CI VORKURS STUDIENJAHR 2015/16 PHYSIK HAUSAUFGABEN 4. ARBEIT und ENERGIE 1. Man kann eine Feder mit einer Arbeit von 0,5 J um 2 cm verlängern. Welche Arbeit ist nötig zu einer weiteren Verlängerung von 2 cm? 2. Man zieht einen Eimer (2 kg) voll mit Wasser (10 Liter) mit einer konstanten Geschwindigkeit von 0,6 m/s aus einem Brunnen in 12 Sekunden herauf. Berechnen Sie a) die dabei verrichtete Arbeit, b) die Leistung, wenn die Reibung beim Aufziehen vernachlässigbar ist. c) Der entleerte Eimer fällt ins Wasser zurück. Berechnen Sie seine Geschwindigkeit beim Erreichen des Wasserspiegels, wenn eine Energie von 105 J beim Zurückfallen durch Reibung verlorengeht. 3. Man stellt eine Feder zwischen die zwei Körper, und drückt man die zwei Körper näher, so dass die Feder (D = 2000 N/m) um 2 cm gestaucht wird. Dann lässt man die zwei Körper los. Setzen wir voraus, dass die Energie der Feder ohne Verlust in die kinetische Energie der Körper umgesetzt wird (In dieser Phase also vernachlässigen wir noch die Reibung). Die Massen sind: m1 = 200 g und m2 = 100 g. Berechnen Sie a) die Spannenergie der Feder am Anfang; b) die Geschwindigkeiten der zwei Körper, mit welchen sie ausgeschossen werden; c) ihren Abstand nachdem sie zum Stillstand gekommen sind, wenn die Gleitreibungszahl zwischen Körper und Boden 0,08 beträgt, und die ursprüngliche Länge der Feder außer Acht gelassen werden kann. IMPULS UND DREHIMPULS 4. Ein Geschoss mit einer Masse von 10 g trifft auf ein ballistisches Pendel mit einer Masse von 2 kg. Der Schwerpunkt des Pendels bewegt sich um 12 cm (senkrecht nach oben gemessen). Berechnen Sie die Anfangsgeschwindigkeit des Geschosses unter der Annahme, dass dieses im Pendel steckenbleibt. 5. Ein 5 kg schwerer Körper, der sich mit 3 m/s bewegt, trifft auf einen 10 kg schweren Körper, der sich seinerseits mit 2 m/s in die gleiche Richtung bewegt. Nach dem Zusammenprall bewegt sich der 10 kg schwere Körper mit einer Geschwindigkeit von 2,5 m/s weiter in seiner ursprünglichen Richtung. Wie ändert sich die Gesamtenergie des Systems aus beiden Körpern während des Stoßes? 6. Zwei Titankugeln treffen mit gleicher Geschwindigkeit zentral aufeinander, der Stoß erfolgt elastisch. Nach dem Stoß verbleibt eine der Kugeln, deren Masse gleich 300 g ist, in Ruhe. Wie groß ist die Masse der anderen Kugel? 7. Wenn man den Nussknacker mit einer Karft von F = 100 N betätigt, welche Kraft wirkt dann auf die Nuss? (Kraftarm = 0,18 m Lastarm = 0,05 m) 8. Berechnen Sie die Masse des Kindes B damit die Schaukel im Gleichgewicht ist: 9. Mit welcher Kraft kann man den homogenen Würfel (m = 10 kg, Kantenlänge = 80 cm) F im Gleichgewicht halten? 30° 1 CI VORKURS STUDIENJAHR 2015/16 PHYSIK HAUSAUFGABEN 4. 10. Man möchte den Schrank (m = 120 kg) in der Abbildung um die Kante langsam umkippen. Was ist der größte Wert der dazu nötigen Kraft? 80 cm F 220 cm 11. Berechnen Sie die Kraft F welche notwendig ist, um das Fass die Stufe hinauf zu ziehen. Die Masse des Fasses sei 50 kg! 2 CI VORKURS STUDIENJAHR 2015/16 PHYSIK HAUSAUFGABEN 4. LÖSUNGEN: 1. 1,5 J 2. a) 848 J; b) 70,6 W; c) 6,02 m/s 3. a) 0,4 J; b) v1 = 1,15 m/s, bzw. v2 =2,31 m/s; c) 4,24 m 4. 30,8 m/s 5. Sie nimmt um 1,25 J ab. 6. 100 g 7. 360 N 8. 30 kg 9. 20,7 N 10. 214 N 11. 1390 N (zum Gleichgewicht; während der Beschleunigung muss die Kraft höher sein) 3