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D:\481342241.doc
07.04.17
01:07
E-Phase PH2, 2. Klausur Physik, Lösungen
Aufgabe 1:
Beschreiben Sie einen Versuch (Skizze, Aufbau, Durchführung), welcher als Grundlage zur Herleitung der Grundgleichung der
Mechanik dienen kann. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang eine beliebte Fehlerquelle.
Auf der Luftkissenfahrbahn wird ein Wagen mittels einer über eine Rolle geführte Schnur durch eine
anhängende Masse und der sich daraus ergebenden (Gewichts)Kraft beschleunigt. Durch Verändern
der Masse realisiert man unterschiedliche beschleunigende Kräfte. Die Elektronik erfasst die
Beschleunigung, so dass zwischen Kraft und zu beschleunigender Masse eine Beziehung hergeleitet
werden kann. Es ist darauf zu achten, dass stets die Gesamtmasse beschleunigt wird! deshalb
müssen alle, zur Erzeugung der beschleunigenden Kraft benötigten Massestücke von Anfang an auf
dem Wagen mitgeführt werden.
Aufgabe 2:
Bestimmen Sie die nötige (Brems)Kraft, damit ein Auto, m = 1,5 t, aus der Geschwindigkeit 63 km/h auf einer Strecke von
50 m zum Stehen kommt.
F = m·a = m·
1500·632
v2
=
N = 4593,75 N
100·3,62
2·s
Aufgabe 3:
a) Ein Auto, Masse m1 = 1000kg, kommt bei rasantem Start in 4s aus dem Stand auf die Geschwindigkeit v = 72km/h.
Ermitteln Sie die dazu notwendige Kraft. Vergleichen Sie diese mit der Gewichtskraft des Autos.
Aus F = m·a und a =
v
m  v 1000  20 kg  m
folgt: F =
=
= 5000 N. Da die Gewichtskraft ca. 10 kN
t
t
4 ss
beträgt, benötigt man in etwa die halbe Gewichtskraft.
b) Das Auto soll nun auch noch einen Anhänger der Masse m 2 = 500kg ziehen. Die erforderliche Zugkraft betrage jetzt F =
5000N. Berechnen Sie, welche Geschwindigkeit das Auto jetzt nach 4 Sekunden aus dem Stand besitzt.
v =
c)
km
F  t 5000  4 kg  m  s 40 m

=
= 48
3 s
m
h
1500 kg  s2
Ermitteln Sie in beiden Fällen jeweils die kinetische Energie der Fahrzeuge.
Ekin = ½mv², also 200 kJ bzw. 133,33 kJ.
Aufgabe 4:
Ein Fahrzeug mit der Masse m = 850kg wird auf einer horizontalen Straße durch eine konstante Kraft (keine Reibung)
a) in der Zeit t = 18s von v1 = 60km/h auf die Geschwindigkeit v2 = 120km/h
 1202  602 
 J  354166,67 J,
3,62


Ekin = E2 – E1 = ½m  v 22  v12  = 425· 
Pa =
Ekin
t
=
425  1202  602  J

 = 19675,93 W
18 
3,62
s
b) in der Zeit t = 15s aus dem Stand auf die Geschwindigkeit v = 60km/h beschleunigt.
Ekin = 425·
602
J  118055,56 J, Pb = 7870,37 W
3,62
Geben Sie begründet an, in welchem der beiden Fälle die erbrachte Leistung größer ist.
a) ist die Leistung größer.
Aufgabe 5:
In Fall
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Auf der einen Seite einer Rolle, deren Masse vernachlässigt werden darf, ebenso wie die des Fadens, hängt ein Körper der
Masse
m1 = 200 g, auf der anderen Seite ein Körper der Masse m 2 = 202 g.
a) Beschreiben Sie was mit dem System geschieht, wenn es sich selbst überlassen wird und begründen Sie Ihre Aussagen.
Links hängt eine größere Masse als rechts, also wirkt hier eine größere Gewichtskraft. Die
Differenz der beiden Gewichtskräfte dient als beschleunigende Kraft, welche die Gesamtmasse
m1 + m2 nach unten beschleunigt.
b) Berechnen Sie die Beschleunigung, mit welcher sich das System in Bewegung setzt.
Fbeschl = (m1 – m2)·g = 0,002 kg · 9,81
Die Beschleunigung beträgt dabei:
a
F
0,02 N
m
m

 0,04975  0,05
mges 0,402 kg
s²
s²
N
kg
= 0,02 N