Weitere Übungen zu Arbeit/Energie/Leistung

Weitere Aufgaben ( 1-8 von der Seite grund-wissen.de , Bernhard Grotz )
1. Warum handelt es sich um Arbeit, wenn man eine 10 kg schwere Getränke-Kiste um 1 m
anhebt? Verrichtet man auch Arbeit, wenn man die Kiste längere Zeit in dieser Höhe hält?
Handelt es sich um Arbeit, wenn die Kiste auf gleicher Höhe entlang einer 10 m langen,
ebenen Strecke getragen wird?
2. Durch eine Kraft F=25 N wird ein Körper über eine 5 m lange Strecke gezogen. Welche Menge
an Arbeit wird dabei verrichtet? Wie groß ist die Arbeit der Schwerkraft auf diesem Weg, wenn
der Körper eine Gewichtskraft von FG=100 N hat?
3. Welche Arbeit ist nötig, um zehn auf der Erde liegende, h=7 cm hohe und F=35 N schwere
Ziegelsteine aufeinander zu stapeln?
4. Zwei Jugendliche mit den Massen m1 = 55 kg und m2=40 kg sitzen auf einem Schlitten und
werden von einem Pferd über ein 200 m langes Schneefeld gezogen. Der Schlitten wiegt 5 kg ,
die Reibungszahl von Metall auf Schnee beträgt 0,04. Welche Arbeit verrichtet das Pferd?
5. Welche Menge an Arbeit ist nötig, um ein Fahrzeug mit einer Masse von m=1200 kg von 0 auf
50 km/h beziehungsweise von 0 auf 100 km/h zu beschleunigen? Welche Menge an Arbeit ist
nötig, um das Fahrzeug von 50 km/h auf 100 km/h zu beschleunigen?
6. Wie groß ist die Leistung eines Sportlers mit einer Masse von m=70 kg, wenn er zehn
Klimmzüge mit einem Höhenunterschied von je h=0,5 m in einer Zeit von insgesamt t=8 s
schafft?
7. Welche Leistung liefert ein Motor, der eine Kiste mit einer Masse von 220 kg in 10 s auf eine
Höhe von 14 m anheben kann?
8. Auf der Packung eines Schokoriegels steht die Angabe
„ Brennwert : 1020 kJ “.
Wir nehmen in dieser Aufgabe an, dass du 80% dieser Energie für
den eigenen Körper verwenden kannst.
Beim Joggen erreichst du ferner eine durchschnittliche Leistung
von P=140 W.
Wie lange musst du laufen, bis die Energie eines Riegels vollständig umgesetzt wurde ?
9.
Ein Kugelstoßer beschleunigt innerhalb von 0,25 s längs eines Weges von 2,0 m die Kugel mit
einer Kraft von durchschnittlich 120 N. Berechne seine physikalische Leistung.
10. Ein Schlitten fährt einen16 m hohen Hügel hinunter. Die Fahrerin und der Schlitten haben
zusammen eine Masse von 45 kg. Am Fuß des Hügels hat der Schlitten eine Geschwindigkeit
von 30 km/h erreicht.
a) Welche Energiearten haben sich bei dieser Bewegung ineinander umgewandelt ?
b) Berechne den Wirkungsgrad der Umwandlung.
11. Die Abbildung zeigt die Flugbahn eines
geworfenen Speers ( m = 0,8 kg ) sowie die
Geschwindigkeit an zwei markierten
Punkten. Berechne mit Hilfe des
Energieerhaltungssatzes wie hoch der
Speer im höchsten Punkt geflogen ist.
v=20 m/s
h
v=25 m/s
1.
Es gibt eine Kraft ( nach oben ) entlang eines Wegs ( ebenfalls nach oben), daher liegt Arbeit vor.
Beim Halten fehlt der Weg, daher keine Arbeit.
Beim waagerechten Tragen sind Kraft ( nach oben ) und Weg ( parallel zum Boden ) zueinander
senkrecht, daher keine physikalische Arbeit.
2.
W=125 J
Die Schwerkraft verrichtet keine Arbeit, da sie senkrecht zum Weg ( entlang des Bodens ) wirkt.
3.
Erster Stein : bleibt liegen, keine Arbeit
Zweiter Stein : W =F⋅s=35N⋅0,07 m=2,45 J .
Dritter Stein : W =F⋅s=35N⋅0,14 m=4,90 J ( also 2⋅2,45 J )
usw.
Zehnter Stein : W =F⋅s=35N⋅0,63 m=22,05 J ( also 9⋅2,45 J )
Insgesamt ( Summe ) : 110,25 J
( Beachte dass nicht alle Ziegelsteine gleich hoch gehoben werden, daher reicht hier nicht das
Zehnfache der Arbeit für einen Stein!)
4.
Das Pferd muss eine Muskelkraft aufwenden, die so groß ist wie die Gleitreibungskraft.
Also F =µ⋅m⋅g=0,04⋅100 kg⋅10 N /kg=40 N
Arbeit : W=8000 J
5.
von 0 auf 50 : 115 741 J, von 0 auf 100 : 462 963 J, von 50 auf 100 : 347 222 J
6.
P=437,5 W
7.
P=3080 W
8.
Der Körper kann 816 000 J der Energie in der Nahrung verwenden.
Beim Joggen benötigt er dafür 5829 s = 97,1 min.
9.
P=960 W
10. a) Lageenergie in Bewegungsenergie
b) Aus 7200 J Lagenergie werden 1562,5 J Bewegungsenergie, daher
η=
1562,5 J
=0,217=21,7 %
7200 J
11. Unterer Punkt : EL=0, EB=250 J → Eges=250 J
Oberer Punkt : EL=mgh, EB=160 J → Eges=mgh + 160 J
Also ist mgh=90 J und daraus folgt : h=11,25 m