Bundeswettbewerb 1 der 27. Österreichischen Physikolympiade

Bundeswettbewerb 1 der 29. Österreichischen Physikolympiade
1.
Kugelschreiber (2 P.)
In vielen Kugelschreibern gibt es Schraubenfedern, die durch Betätigen des Druckknopfes
zusammengedrückt werden können, sodass an der Kuli-Spitze eine schreibende Miene erscheint.
Die Kraft der Schraubfedern erfolgt in guter Näherung dem Hooke’schen Gesetz.
Betrachten wir einen Kuli bei dem zu Beginn des Knopfdrückens eine Kraft von F 1 = 3N erforderlich
sei, der Federweg 1cm betrage, und am Ende dieses Federweges eine Kraft von 5N anliege.
Frage: Wie viel Energie wird benötigt, um diesen Kuli zum Schreiben zu öffnen?
2.
Gegen die Wand …
Eine homogene Kugel mit dem Radius R/2 befindet sich wie im Bild
dargestellt in einem geschlossenen zylindrischen Behälter. Der
Behälter ist völlig mit Wasser gefüllt. Der Behälter rotiert mit der
Winkelgeschwindigkeit  um eine lotrechte starre Achse. Diese starre
Achse fällt mit der Symmetrieachse des Zylinders zusammen.
a) Finde einen Ausdruck für die Druckkraft, die die Innenwand des
Behälters auf die Kugel ausübt.Bezeichne dabei die Dichte von
Wasser mit 0 und die Dichte der Kugel mit . (4 P.)
b) Finde heraus, um welchen Betrag sich diese Kraft ändert, wenn
dieses Experiment auf der ISS durchgeführt wird (praktisch
Schwerelosigkeit). (1 P.)
3.
Größtmögliche Annäherung
Ein Proton (Masse m, Ladung e) und ein Alpha-Teilchen (Masse 4m, Ladung 2e) bewegen sich auf
einer Geraden aufeinander zu. Die Anfangsgeschwindigkeit des Alphateilchens ist v, die
Anfangsgeschwindigkeit des Protons ist gleich –v.
a) Finde heraus, wie groß die Geschwindigkeit des Schwerpunkts am Anfang der Bewegung ist. (1 P.)
b) Finde einen Ausdruck für den kleinsten Abstand r, den Alphateilchen und Proton erreichen können.
(4 P.)
4.
Zwei Kondensatoren in einer Schaltung
Die beiden Kondensatoren in der rechten Schaltung sind
zu Beginn nicht geladen.
a) Wie groß ist die Stromstärke in jedem der Widerstände
unmittelbar nach dem Schließen des Schalters S? (3 P.)
Nach genügend langer Zeit sind die Kondensatoren
geladen.
b) Wie groß ist nun der Strom in jedem der Widerstände? (1,5 P.)
c) Wie groß ist die Ladung in jedem der beiden Kondensatoren? (1,5 P.)
Mag. Engelbert Stütz
Bundeswettbewerb 1 der 29. Österreichischen Physikolympiade
5.
Bestimmung des B-Feldes der Erde
Versetzt man diese Spule (700 Windungen, Länge =
19,0cm, Breite = 13,7cm) in Rotation, so erhält man
bei einem Speicheroszilloskop unten abgebildetes
Spannungssignal.
Ermittle mit den Spulendaten und aus dem
Screenshot des Speicheroszilloskops das B-Feld der
Erde! (6 P.)
Zusatzfrage: Wie muss das Gerät mit der rotierenden
Spule aufgestellt werden, damit die Bestimmung des
B-Feldes der Erde ausschließlich mit den
Spulendaten und dem Screenshot möglich ist? (1 P.)
 GUTES GELINGEN!
Mag. Engelbert Stütz