Serie5 - Nanoelectronics

ÜBUNGEN ZUR PHYSIK I für Studierende der Chemie, Biologie, Pharmazie und Erdkunde
WS01/02 Serie Nr. 5
Besprechung: Woche 26.11.01
Abgabe: Woche 3.12.01
1. Zwei-Körper-System
Ein Block der Masse 3 kg bewege sich mit 5 m/s nach rechts, und ein zweiter Block der Masse
3 kg bewege sich mit 2 m/s nach links. Bestimmen Sie
(a) die gesamte kinetische Energie der beiden Blöcke in diesem Bezugssystem,
(b) die Geschwindigkeit des Massenmittelpunktes des Zwei-Körper-Systems,
(c) die Geschwindigkeiten der beiden Blöcke relativ zum Massenmittelpunkt und
(d) die kinetische Energie der Bewegung der beiden Blöcke im Massenmittelpunktsystem.
(e) Zeigen Sie, dass der in Teil (a) ermittelte Wert um die kinetische Energie der Massenmittelpunktsbewegung grösser ist als der Wert in Teil (d).
2. Inelastischer Stoss
Ein Geschoss der Masse m1 = 10 g trifft mit der Geschwindigkeit v1 = 250 m/s in horizontaler
Richtung auf die Masse m2 eines ruhenden Fadenpendels und bleibt darin stecken. Die Fadenlänge
beträgt 100 cm. Wie gross ist die Masse m2 , wenn der ballistische Ausschlag des Pendels gerade
einen Winkel 90o ergibt?
3. Drehmoment, Drehimpuls, Energiesatz
Wir betrachten eine Hantel bestehend aus einem masselosen Arm und zwei Punktmassen m1 m2 , die
je im Abstand R von der Mitte am Ende montiert sind. Die Hantel ist im Zentrum drehbar (und
reibungsfrei) gelagert und unterliegt der (konstanten) Gravitationsbeschleunigung g. Die Hantel
wird am Anfang horizontal gehalten und aus dieser Position den Kräften überlassen. Bestimmen
Sie
(a) die Beschleunigung der Massen unmittelbar nach dem Loslossen (horizontale Lage).
(b) die Beschleunigung zu dem Zeitpunkt, in dem die Hantel gerade in vertikaler Position ist.
(c) die Geschwindigkeit im selben Zeitpunkt, d.h. vertikale Position (Energiesatz)
(d) Schreiben Sie als Gleichung die potentielle Energie als Funktion des Drehwinkels φ auf (φ = 0
in der Ausgangslage). Skizzieren Sie zudem diese Funktion.
(e) Beschreiben Sie die Bewegung als Funktion der Zeit in Worten.
4. Schwerpunkt
Betrachten Sie ein gleichseitiges Dreieck, dessen Ecken mit masselosen Stäben starr verbunden
sind. An den drei Ecken seien Punkmassen der Grösse m1 = m, m2 = m und m3 = 2m fixiert.
Bestimmen Sie die Position des Schwerpunktes.
5. Elastischer Stoss
Wir betrachten den zentralen elastischen Stoss zweier Punktmassen m1 und m2 , wobei m2 /m1 = 2.
Vor dem Stoss ruht m2 und m1 bewegt sich auf dei zweite Masse mit der Geschwindigkeit v zu.
Bestimmen Sie die Geschwindigkeiten der beiden Massen nach dem Stoss.