K2 Kreisbewegung und Elektrisches Feld

2. KA
Physik
LK 11/II
28.02.02
1) Elektrostatik:
a) Beschreibe und/oder skizziere den Versuch mit dem Papierstreifen und Deine
Beobachtungen. Erkläre die Beobachtungen möglichst präzise unter Verwendung
der Fachbegriffe!
b) Beschreibe den Versuch mit der Metallkugel, die an einem nichtleitenden Faden
vor die Metallplatte gehängt wird, und Deine Beobachtungen. Erkläre die
Beobachtungen möglichst präzise.
c) Zeichne die elektrischen Felder bei folgenden Versuchsanordnungen: (+ und –
geben an, mit welchen Polen die jeweiligen Metallteile verbunden wurden)
i)
ii)
2) Kreisbewegung und Gravitation:
(alle Formeln außer den in der Formelsammlung angegebenen müssen hergeleitet
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werden! Es gilt VKugel = 3 π r3)
a) Luke
Skywalker
nähert
sich
mit
seinem X-Wing-Fighter (s. Abb.) dem
Planeten Terra-Z und schwenkt in eine
kreisförmige
Umlaufbahn
ein.
Der
Durchmesser des Planeten beträgt
36.000 km, er fliegt in einer Höhe von
700 km über der Oberfläche. Die
Umlaufdauer des (antriebslosen) Raumschiffs beträgt 1 h 10 min. Welche
Geschwindigkeit hat das Raumschiff auf seiner Kreisbahn?
b) Welche Masse und Dichte hat Terra-Z?
c) Wie groß ist der Ortfaktor auf Terra-Z? Kann Luke es wagen, auf Terra-Z zu
landen?
d) Luke soll eine Bodenstation des Imperiums auf Terra-Z erkunden und möchte
immer über dieser Stelle fliegen („geostationäre Bahn“). Terra-Z dreht sich in
7,8 h einmal um die eigene Achse. In welcher Höhe muss Luke (antriebslos)
fliegen, um immer über derselben Stelle zu kreisen?
e) Wie groß ist die Energie, die Luke braucht, um von der in a) genannten Bahn auf
die in d) genannte Bahn aufzusteigen, wenn das Raumschiff eine Masse von 3,5
Tonnen hat?
f) Terra-Z umkreist die Sonne Sol-Z in einer Entfernung von 86 · 106 km. Die Masse
der Sonne beträgt 2,4·1030 km. Welche Energie braucht Luke, um von der
Kreisbahn um Terra-Z in Aufgabe a) das Sonnensystem wieder zu verlassen?
(erst denken, dann rechnen!)
3) Herleitung des dritten Kepler’sches Gesetzes:
Sind T1 und T2 die Umlaufzeiten zweier Planeten auf einer Kreisbahn um die Sonne
und r1 und r2 die jeweiligen Abstände zur Sonne, so gilt:
r13 r23

T12 T22
Leite diese Formel aus dem Gravitationsgesetz her!
Möge die Macht mit euch sein…