Physik mit Experimenten 2. Übung - Kinematik & Dynamik
WS2016/17
Physik mit Experimenten
2. Übung - Kinematik & Dynamik 1. Aufgabe Ein Elektron in einer Fernsehbildröhre fliegt die 16 cm zwischen Gitter und Bildschirm mit einer m mittleren Geschwindigkeit von 4 ⋅ 10) . Wie lange dauert dies? s
2. Aufgabe Zwei Autos fahren mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Straße. Das Auto A fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 80 km/h , das Auto fährt mit einer ebenfalls konstanten Technische Universität Chemnitz Dipl.-Phys. Cornelius Geschwindigkeit von 110 km/h. Zum Zeitpunkt 𝑡 = 0 ist das Auto B gerade 45 km hinterKrasselt dem Auto Institut für Physik
[email protected] A zurück. Wie weit fährt Auto A, bis es vom Auto B überholt wird. Übung Physik (mit Experimenten)
IWET, IWMB, SELA – WS/SS 2014/15
3. Aufgabe Ein Fahrzeug beschleunigt aus dem Stand mit der konstanten Beschleunigung 𝑎 bis zum Erreichen Arbeitsblatt 2 einer Endgeschwindigkeit 𝑣4 . Diese Geschwindigkeit hält es für eine gewisse Zeit bei, bevor es mit der Bewegung doppelten Beschleunigung bis zum Stillstand gebremst wird. Skizzieren Sie den BeschleunigungszeitZeit-Verlauf 𝑎(𝑡), den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf 𝑣 𝑡 sowie den Weg-Zeit-Verlauf 𝑠(𝑡). 1. Aufgabe: a) Geben Sie für jeden der drei Weg-Zeit-Verläufe x(t) an, ob die Momentangeschwindigkeit
zum Zeitpunkt t2 größer, kleiner oder gleich der Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt t1 4. Aufgabe Gegebenist. sind die folgenden Weg-Zeit-Diagramme1.
a.b) Geben Sie zu jedem der die drei Beträge 𝑥(𝑡) an, der ob die Momentangeschwindigkeit Zeitpunkt 𝑡9 Was können Sie über Geschwindigkeiten zu beidenzum Zeitpunkten größer, kleiner oder gleich der Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt 𝑡: ist. Benennen Sie aussagen? c) die Zeichnen Sie qualitativ die Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe v(t). Bewegungsform. b. Zeichnen Sie qualitativ die Geschwindigkeits-Zeit-Verläufe 𝑣(𝑡).
2. Aufgabe: Die konstante Beschleunigung eines Körpers mit der Anfangsgeschwindigkeit v0 = 2 m/s sei a = 4 m/s². a) Ermitteln Sie allgemein den Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf v(t) sowie die Orts-Zeit-Funktion 5. Aufgabe x(t) durch Integration und Start skizzieren sie diese. Welche physikalische Bedeutung haben Ein Sportler läuft bei fliegendem und konstanter Geschwindigkeit 100 m in 10,2 s. BeimdieStart Integrationskonstanten? aus dem Stand, wobei er mit konstanter Beschleunigung die gleiche Endgeschwindigkeit erreicht, b) Bestimmen Sie graphisch die Fläche unter der v(t)-Kurve zwischen den Zeitpunkten t = 2 s benötigt er 10,8 s. und t = 3 s. BerechnenSie Siedieden zurückgelegten Weg ∆xFall. und die Durchschnittsgeschwindigkeit im a.c) Berechnen Beschleunigung im zweiten gleichen Zeitintervall. b. Wie lange ist sein Lauf im zweiten Fall beschleunigt, welche Strecke hat er während der
Beschleunigungsphase zurückgelegt? 3. Aufgabe: c.EinSkizzieren Sie bei für beide Fälle das 𝑥(𝑡)das 𝑣(𝑡)-Diagramm. Sportler läuft fliegendem Start und und konstanter Geschwindigkeit 100 m in 10,2 s. Beim
Start aus dem Stand, wobei er mit konstanter Beschleunigung die gleiche Endgeschwindigkeit
erreicht, benötigt er 10,8 s. 6. Aufgabe a) der Berechnen Sie die anfängliche zweiten Fall. Ein mit Anfangsgeschwindigkeit 𝑣=Beschleunigung senkrecht nachimoben abgeschossener Körper erreicht eine b) Wie lange ist sein Lauf beschleunigt, welche Strecke hat er dabei zurückgelegt? Höhec)ℎ .Skizzieren Welche Höhe erreicht der Körper, wenn er mit der doppelten Anfangsgeschwindigkeit Sie für beide Fälle das x(t)- und v(t)-Diagramm. abgeschossen wird? 4. Aufgabe: Eine Schwimmerin durchquert einen 80 m breiten Fluss mit einer Geschwindigkeit von 1,6 m/s senkrecht zu dessen Strömungsrichtung. Sie erreicht das gegenüberliegende Ufer 40 m flussabwärts. a) Welche Geschwindigkeit hat das2. Wasser im Fluss? 1 Mills (Hrsg.), Arbeitsbuch zu Tipler/Mosca, „Physik“, Auflage (2005), Spektrum Verlag b) In welche Richtung müsste sie schwimmen, um direkt gegenüber anzukommen? c) Berechnen Sie für beide Fälle die Schwimmzeit. 5. Aufgabe: Ein Körper wird horizontal mit einer Geschwindigkeit von 25 m/s abgeschossen.
Physik mit Experimenten 2. Übung - Kinematik & Dynamik
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7. Aufgabe km Der Pilot eines Kleinflugzeuges fliegt mit einer Geschwindigkeit von 280 gegenüber der Luft und h möchte genau nach Norden fliegen. Um welchen Winkel muss er seine Flugbahn korrigieren, wenn ein km Ostwind mit 55,5 weht? h
8. Aufgabe Eine Kanone wird auf einen Abschusswinkel von 45° eingestellt. Sie feuert eine Kugel mit einer Geschwindigkeit von 300 m/s ab. a. Welche Höhe erreicht die Kugel? b. Wie lange fliegt die Kugel, bis sie wieder auf die Erde auftrifft? c. Welche horizontale Reichweite besitzt die Kugel? 9. Aufgabe Beim Frontalaufprall eines Straßenfahrzeuges der Masse 𝑚 = 800 kg mit der Geschwindigkeit 𝑣 = km 90 kommt dieses in der Zeit 𝑡 = 0,02 𝑠 zur Ruhe. Welche mittlere Kraft 𝐹 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. wirkt dabei h auf das Fahrzeug? 10. Aufgabe Auf einen Körper der Masse 5 kg wirkt neben der Gewichtskraft eine zusätzliche Kraft 𝐹H senkrecht nach oben. Berechnen Sie die Beschleunigung des Körpers, wenn a. 𝐹H = 5 𝑁. b. 𝐹H = 10 𝑁. c. 𝐹H = 100 𝑁. 11. Aufgabe Wie lange muss ein Waggon einer Masse von 𝑚 = 12 t angeschoben werden, damit er (bei zunächst vernachlässigter Reibung) bei einer Schubkraft von 𝐹K = 1570 N aus dem Stillstand die m Endgeschwindigkeit 𝑣4 = 2 erreicht? Welchen Weg legt er dabei zurück? s
12. Aufgabe Von zwei unter einem rechten Winkel an einer Punktmasse angreifenden Kräften ist die eine um 2 N größer als die andere. Wie groß sind die Beträge der beiden Kräfte, wenn der Betrag der resultierenden Kraft 8 N beträgt? 13. Aufgabe Zwei Menschen ziehen an einem störrischen Esel, um diesen vorwärts zu bewegen. Dabei zieht der eine mit einer Kraft von 120 N in einem Winkel von 30° und der andere auf der anderen Seite mit 80 N unter einem Winkel von -15° zur Vorwärtsrichtung. Welche Gesamtkraft wirkt am Esel?
Physik mit Experimenten 2. Übung - Kinematik & Dynamik
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Hinweise zum Übungsblatt Die Übungsblätter sind auf den in der Vorlesung Physik (mit Experimenten) behandelten Stoff abgestimmte Aufgabensammlungen, sowohl zur Vorbereitung der Übung, zum eigenständigen Üben der in den Lehrveranstaltungen besprochenen Herangehensweise nach der Übung und auch zur Vorbereitung auf den Problemlösungsteil der Klausur. Ein Aufgabenblatt umfasst i.d.R. den Stoff von bis zu zwei Vorlesungen. Entsprechend ihres Schwierigkeits- und/oder Komplexitätsgrades sind die Aufgaben wie folgt markiert: in etwa Klausurniveau. Dieser Aufgabentyp sollte spätestens nach der Besprechung in der Übung ohne Probleme für Sie lösbar sein. etwas über Klausurniveau oder komplexer als die typische Klausuraufgabe - sie sollten diese Aufgaben nach der Übung trotzdem lösen können. Probieren Sie unbedingt, eine Lösung für diese Aufgaben zu finden! anspruchsvolle oder komplexe Aufgaben. Sie sollten spätestens nach der Übung in der Lage sein, eine Lösungsidee zu formulieren und den Ansatz anzugeben. Übungsaufgaben, die in der Übung besprochen werden, sind mit gekennzeichnet. Für diese Probleme sollten Sie unbedingt vor der Übung versuchen, eine Lösung zu erarbeiten - nur dann können Sie optimal von der Lehrveranstaltung profitieren! Für alle weiteren Übungsaufgaben stehen für Ihre eigene Nachbereitung zur Auswahl bereit - nutzen Sie dies eigenverantwortlich! Sie erhalten dazu Lösungsansätze und Endergebnisse als separates Dokument auf der Webseite zur Vorlesung/Übung. Rückfragen sind selbstverständlich in der Lehrveranstaltung möglich - entweder direkt im Anschluss an die Bearbeitung der Pflichtaufgaben, oder vor Beginn der Bearbeitung des nächsten Arbeitsblattes. Viel Erfolg & Spaß bei der Bearbeitung der Probleme! Sascha Gruner
