Physik I für Chemiker, WS 2016/17 Übungsblatt VII Ausgabe: 06.12.16 Abgabe: 13.12.16 1 Konzeptionelle Frage (a) Kann die Haftreibungskraft Arbeit leisten? Wenn nicht, warum nicht? Falls ja, geben sie ein Beispiel (3 Punkte) (b) Zwei Blöcke werden zum gleichen Zeitpunkt mit gleicher Geschwindigkeit auf zwei Bahnen mit unterschiedlichem Anstieg losgeschossen. Welcher wird die Ziellinie zuerst erreichen und warum? (3 Punkte) 2 Arbeit durch konservative Kraft (a) Ein Ball der Masse 2kg wird mit einem Winkel zum Boden los geworfen und erreicht eine maximale Höhe von h = 40 m. Wie groÿ ist die vom Start der Bewegung zur Maximalhöhe h verrichtete Arbeit der Gravitation? (3 Punkte) Abbildung 1: Ein Ball, der unter einem Winkel zum Boden los geworfen wurde und seine Maximalhöhe. 3 Energieerhaltung (a) Ein Pendel der Länge l, an dem ein Ball der Masse m hängt wird unter einem Winkel θ aus der Ruhe losgelassen, wie in Abbildung 2 (a) zu sehen ist. Wie schnell ist der Ball an seinem niedrigsten Punkt (Punkt O)? (3 Punkte) (b) Ein Block rutsch eine reibungsfreie Rampe der Höhe h = 10 m hinunter (bei Punkt A) (vgl. Abb.2 (b)). Die Anfangsgeschwindigkeit beträgt 4 m/ s. Wie groÿ ist die Geschwindigkeit ganz unten (bei Punkt B ) und am Ende (bei Punkt C )? (4 Punkte) Abbildung 2: (a) Ein Pendel der Länge l. (b) Ein Block rutsch eine reibungsfreie Rampe der Höhe h hinunter. 1/2 Physik I für Chemiker, WS 2016/17 Übungsblatt VII Ausgabe: 06.12.16 Abgabe: 13.12.16 4 Energieverlust durch Reibung Ein 4kg Block startet auf einer Höhe von 4 m auf einer reibungsfreien Rampe mit Steigungswinkel 60° aus der Ruhe, wie in Abbildung 3 (a) dargestellt ist. Auf der horizontalen Fläche bendet sich ein 1 m langes raues Stück mit einem Gleitreibungskoezienten von 0,2. Nach dem rauen Stück ist die Fläche wieder reibungsfrei und am Ende bendet sich eine Feder mit Federkonstante 500 N/ m. Wie weit wird die Feder zusammengedrückt? (4 Punkte) Abbildung 3: (a) Ein Block startet aus der Ruhe auf einer schiefen Ebene und trit dann auf ein raues Stück Strecke und eine Feder. (b) Ein Ball wird gegen eine Feder gedrückt und dann losgelassen. Er bewegt sich dann auf einem reibungsfreiem Looping mit Radius r 5 Feder-Ball Looping Ein kleiner Ball der Masse m wird gegen eine Feder mit Federkonstante κ gedrückt und dort gehalten. Die Feder wird dabei um eine unbekannte Distanz x eingedrückt (vgl. Abb. 3 (b)). Wenn der Ball losgelassen wird rutscht er einen reibungsfreien Looping mit Radius r entlang. Wenn der Ball den höchsten Punkt im Looping erreicht, ist die Kraft vom Looping auf dem Ball (die Normalkraft) vier mal so groÿ wie die Gravitationskraft, die auf die Masse wirkt. (a) Benutzen sie Energieerhaltung um die kinetische Energie des Balls am höchsten Punkt zu bestimmen (3 Punkte) (b) Benutzen sie Newtons II Axiom um die Bewegungsgleichung für den Ball im höchsten Punkt aufzustellen. Bestimmen die speziell die Geschwindigkeit vtop im höchsten Punkt in Abhängigkeit von der Gravitationskonstante g und dem Radius des Loopings r? (3 Punkte) (c) Um welche Distanz wurde die Feder eingedrückt? (3 Punkte) 2/2