Prüfung Physik IA 2015-01-14

Rechenteil: Physik IA Prüfung, 14.01.2015 (Maximal 12 Punkte) 1. Ein 1000 kg schweres Auto rolle eine lange, um 15° geneigte Straße hinunter. Die Reibungskraft aufgrund der Rollreibung der Reifen auf der Straße ist FRR  FN mit dem Rollreibungskoeffizient =0.015 und der Normalkraft FN, und die Reibungskraft aufgrund des Luftwiderstandes sei FLR  bv 2 mit b=1.2Ns2m‐2. Welche stationäre Endgeschwindigkeit erreicht das Auto? (4 Punkte) F
2. Ein Hammer der Masse m = 0.5 kg soll beim Auftreffen auf ein Objekt (z.B. einen Nagel) Fmax
eine Maximalkraft Fmax von 400 N ausüben. Nach dem Aufprall werde er innerhalb der Zeit tges auf Null abgebremst. Mit welcher Geschwindigkeit muss der Hammer auf das Objekt auftreffen, wenn der zeitliche Verlauf der Kraft aussieht wie in der t
t1 t2 t1
nebenstehenden Skizze gezeigt, mit t1=0.04s und t2=0.02s ? (4 Punkte) 3. Zwei Blöcke mit Massen m1 = 4 kg und m2 = 2 kg sind jeweils frei hängend über eine Umlenkrolle mit einem Seil verbunden. Die Umlenkrolle in Form eines Vollzylinders hat die Masse M = 1 kg und einen Durchmesser von 40 cm. Das als masselose angenommene Seil laufe schlupffrei (reine Rollbewegung) und die Lagerung sei reibungsfrei. a) welche Geschwindigkeit haben die beiden Blöcke nach einer Fallhöhe von 1m? b) wie groß sind die lineare Beschleunigung der beiden Blöcke und die Winkelbeschleunigung der Rolle? (4 Punkte) Theoretischer Teil: Physik IA Prüfung, 14.01.2015 (2 Fragen nach Wahl beantworten, maximal 8 Punkte) 1. Zeigen Sie, dass die Gesamtenergie eines Planeten auf einer Kreisbahn um die Sonne genau die Hälfte seiner potentiellen Energie ist. (4 Punkte) 2. Wie ist das Trägheitsmoment für einen starren Körper allgemein definiert (Formel und Skizze)? Wie lautet der Steiner’sche Satz (Formel und Skizze) und was bedeutet er? Rollt ein Hohlzylinder langsamer oder schneller über eine schiefe Ebene als ein Vollzylinder mit gleicher Masse? Begründen Sie Ihre Aussage mit einer quantitativen Berechnung. (4 Punkte) 3. Die Auslenkung eines Federpendels als Funktion der Zeit sei gegeben durch x(t )  x0 cos(t ) , mit  2  k / m . Berechnen und skizzieren Sie die potentielle Energie E pot (t ) und die kinetische Energie E kin (t ) für dieses System. Zeigen Sie explizit, dass die mechanische Energie E  E pot (t )  E kin (t ) zeitunabhängig, also konstant, ist. Wie groß ist E? (4 Punkte)