher der Ball zurückspringt (Annahme: elastischer
Stoß). Der zurückspringende Ball soll den Kopf des Spielers treffen.
a) Fertigen Sie eine Skizze der Aufgabenstellung mit der erwarteten Flugbahn des Balles an.
b) Bestimmen Sie aus den bekannten Größen H, L, α und g die Anfangsgeschwindigkeit
v0 des Balls, die dieser benötigt um nach der Reflexion den Kopf des Spielers zu treffen.
c) Welche maximale Höhe zmax erreicht der Ball?
d) Schätzen Sie aus realistischen Parametern H, L und α eine mögliche Anfangsgeschwindigkeit v0 ab. Welche Bedingung (zwischen H, L und α) muss dabei erfüllt sein?