27_Aufgaben_Kreis_Energie

1.
Ein Versuchswagen mit der Masse mW=0,2kg wird durch ein fallendes Gewichtstück mG=0,1kg beschleunigt.
Das Gewichtstück durchfällt eine Strecke von h=0,5m. Bestimme mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes die
Geschwindigkeit des Wagens genau zu dem Zeitpunkt, wenn das Gewichtstück gerade aufsetzt.
Führe deine Berechnung ausführlich und nachvollziehbar durch.
mW
mG
h
2.
Ein Wagen mit mW=0,5t fährt aus der Höhe hA=5m mit der Anfangsgeschwindigkeit v0=10m/s einen Abhang
herunter. Auf dem Nullniveau angekommen befährt er eine neue Steigung und erreicht auf der Höhe von
hB= 3m ein neues Plateau. Dort soll er durch eine Feder mit der Federhärte D=200 N/m abgebremst
werden.
a. Fertige zum Aufgabentext eine aussagefähige und beschriftete Skizze mit allen in der
Aufgabenstellung gegebenen Werten an.
b. Berechne die Strecke ∆s, um die die Feder zusammengedrückt wurde, wenn der Wagen auf
die Hälfte seine Geschwindigkeit abgebremst wurde.
3.
In einem Vorversuch wird eine Feder untersucht. Es soll in einer Tabelle erfasst werden wie weit sich die
Feder unter der Wirkung einer bestimmten Kraft ausdehnt. Leider sind eine paar Messwerte nicht mehr
auffindbar und die Tabelle unten weist Lücken auf. Der Experimentator kann sich nur noch an einen
Vorversuch erinnern. Dort war mit einer Kugel (v=10 cm/s und m=100g) auf die Feder geschossen worden.
Diese wurde dadurch um 10cm zusammengedrückt. Hilf ihm durch ausführliche und nachvollziehbare
Rechnungen, die fehlenden Werte zu bestimmen.
F/N
s/m
10
0,10
0,5
4.
Ein Fadenpendel wird aus der Höhe h1=1,25cm mit v1=0m/s losgelassen. Im tiefsten Punkt wird eine
Geschwindigkeit von 4,5 cm/s gemessen.
a. Berechne wie viel Reibungsenergie bei diesem Vorgang erzeugt wurde und erläutere deine
Gedanken, die zu deiner Lösung geführt haben.
b. Wie groß ist die Geschwindigkeit der Kugel, wenn sie gerade 1/5 der Höhendifferenz
zurückgelegt hat.
5.
Gleicher Aufgabentyp wie 4 mit Pfeil und Armbrust.
6.
Beschreibe in einem kurzen Satz die Beziehung zwischen den physikalischen Größen Kraft, Arbeit und
Energie. Veranschauliche deine Erläuterung durch ein von Dir selbst gewähltes Beispiel.
7.
Leite aus der allgemeinen Gleichung für die physikalische die Gleichung zur Berechnung der kinetischen
Energie her.
8.
9.
Gleiche Aufgabe wie 9 mit Pendelversuch.
a) Erstelle aus den Messwerten ein Diagramm (auf der x-Achse s2 und auf der y-Achse Ekin abtragen).
b)
Schau dir alle gegebenen Werte an und deute die Steigung des Graphen.
Begründe deine Hypothese mit dem Energieerhaltungsprinzip.
10. Ein Kettenkarussell dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit.
Zeichnen Sie in die Skizze die äußeren Kräfte ein, die schließlich zur erforderlichen Zentripetalkraft
führen, und charakterisieren Sie diese Kräfte kurz.
11.
Bei einem Kettenkarussell ist r0 = 6,0 m und l = 5,0 m. Es
dreht sich gleichförmig. Der Winkel zwischen der Vertikalen
und der Sitzaufhängung beträgt 55°.
a)
Wie groß ist die Geschwindigkeit v des Fahrgastes?
b)
Wie groß sind Umlaufdauer T und Drehfrequenz f?
c)
Die Masse des Gastes und der Sitzanordnung beträgt 85
kg. Welche Kraft greift im Aufhängepunkt der Kette an?
12. Eine Kugel mit der der Masse m=100g liegt auf einer rotierenden Scheibe und wird durch einen Faden gehalten. Berechne,
wie groß der Betrag der Fadenkraft sein muss, wenn die Scheibe 30 Umdrehungen in der Minute macht und der
Radius r=15cm ist.
Die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung wird nun verfünffacht. Wie groß darf nun die Masse der Kugel
höchstens sein, wenn sich nun die Zugkraft am Faden nicht erhöhen soll?
13. Ein Artist (mit der Masse 72 kg) springt aus einer Höhe von 2,50m auf ein Schleuderbrett.
a) Wie hoch wird sein Partner (mit 56 kg) höchstens geschleudert?
b) Für den Bau einer Menschenpyramide muss der Partner 4,0 m hoch geschleudert
werden. Mache Vorschläge, wie man das erreichen kann!
14. Ein Spielzeugauto (m 300 g) = soll eine Kreisbahn mit r 0,35 m = durchfahren. Das Auto hat an der Stelle A eine
Geschwindigkeit von VA = 5 m / s. Reibungseffekte bleiben unberücksichtigt.
a) Mit welcher Geschwindigkeit durchfährt das Spielzeugauto die höchste Stelle B der Kreisbahn?
b) Mit welchem Teil seiner Gewichtskraft FG wird das Auto im Punkt B gegen die Bahn gepresst?
15.
16.
Aus der Höhe h = 1 m wird eine Kugel losgelassen. Sie durchläuft eine Looping-Bahn mit Radius r = 30 cm.
a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v der Kugel im höchsten
Punkt des Loopings.
b) Ist die Kugel im höchsten Punkt des Loopings schnell genug, um nicht herunterzufallen?
Begründe Deine Aussage mit Hilfe einer entsprechenden Berechnung.
h
r
11a) 2.8 m/s b) az = 26.7 m/s2 > g => ja.