Prüfung Physik I 16122010
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NAME: Matr.Nr.: Stud.-Richt.: Schriftliche Prüfung aus Physik I (Rechenteil) am 16.12.2010 (6 Beispiele: insgesamt 20 Punkte) 1. Ein Eisenbahnwaggon der Masse m = 2000 kg wird durch eine von Null mit der Zeit quadratisch zunehmende Kraft vom Stillstand weg beschleunigt. Nach 10 s hat die Kraft einen Wert von 1000 N erreicht. a) Wie groß ist die Geschwindigkeit des Eisenbahnwaggons nach 20 s? b) Welchen Weg hat er bis dahin zurückgelegt? (3 Punkte) 2. Ein Auto mit einer Masse von 1200 kg fahre mit 60 km/h ostwärts in eine Kreuzung. Dort stößt es mit einem Lastwagen der Masse 3000 kg zusammen, der mit 40 km/h aus Süden kommt. a) Bestimmen Sie Betrag und Richtung der Geschwindigkeit der beiden ineinander verkeilten Fahrzeuge nach dem Zusammenstoß. b) Wie viel Energie wird beim Zusammenstoß dissipiert? (3 Punkte) 3. Ein ruhendes Schiff sei mit einem Sonar bestückt, das Schallpulse mit einer Frequenz von 40 MHz aussendet. Die von einer Tauchglocke direkt unter dem Schiff reflektierten Impulse werden nach einer Zeitverzögerung von 80 ms und mit einer Frequenz von 39,958 MHz empfangen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen im Meerwasser betrage 1,54 km/s. Bestimmen Sie a) die Tiefe der Tauchglocke und b) ihre Sinkgeschwindigkeit. Beachten Sie, dass die Tauchglocke für die auftreffenden Schallwellen der Empfänger und für die reflektierten der Sender ist. (4 Punkte) 4. Ein Elektron wird aus einem Abstand von 1 m vom Mittelpunkt einer negativ geladenen Metallkugel (Durchmesser 20 cm) mit einer Geschwindigkeit von 100 km/sec direkt in Richtung dieser Metallkugel geschossen. Man stellt dabei fest, dass das Elektron 10 cm vor Erreichen der Kugeloberfläche umkehrt. Berechnen Sie die Anzahl der Überschusselektronen die sich auf der Metallkugel befinden. (3 Punkte) 5. Zwei parallele und in gleicher Richtung von Strom durchflossene Leiter befinden sich in einem Abstand von 2 cm. In beiden fließt ein Strom von I = 50A in die Bildebene hinein. Berechnen Sie Betrag und Richtung des Gesamtmagnetfeldes B im Punkt X, der jeweils 2 cm von den beiden Leitern entfernt ist. Zeichnen Sie auch die Magnetfeldbeiträge als Vektoren qualitativ in die Skizze ein. (4 Punkte) x 2cm 2cm I=50A A B(x)=? 2cm I=50A A 6. Der Strom durch eine lange Spule steige mit I = 1 A/s gleichmäßig an. Dadurch werde in einer kreisförmigen Drahtschleife, welche ins magnetische Feld dieser Spule gebracht wird, eine konstante Spannung von 10-3 Volt erzeugt. a) Wie groß ist die Gegeninduktivität L12 dieser Anordnung? b) Welche Wechselspannung wird in der Drahtschleife induziert, wenn der Spulenstrom ein Wechselstrom von 50 Hz mit einer Amplitude von 100 mA ist? c) Wie groß ist dabei die maximale Flussdichte B, die im Feldraum auftritt, wenn der Durchmesser der Drahtschleife 2 cm beträgt? (3 Punkte) NAME: Matr.Nr.: Stud.-Richt.: Schriftliche Prüfung aus Physik I (Theoretischer-Teil) am 16.12.2010 (3 Fragen nach Wahl beantworten, bitte genau kennzeichnen!) 1. Kreisel: Erklären Sie (mit einer Skizze und anhand von Formeln), warum ein um eine horizontale Achse rotierender Kreisel, wenn er an der Achse nur auf einer Seite außerhalb des Schwerpunktes aufgehängt ist eine Präzessionsbewegung der horizontalen Rotationsachse durchführt? Argumentieren Sie warum der Kreisel nicht nach unten kippt! Wie hängt die Kreisfrequenz der Präzession mit der Kreisfrequenz des Kreisels zusammen? (4 Punkte) 2. Strömungslehre: Wie lautet die Bernoulligleichung und was bedeutet sie physikalisch? Was sind der Venturi Effekt und der Magnuseffekt, und wie hängen sie mit der Bernoulligleichung zusammen? (4 Punkte) 3. Stehende Wellen: Erklären Sie das Zustandekommen einer stehenden Welle (in Worten und Formeln). Wie groß ist die Frequenz der Grundschwingung einer beidseitig eingespannten Saite der Länge L? Wie groß ist diese bei einer einseitig eingespannten Saite (z.B. Stimmgabel)? Wie ändert sich die Phase einer Seilwelle bei der Reflexion am eingespannten Ende? (4 Punkte) 4. Elektrisches Feld: a) Skizzieren Sie das elektrische Feld für zwei positive Punktladungen mit Ladung +e im Abstand d. Gibt es einen Punkt an dem das Feld verschwindet? b) Wie ist der Feldverlauf (Stärke und Richtung) des elektrischen Feldes im Innenraum und im Außenraum einer nichtleitenden Vollkugel? c) Wie ist der Feldverlauf innen und außen für eine leitende Vollkugel? d) Leiten Sie den Zusammenhang zwischen der Oberflächenladungsdichte und dem Betrag der Feldstärke direkt an der Oberfläche der leitenden Kugel her? (4 Punkte)
