Protokoll Physik - Grundkurs 11- Heidinger

Protokoll Physik - Grundkurs 11- Heidinger
Datum: 13.03.2006, 3.u.4. Stunde
Protokollantin: Stefanie Bäppler
Fehlende: Sabrina Frank, Christian Tremmel
Gliederung der Stunde:
1. HÜ
2. Verbesserung der HÜ
3. Wiederholung der letzten Stunde
4. Tafelanschrieb
Zu 2. Verbesserung der HÜ
Aufgabe 1: Begriffe
a) Impulserhaltung: Beim Zusammenstoß zweier Körper (Wechselwirkung) ist die Summe der
Impulse vor dem Stoß gleich der Summe der Impulse nach dem Stoß.
b) Unelastischer Stoß: Zwei Körper bleiben nach dem Stoß zusammen und fahren mit gemeinsamer
Geschwindigkeit weiter.
c) Rückstoßprinzip: (siehe Feuerwehraufgabe) Indem Masse entgegen der Fahrtrichtung
abgestoßen wird, wird der Körper in Fahrtrichtung beschleunigt.
Aufgabe 2: Fahrbahnversuch
Auf einer Luftkissenfahrbahn befinden sich zwei Gleiter mit den gleichen Massen m. Vor dem Stoß
bewegt sich Gleiter 1 mit v1 und ruht Gleiter 2.
a) Skizziere die Situation beim elastischen Zusammenstoß und trage die Impulse vor und nach dem
Stoß ein.
Vor dem Stoß:
m1 = m2
p1 = v1 * m
p2 = 0
Nach dem Stoß:
p1‘ = 0
p2‘ = p1
b) Was ändert sich, wenn Gleiter 2 vor dem Stoß die doppelte entgegengerichtete Geschwindigkeit
v2 = - 2v1 besitzt?
Vor dem Stoß:
p1 = v1 * m
p2 = -2v1 * m
Nach dem Stoß:
p1‘ = p2
p2‘ = p1
c) Was ändert sich beim unelastischen Stoß?
Beide Gleiter fahren nach dem Stoß gemeinsam mit einer Geschwindigkeit von –1/2 v1 weiter.
Aufgabe 3: Rechnung
Eine Ramme von 300 kg Masse fällt aus 2 m Höhe auf eine Spundwandschiene mit 160 kg Masse
und schlägt diese dabei um 1 cm tiefer in den Boden.
a) Mit welcher Geschwindigkeit trifft die Ramme auf die Schiene?
b) Welche Geschwindigkeit besitzen Ramme und Schiene nach dem (unelastischen) Stoß?
c) Welche Verzögerung erfahren Ramme und Schiene durch Reibung im Erdreich?
d) Wie groß ist demnach die Reibungskraft (Tragkraft) der Schiene?
Geg:
m1 = 300 kg; m2 = 160 kg; h = 2 m; s = 0,01 m
v2 = 0 km/h
a) Ges: v1
Lsg: v1 = (2gh)1/2 = (2*9,81 m/s² *2 m)1/2 = 6,26 m/s (eigentlich –6,26 m/s, da s eigentlich negativ)
b) Ges: v2
Lsg: p1 = m1 * v1 = (m1+m2) * v2 = p2
v2 = (m1 * v1) / (m1+m2) = (300 kg * 6,25 m/s) / 460 kg = 4,09 m/s
c) Ges: a
Lsg: v = (2as)1/2
a = v2² / (2s) = (4,09 m/s)² / (2 * 0,01 m) = 834,5 m/s²
d) Ges: F
Lsg: F = m * a
F = 460 kg * 834,5 m/s² = 383.869,6 N = 38,4 t
Zu 3. Wiederholung
5.1 Arbeit
b) Definition: W = F * s
Zu 4. Tafelanschrieb
c) Arbeit bei nicht paralleler Kraft
1) Skizze
Fz

Fs
s
2) Herleitung
cos  = Fs/Fz
Fs = Fz * cos 
3) Ergebnis
Arbeit:
W = Fs * s = Fz * s * cos 
W=F°s
d) Einheit der Arbeit
[W] = [F] * [s] = 1 N * 1 m = 1Nm = 1Joule = 1J
= „Skalarprodukt“
e)
Beispiel
Wie hoch muss ein Wanderer (Masse = 50 kg) wandern, um 1 kJ abzuarbeiten?
Geg: W = 1 kJ ; m = 50 kg
Ges: h
Lsg: h = W / F = W / (m*g) = 1000 J / (50 kg * 9,81 N/kg) = 2,04 m
f)
Negative Arbeit
1)
Mathematisch
Fz
90°<  < 270°
Fs
s
2)
Physikalisch
Negative Arbeit bedeutet, dass ein Körper gegen eine äußere Kraft Arbeit verrichtet.
g)
3)
Beispiele
-
schiefe Ebene herabrollen
-
von einem Magneten angezogen
-
eigene Motorkraft (Autofahren ist negative Arbeit)
Das Arbeitsdiagramm
1)
Mathematisch
F
Fs
Fs = const.
s1
s2
s
Die Arbeit entspricht der Flächeninhaltsfunktion unter dem Kraftgraph.
(Die Flächeninhaltsfunktion wird auch Integral genannt.)