KLAUSUR in PHYSIK 1 für Studierende der Elektrotechnik, Nano

22. August 2008
Universität Duisburg-Essen
(Campus Duisburg)
Fachbereich Physik
Dr. Klaus Sokolowski-Tinten
KLAUSUR in PHYSIK 1
für Studierende der Elektrotechnik, Nano-Engineering, Wirtschaftsing.
Abschluß: Bachelor
Bearbeitungsdauer:
90 Minuten
Maximal erreichbare Punktzahl:
23 Punkte
Zum Bestehen der Klausur sind mindestens
11 Punkte erforderlich
(Bei jeder Aufgabe ist die maximal erreichbare Punktzahl angegeben).
Bewertet werden Lösungsweg und Lösung.
Zugelassene Hilfsmittel:
KEINE!
(Außer einem nicht programmierbaren Taschenrechner)
Mobiltelefone müssen ausgeschaltet bleiben!
1. Aufgabe
Ein Aufzug beschleunigt auf der Erde (g = 9,81 m/s2) aus der Ruhe mit 2 m/s2 nach oben.
a) Welches Gewicht liest ein 70 kg schwerer Mann im Aufzug ab, wenn er während der
Beschleunigung auf einer geeichten Waage steht ?
b) Welche Geschwindigkeit hat der Aufzug erreicht, wenn die Beschleunigung nach 5 s endet?
c) Welches Gewicht liest der Mann nach Beendigung der Beschleunigung ab?
(3 Punkte)
2. Aufgabe
Von einem Aussichtsturm wird ein Stein in horizontaler Richtung losgeworfen. Er schlägt 2
Sekunden nach dem Abwurf auf dem Boden auf und bewegt sich in dieser Zeit 12 m weit in
horizontaler Richtung.
a) Zeigen Sie, dass die Anfangsgeschwindigkeit in horizontaler Richtung vx = 6 m/s beträgt.
b) Berechnen Sie die Abwurfhöhe über dem Boden.
c) Berechnen Sie den Zeitpunkt, an dem der Körper sich in eine Richtung bewegt, die um 45° gegen
die Horizontale geneigt ist.
d) Berechnen Sie den Betrag der Geschwindigkeit beim Aufschlag.
(5 Punkte)
-23. Aufgabe
Zwei Kinder (je m = 40 kg) sitzen auf einem Karussell, das aus einer Scheibe mit Radius r = 2m
und einer Masse M = 1000 kg besteht, die um eine Achse in der Mitte drehbar ist. Die Kinder sitzen
sich diametral gegenüber am Rand der Scheibe.
a) Berechnen Sie das Gesamtträgheitsmoment der Scheibe mit den darauf sitzenden Kindern.
Betrachten sie die Kinder dafür als Massenpunkte am Rand der Scheibe.
Hinweis: Trägheitsmoment der Scheibe :
1
Mr 2 .
2
b) Ein drittes Kind will das Karussell nun am Rand anschieben. Es kann eine maximale Kraft F =
100 N aufbringen. Wie lange muss es mit dieser konstanten Kraft schieben, um das Karussell auf
1/10 Umdrehung pro Sekunde, d.h. auf ω =
2π −1
s zu beschleunigen? Hinweis: Zur Lösung von b
10
verwenden Sie für das Gesamtrrägheitsmoment (Teil a) Iges = 2320 kgm2.
(5 Punkte)
4. Aufgabe
Ein Auto (M = 1000 kg) fährt durch eine Kurve mit Radius R = 25 m.
a) Mit welcher maximalen Geschwindigkeit v kann die Kurve durchfahren werden, wenn der Haftreibungskoeffizient zwischen Straße und
Reifen μH = 0.8 beträgt. Hinweis: Zentripetalbeschleunigung aZ = v² / R.
b) Hinter der Kurve bemerken Sie ein Hindernis. Welchen Bremsweg hat
ihr Fahrzeug (ohne Reaktionszeit bei der Geschwindigkeit aus a), wenn die Bremskräfte durch
Haftreibung vermittelt und auch begrenzt werden (d.h. die Räder sollen nicht blockieren)?
c) Welche Arbeit muss für das vollständige Abbremsen aufgewendet werden?
(6 Punkte)
5. Aufgabe
In einem Zylinder mit beweglicher Deckelplatte (Fläche: 10 cm2), auf die der Außendruck p = 105
Pa wirkt, sind 1022 He-Atome bei T = 300 K eingesperrt (ideales Gas).
a) Wie groß ist das Zylindervolumen bis zum Deckel?
b) Welche Kraft wirkt auf die Deckelplatte, wenn Sie diese fixieren, und das Gas auf 600 K heizen?
Wert der Boltzmann-Konstante: kB = 1,381x10-23 J/K
Viel Erfolg!
(4 Punkte)