Abiturtraining Physik Kinematik 3 An einem der größten Windräder

Abiturtraining Physik
Kinematik 3
Aus Schriftliche Abiturprüfung im Fach Physik 2015
Thema V 1:
Bewegungen am Windrad
An einem der größten Windräder der Welt Enercon E-126 sollen Untersuchungen auf eventuell von ihm ausgehende Gefahren durch abgelöste Eisstücke vorgenommen werden. An
den Flügelspitzen können sich im Winter Eisstücke bilden.
Die Flügel des Windrades sollen bei unseren Betrachtungen zehn Umdrehungen pro Minute
ausführen. Dabei betragen die Nabenhöhe h  135 m und der Flügelradius r  63,5 m (Bild 1).
1. Geben Sie die Bewegungsart und die auftretenden mechanischen Energien eines
solchen Eisstücks für eine volle Umdrehung des Flügels an. Berechnen Sie dessen
Umlaufzeit sowie die Bahngeschwindigkeit. Ergebnis zur Kontrolle: v  66,5
m
s
2. Es soll untersucht werden, in
welchem Umkreis Gefahren
von herab fliegenden Eisstücken auftreten können. Die Einflüsse der Reibung sollen während der Flugbewegung vernachlässigt werden.
Nach einer Beobachtung erreicht
das Eisstück bei einem Abwurfwinkel von 38,5 gegenüber der Horizontalen die größte Wurfweite (vgl.
Bild 1 - Abwurfpunkt A).
Geben Sie die zu erwartende Bewegungsform dieses Eisstücks an,
wenn es sich unter den genannten
Bedingungen vom Flügel löst.
Zeigen Sie, dass im Bild 1 der Abwurfpunkt A die Ordinate y A  184,7mm hat.
Für die Bahnkurve eines solchen Wurfs mit der Abwurfhöhe h  0 gilt:
y  (tan )  x 
g
2 v 0  cos 
2
2
 x2
Passen Sie diese Gleichung den Bedingungen im Bild 1 an.
Zeichnen Sie die Bahn des Eisstücks nach dem Ablösen bis zum Auftreffen auf dem
Boden in einem geeigneten Maßstab in ein y  x  Diagramm.
Berechnen Sie für die grafische Darstellung neben dem höchsten Punkt der Wurfbahn und dem Auftreffpunkt auf dem Boden mindestens weitere fünf Punkte.
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Thema V 1:
Bewegungen am Windrad
Ausgewählte Ergebnisse:
Berechnung der Umlaufzeit:
Berechnung der Bahngeschwindigkeit:
T  6s
v  66,5
m
s
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