Tutorium Physik 1. Kinematik, Dynamik.

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2 2 Tutorium Physik 1. Kinematik, Dynamik. WS 18/19 1. Sem. B.Sc. Catering und Hospitality Services Diese Präsentation ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung Nicht-kommerziell Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz

3 3 Themen 0. Einführung, Umrechnen von Einheiten / Umformen von Formeln 1. Kinematik, Dynamik 2. Arbeit, Energie, Leistung 3. Wärme 4. Verformung (Technische Mechanik) 5. Impuls Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

4 4 1. KINEMATIK, DYNAMIK (I)

5 1.1 Gleichförmige Bewegung: Aufgabe (*) 5 a. Zeichnen Sie ein s-t-diagramm der gleichförmigen Bewegung. Zeichnen Sie die Steigung mit ein und geben Sie an, was diese aussagt. b. Zeichnen Sie ein v-t-diagramm der gleichförmigen Bewegung. Was sagt die Steigung des Diagramms aus?

6 1.2 Bewegungen: Aufgabe (*) 8 Bestimmen Sie die Bewegungsart der folgenden Beispiele und begründen Sie Ihre Meinung a. Schallwelle b. Fallender Gegenstand c. Lichtstrahl d. Bremsendes Auto e. Reibungsfreie rollende Kugel f. Auto mit v = 100 km/h (reibungsfrei) g. Ball im Weltall

7 1.3 Diagrammbestimmung: Aufgabe (*) 10 Zu welcher Bewegungsart gehören die folgenden Diagramme

8 s in m 1.3 Diagrammbestimmung: 1 11 s gegen t t in s

9 v in m/s 1.3 Diagrammbestimmung: 2 13 v gegen t t in s

10 s in m 1.3 Diagrammbestimmung: 3 15 s gegen t t in s

11 1.4 Freier Fall: Aufgabe (**) 17 Bestimme die Fallhöhe h, die ein Körper haben müsste, um beim Aufkommen am Boden eine Endgeschwindigkeit von v e = 30 m/s zu bekommen.

12 1.5 Eisläufer: Aufgabe (***) 19 Ein Eisläufer mit einer Masse m = 75 kg und einer Geschwindigkeit v 0 = 8 m/s wird durch eine mittlere Kraft (Wind und Luftreibung) von F = 50 N gebremst. Berechnen Sie die Bremsstrecke bis zum Stillstand.

13 1.6 LKW: Aufgabe (**) 22 Ein LKW fährt mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von v = 80 km/h auf der Autobahn. Der LKW-Fahrer merkt nach t = 2 min, dass er die Ausfahrt verpasst hat. Wie weit ist der LKW falsch gefahren? Geben Sie die Lösung in Meter und Kilometer an.

14 1.7 Fußgänger: Aufgabe (**) 24 Ein Fußgänger legt innerhalb von t 1 = 5 s eine Strecke von s 1 = 7 m zurück. Nach t 2 = 30 s hat er eine Strecke s 2 = 42 m zurückgelegt und nach t 3 = 40 s ist der Fußgänger um s 3 = 56 m vorangekommen. a. Zeichnen Sie ein s-t-diagramm und geben Sie an, um was für eine Bewegung es sich handelt. b. Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Fußgängers? grafische Lösung Angabe der Geschwindigkeit in km/h

15 1.8 Motorrad: Aufgabe (**) 28 Ein Motorrad soll innerhalb von t = 6 s gleichmäßig von v 1 = 50 km/h auf v 2 =100 km/h beschleunigt werden. a. Welche Beschleunigung ist erforderlich? b. Berechnen Sie den während der Beschleunigungsphase zurückgelegten Weg.

16 1.9 Antriebskraft: Aufgabe (**) 31 Eine Antriebskraft von F = 500 N wirkt auf ein Fahrzeug, dessen Masse m = kg beträgt. Berechnen Sie die Zeit, in der das Fahrzeug auf horizontaler Straße aus dem Stillstand den Weg s = 100 m zurücklegt (der Fahrwiderstand wird vernachlässigt.).

17 1.10 Melone auf dem Mond: Aufgabe (I) (**) 33 Eine Gruppe von physikbegeisterten Lebensmittelwissenschaftlerinnen plant die Durchführung eines einzigartigen Vergleichsexperimentes. Hierfür wird der folgende Versuch einmal auf der Erde und einmal auf dem Mond mit identischen Ausgangsmaterialien durchgeführt. Wie werden sich die unterschiedlichen Schwerkräfte auswirken?

18 1.10 Melone auf dem Mond: Aufgabe (II) 34

19 1.11 QS Töpfe: Aufgabe (**) 37 Für die Qualitätssicherung der Produktion von Kochtöpfen werden stichprobenweise Töpfe vom Produktionsband entnommen und deren Masse mit einer Federwaage kontrolliert. Die Federwaage ist vertikal an einer entsprechenden Haltevorrichtung befestigt. Einer der Haltegriffe eines Topfes wird in die Federwaage eingehakt und die Auslenkung abgelesen. (Fortsetzung nächste Seite)

20 1.11 QS Töpfe: Aufgabe (Fortsetzung) 38 Bei ordnungsgemäßer Produktion hat ein Topf eine Masse von m = 500 g. Die Federkonstante der verwendeten Waage lautet k = 24,53 N/m a) Bei einer Stichprobe ergibt sich eine Auslenkung von d = 15 cm. Welcher Masse entspricht das? b) Bei welcher Auslenkung wird die geforderte Masse erreicht?

21 1.12 Queen Mary: Aufgabe (**) 42 Die Queen Mary 2 (QM2) soll auf ihrer Fahrt von Hamburg nach New York die Strecke s = km in 9 Tagen zurücklegen. Die QM2 hat eine Masse m = t und eine max. Geschwindigkeit von v = 55 km/h. Vernachlässigen Sie den Beschleunigungs-vorgang und gehen Sie von einer konstanten Geschwindigkeit aus. (Fortsetzung nächste Seite)

22 1.12 Queen Mary: Aufgabe (Fortsetzung) 43 a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v der QM2 in m/s. b) Durch günstige Winde hat die QM2 nach 5 Tagen bereits eine Strecke von s = km zurückgelegt. Welche Geschwindigkeit v in m/s ist erforderlich, damit die QM2 ihren Zeitplan einhalten kann?

23 1.13 Bewegungsarten: Aufgabe (*) 46 In der Mechanik werden drei verschiedene Bewegungsarten unterschieden. a) Nennen Sie zwei Bewegungsarten. b) Skizzieren Sie für die beiden Bewegungsarten das v-t- Diagramm. Achten Sie auf eine vollständige Beschriftung der Achsen.

24 1.14 Überholvorgang: Aufgabe (***) 51 Auf der Autobahn fährt ein PKW (l PKW = 4,50 m) mit einer Geschwindigkeit v = 120 km/h. Vor ihm fährt ein LKW (l LKW = 12 m) mit einer Geschwindigkeit v = 100 km/h. Der Fahrer hält jeweils den Sicherheitsabstand von s sicher = 60 m ein. a) Welche Strecke muss der PKW mehr als der LKW zurücklegen? Zeichnen Sie zur Lösung eine Skizze. b) Wie lange dauert der Überholvorgang in Sekunden? c) Welchen Weg hat der PKW während des Überholvorgangs zurückgelegt? Quelle:

25 1.15 Durchschnittliche Geschwindigkeit: Aufgabe (*) 55 Ein Auto fährt von A nach B. Beide Orte sind 157 Kilometer voneinander entfernt. Nach einer Zeit von 2 Stunden und 20 Minuten kommt es an seinem Ziel an. Ermitteln Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit! Quelle:

26 57 KINEMATIK, DYNAMIK (II)

27 1.16 Bungee-Sprung von der Brücke: Aufgabe (***) 58 Beim Sprung von der Europabrücke wird nach einem freien Fall von s 1 = 40 m die Länge des Gummiseils von l 1 = 40 m auf l 2 = 170 m gedehnt, bis der Fall der Bungee- Springerin s 2 = 170 m vollständig gestoppt ist. Berechnen Sie a. Die Geschwindigkeit v 1 nach dem Fall von s 1 = 40 m. b. Die Verzögerung a, wenn der Fall nach s 2 = 170 m gestoppt ist. Vergleichen Sie sie mit der Erdbeschleunigung g.

28 1.17 Tsunami: Aufgabe 63 Ein Tsunami breitet sich mit einer mittleren Geschwindigkeit von v = 700 km/h aus. Für die Feststellung, ob es sich um einen Tsunami handelt, werden t F = 20 min. benötigt. Die Evakuierung dauert t E = 15 min. Wie weit muss ein Tsunami vom Festland entfernt sein, damit die Bevölkerung rechtzeitig gewarnt und evakuiert werden kann? Geben Sie das Ergebnis in km an.

29 1.18 Überholmanöver: Knobelaufgabe (***) 65 Ein LKW verlässt um 6 Uhr seinen Standort mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von v LKW = 25 km/h. Ein PKW folgt dem LKW um 9 Uhr mit einer mittleren Geschwindigkeit von v PKW = 80 km/h. Bestimmen Sie die Uhrzeit und die Entfernung vom Standort beider Fahrzeuge beim Zusammentreffen.

30 1.19 Motorrad: Aufgabe (**) 73 Mit welcher Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h durchfährt ein Motorradfahrer einen Ort, wenn er für die Strecke s = 210 m eine Zeit t = 15,2 s gemessen wurde?

31 1.20 Donner: Aufgabe (**) 75 Bei einem Gewitter hört man Donner am Beobachtungsort in einer Zeitdauer von t = 6,0 s nach Aufleuchten des Blitzes. Die Schallgeschwindigkeit beträgt 332 m/s. Wie weit in km ist der Ort des Blitzschlages vom Beobachtungsort entfernt?

32 1.21 Stein: Aufgabe (**) 77 Ein Stein fällt aus einer Höhe h = 10 m auf die Erde. Welche Geschwindigkeit in km/h erreicht er beim Auftreffen auf die Erde, wobei die Luftreibung zu vernachlässigen sei?

33 1.22 Startzeit: Aufgabe (**) 80 Wie lange braucht ein Fahrzeug, das aus dem Stillstand eine Beschleunigung von a = 2,50 m/s² erfährt, um eine Geschwindigkeit von v = 13,89 m/s zu erreichen?

34 1.23 Bremsweg: Aufgabe (***) 82 Ein Zug wird bei einer Geschwindigkeit v = 90 km/h mit einer konstanten Beschleunigung a = 0,80 m/s² abgebremst. Welchen Weg in m legt er beim Bremsen zurück?

35 1.24 Anfahren: Aufgabe (*) 85 Ein Zug erfährt aus dem Stand eine zeitlich konstante Beschleunigung a = 0,8 m/s² über einen Zeitraum t = 5 s. Welchen Weg hat er dann zurückgelegt?

36 1.25 Start: Aufgabe (**) 87 Ein Flugzeug rollt s = 790 m weit gleichmäßig beschleunigt über die Startpiste und besitzt beim Abheben von der Erde die Geschwindigkeit v = 240 km/h. Wie viele Sekunden dauert der Start?

37 1.26 Schacht: Aufgabe (**) 89 Ein Stein fällt in einen senkrechten Schacht von s = 17,0 m Tiefe. Nach welcher Zeit in s hört man oben den Aufschlag, wenn die Schallgeschwindigkeit v Schall = 330 m/s beträgt?

38 1.27 Auto: Aufgabe (**) 92 Aus welcher Höhe müsste ein Auto frei fallen, damit es die Geschwindigkeit v = 50 km/h erreicht?

39 1.28 Flugzeug: Aufgabe (**) 94 Ein Flugzeug rollt s = 790 m weit gleichmäßig beschleunigt über die Startpiste und besitzt beim Abheben von der Erde die Geschwindigkeit v = 240 km/h. mit welcher Beschleunigung in m/s² bewegt sich das Flugzeug?

40 1.29 Endgeschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft: Aufgabe (**) 97 Ein Körper wiegt G = 35 N. Er ruht auf einer horizontalen Unterlage und kann sich auf dieser reibungsfrei bewegen. Es wirkt eine Kraft horizontal und gleichmäßig auf ihn, so dass er nach einem Weg von s = 5 m die Endgeschwindigkeit von v = 0,80 m/s erreicht hat. a) Nach welcher Zeit hat der Körper die Endgeschwindigkeit erreicht? b) Wie groß ist die Beschleunigung? c) Wie groß ist die Kraft in N?

41 1.30 Bremskraft: Aufgabe (***) 101 Eine Lokomotive mit einer Masse m = 80,0 t soll bei einer Geschwindigkeit von v = 50,0 km/h auf einer Strecke s = 80,0 m gleichmäßig bis zum Stillstand abgebremst werden. Welche Kraft in kn ist dazu erforderlich?

42 1.31 Bremsen: Aufgabe (**) 104 Durch eine Bremskraft F = N wird bei einem PKW eine Bremsverzögerung a = -6 m/s² bewirkt. Wie groß ist die Masse des PKWs?

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