3. Übungsblatt zur Vorlesung „Physik für Pharmazeuten und Biologen“

3. Übungsblatt zur Vorlesung „Physik für Pharmazeuten
und Biologen“
Ausgabe: 11.11.2015
Besprechung: 16.11.2015
9 Zentraler Elastischer Stoß
Zwei Massenpunkte bewegen sich reibungslos auf einer Tischplatte. Ein Massenpunkt der
Masse m1 = 0,1 kg bewege sich mit konstanter Geschwindigkeit v1 = 1 m/s auf einen
ruhenden Massenpunkt (v2 = 0 m/s) der Masse m2 = 0,5 kg zu. Berechnen Sie mit Hilfe des
Energie- und des Impulserhaltungssatzes die Geschwindigkeiten v1‘ und v2‘ der
Massenpunkte nach dem Stoß! In welche Richtung bewegen sich die Massenpunkte nach dem
Stoß?
10 Inelastischer Stoß
Ein Läufer der Masse m = 70 kg laufe mit einer Geschwindigkeit von v0 = 7 m/s auf einem
Steg. Er springe mit dieser Geschwindigkeit auf ein im Wasser stehendes Boot der Masse
M = 50 kg und komme auf dem Boot zum Stehen. Die Reibung in Luft und Wasser ist in
dieser Aufgabe zu vernachlässigen.
a) Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich das System aus Boot und Läufer, nachdem
der Läufer auf das Boot gesprungen ist?
b) Um welchen Betrag hat sich die kinetische Energie des Systems verändert? Was ist
mit der „fehlenden“ Energie geschehen?
c) Mit welcher Geschwindigkeit v0 muss der Läufer auf das Boot springen, damit das
System aus Boot und Läufer nach dem Aufspringen eine kinetische Energie von
E = 600 J besitzt?
11 Looping
Ein Skifahrer der Masse m = 80 kg stehe auf einer Rampe der Höhe h. Am Fuß der Rampe
befindet sich ein Looping mit dem Radius r = 10 m. Beim Einstieg in die Rampe habe er die
Geschwindigkeit v0 = 0 m/s.
a) Wie hoch müsste die Rampe sein, damit der Skifahrer ohne Herunterfallen durch das
Looping gelangt?
b) Wie groß sind die Geschwindigkeiten des Skifahrers beim Eintritt und im höchsten
Punkt des Loopings?
c) Im Fitnessstudio schafft es der Skifahrer, auf der Beinpresse eine Masse von
m = 120 kg mit seinen Beinen von sich weg zu drücken. Hat der Skifahrer genug
Kraft, um im Looping nicht in die Knie gehen zu müssen? Aus welcher Höhe müsste
er starten, sodass er gerade so nicht in die Knie geht?
12 Hamster im Laufrad
Ein Hamster der Masse m = 80 g treibe ein Laufrad der Masse M = 240 g und dem
Radius r = 15 cm an. Das Laufrad kann als dünner Zylinder behandelt werden, der Hamster
als punktförmige Masse im Abstand r vom Zentrum des Laufrades. Der Hamster bewege sich
mit einer Geschwindigkeit von v = 30 cm/s .
a) Berechnen Sie die Winkelgeschwindigkeit ω und den Drehimpuls L ohne Hamster!
b) Durch einen unglücklichen Zufall verklemme sich der Hamster mit den Pfoten im
Laufrad und dreht sich dann mit diesem mit. Berechnen Sie mit Hilfe des
Drehimpulserhaltungssatzes die Winkelgeschwindigkeit ω0, mit der sich das Rad mit
dem nun eingeklemmten Hamster dreht!

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