Stoff Wiederholung 1.) Unten wurde das Diagramm einer Feder

Stoff Wiederholung
1.) Unten wurde das Diagramm einer Feder aufgenommen. Die Feder soll linear sein; d.h. es
gilt F=kx.
a) Vervollständige die Tabelle!
0
0,1
0,2
0,3
F/N
0,01
x/m
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
b) Zeichne nun aus den Daten der Tabelle ein Diagramm!
c) Welche Arbeit muss man verrichten, um die Feder vom entspannten Zustand 0,01m zu
dehnen? (0,0015J)
d) Welche Arbeit ist notwendig, um die Feder von x=0,01 bis x=0,02 zu dehnen? (0.0045J)
e) Sei nun der Energienullpunkt die entspannte Feder!
i) Berechne die potenzielle Energie der Federn bei folgenden Dehnungen!
0,01m; 0,04m; 0,1m. (0,0015J; 0,024J; 0,15J)
ii) Die Feder beschleunige nun eine Masse von 0,02kg. Dabei sei die Feder um 0,03m
gespannt.
Welche kinetische Energie und welche Geschwindigkeit hat dann die Masse nach der
vollständigen Entspannung? (1,162m/s)
Welche kinetische Energie und welche Geschwindigkeit hat dann die Masse 0,01m vor der
vollständigen Entspannung? (01,095m/s)
2.) Welche Arbeit kann 10kg Wasser mit einer Geschwindigkeit von 10m/s maximal verrichten? Wie
hoch könnte damit ein Massestück von 1kg maximal gehoben werden? (Lösung: 500J)
3.) Ein kg Treibstoff hat einen Brennwert von ca 40MJ. Der Wirkungsgrad eines Autos betrage 25%;
das bedeutet, dass 25% der zugeführten Brennenergie des Benzins in mechanische Bewegungsenergie
umsetzbar ist.
Auf welche Geschwindigkeit könnte nun ein Auto mit einer Masse von 2t beschleunigt werden, wenn
man dazu 1kg Treibstoff nähme und es keinen Luftwiderstand gäbe! (Lösung: v=100m/s)
4.) Ein Auto der Masse von 1000kg mit der Geschwindigkeit von 50m/s bremst, und der
Reibungskoeffizient beträgt 0,9.
Achtung! Beim Bremsen sind der Bremsweg und die bremsende Kraft gegengerichtet! Damit ist
die zugeführte Arbeit negativ, wie auch die Energieänderung; daher verlangsamt sich das Auto
a) Bestimme über die Definition des Reibungskoeffizienten die bremsende Kraft! (Lösung:
FR=9000N)
b) Berechne den Energieentzug auf 50m Bremsstrecke! (Lösung: W=ΔEK=4,5105J)
c) Berechne die Geschwindigkeit nach 50m Bremsstrecke! (Lösung: v=40m/s)
d) Nach welcher Strecke steht der Wagen still! (Lösung: s=139m)
e) Berechne den Bremsweg des gleichen Autos von 25m/s auf 0m/s! (Lösung: s=34,7m)
5.) Ein Körper einer Masse von 0,1kg erfahre im Wasser eine Auftriebskraft von 10N. Wie
groß ist die verrichtete Arbeit am Körper, wenn er um 4m tiefer getaucht wird! (36J)
Wie groß ist dann die Zunahme der potenziellen Energie? (36J)
Denke an U-Boot Bergungen und überlege dir, wie man diese potenzielle Energie nutzen
könnte? Hätte man nicht ohne Arbeitsaufwand Energie gewonnen, wenn man einen leeren
Ballon im Wasser hinab lässt und ihn unten aufpumpt?
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6.) In der folgenden Abbildung ist ein Teil einer Achterbahn skizziert.
B
B
C
C
A
A
Bei A befindet sich ein Elektromotor, der einen Wagen zum Punkt B hinauf befördert.
Der Elektromotor verrichtet dabei eine Arbeit von 30 000 J. A soll der Energienullpunkt
sein.
a) Wenn alles reibungsfrei abgelaufen wäre und der Wagen in B praktisch keine
Geschwindigkeit hätte, wie groß wären in B seine potentielle Energie bezogen auf A
und seine kinetische Energie? (30000J)
b) Wenn alles reibungsfrei abgelaufen wäre und der Wagen in C eine potentielle
Energie von 18 000 J hätte, wie groß wäre seine kinetische Energie in C? (12000J)
c) Der Elektromotor hat beim Hochziehen des Wagens also eine Arbeit von 30 000 J
verrichtet. Wenn ein Teil davon, sagen wir 3 000 J, zur Verrichtung von
Reibungsarbeit benötigt wurde, wie groß ist dann die Energie des Wagens in B?
(27000J)
d) Wenn die gesamte Reibungsarbeit von A bis C 7 000 J beträgt und der Wagen in C
die potentielle Energie von 18 000 J hätte, wie groß wäre in C seine kinetische
Energie? (5000J)
7.) Welche der beiden unteren Anordnungen von Magneten hat die größere potenzielle
Energie?
Magnet A
Magnet B
Anordnung 1
Magnet A
Magnet B
Anordnung 2
Begründe Deine Entscheidung!
8.) Welche der beiden unteren Anordnungen hat die größere potenzielle Energie?
Magnet A
Magnet B
Anordnung 1
Magnet A
Magnet B
Anordnung 2
Begründe Deine Entscheidung!
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