Klausur Physik für Chemiker

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1 Universität Siegen Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät Department Physik Winter Semester 2018 Prof. Dr. Mario Agio Klausur Physik für Chemiker Datum: Uhr Name: Matrikelnummer: Einleitung Bitte beachten Sie: Schreiben Sie Ihren Namen gut lesbar auf jedes Blatt! Nutzen Sie für Ihre Antworten den vorgesehenen Platz auf dem Aufgabenblatt, bzw. die Rückseite desselben Blattes, falls Sie mehr Platz benötigen. Schreiben Sie auf keinen Fall Antworten auf ein Blatt einer anderen Aufgabe. Falls notwendig, können Sie von uns zusätzliche Blätter erhalten. Alle benutzten Größen und der Lösungsweg müssen klar und eindeutig aus dem Geschriebenen hervorgehen. Ansonsten kann die Aufgabe nicht als richtig gelöst gewertet werden, auch wenn das Ergebnis richtig ist! Zugelassene Hilfsmittel: Nicht-programmierbarer Taschenrechner, Formelsammlung Halten Sie bitte Ihren Studierendenausweis und einen Lichtbildausweis (Personalausweis oder Führerschein) bereit. Sie haben zwei Stunden Zeit. Sie bestehen die Klausur sicher mit 30 Punkten. Ergebnis Aufgabe Summe Max. Punkte Punkte

2 Kurzfragen (18 P) Nennen Sie das 3. Newtonsche Axiom und erläutern Sie dies. (2 P) Nennen Sie die elastische Energie eines Massenpunktes und erläutern Sie diese. (3 P) Erläutern Sie allgemein den Unterschied zwischen statischen und dynamischen Reibungskräften. (2 P) Was sind Normalkräfte? (2 P)

3 Erläutern Sie den Steinerschen Satz für die Berechnung des Trägheitsmomentes. (2 P) Nennen Sie den Unterschied zwischen Impulserhaltung und Drehimpulserhaltung. (3 P) Was ist der Unterschied zwischen einer Welle und einer stehende Welle? (3 P)

4 Rechenteil (40 P) KINEMATIK (8 P) Ein Elektron fliegt mit einer horizontalen Anfangsgeschwindigkeit mit Betrag 10 9 cm/s in einen Bereich zwischen zwei horizontalen Metallplatten hinein, die elektrisch geladen sind. In diesem Bereich bewegt es sich in horizontaler Richtung gemessen 2 cm weit; dabei ist es durch die geladenen Platten einer konstanten, nach unten weisenden Beschleunigung von cm/s 2 ausgesetzt. Bestimmen Sie: 1. Die Zeit, die das Elektron braucht, um die 2 cm zurückzulegen, 2. Die vertikale Entfernung, die es während dieser Zeit zurücklegt. 3. Die Beiträge der horizontalen und der vertikalen Geschwindigkeitskomponenten des Elektrons in dem Moment, in dem es aus dem Bereich heraustritt.

5 DYNAMIK (8 P) Ein Block mit einer Masse von 700 g wird in einer Höhe h über einer senkrechten Feder mit Federkonstante k = 400 N/m und vernachlässigbarer Masse aus der Ruhe fallen gelassen. Der Block klebt an der Feder fest; nachdem er die Feder um 19 cm zusammengedruckt hat, kommt er vorübergehend zum Halten. 1. Wie groß ist die Arbeit, die der Block an der Feder und die Feder an der Block verrichtet? 2. Wie groß ist h? 3. Wenn der Block aus einer Höhe von 2h über der Feder fallengelassen würde, um welche Auslenkung würde er die Feder dann maximal zusammendrücken?

6 STARRE OBJEKTE (8 P) Ein homogener Zylinder mit einem Radius von 10 cm und einer Masse von 20 kg ist so angebracht, dass er sich ungehindert um eine waagerechte Achse drehen kann, die parallel zu seiner Längsachse und 5 cm von ihr entfernt ist. 1. Geben Sie das Trägheitsmoment des Zylinders bezüglich dieser Achse an. 2. Der Zylinder befinde sich in Ruhe, wobei die Drehachse auf gleicher Höhe wie die Längsachse ist, und wird dann losgelassen. Wir groß ist die Winkelgeschwindigkeit des Zylinders, wenn die Längsaschse ihren Diensten Punkt durchläuft?

7 SCHWINGUNGEN (8 P) Ein 4 kg schwerer Klotz hänge an einer Feder mit der Federkonstanten 500 N/m. Von unten wird eine 50 g schwere Kugel mit einer Geschwindigkeit von 150 m/s in den Klotz geschossen, in dem sie steckenbleibt. 1. Welche Amplitude hat die resultierende harmonische Schwingung? 2. Welcher Anteil der ursprünglichen kinetischen Energie der Kugel wird in mechanische Energie des harmonischen Oszillator umgesetzt?

8 FLÜSSIGKEITEN (8 P) Ein großflächiges Becken wird bis zu einer Höhe von 0,3 cm mit Wasser gefüllt. Ein Loch mit einer Querschnittsfläche von A = 6,5 cm 2 im Boden des Beckens ermöglicht es dem Wasser aufzulaufen. 1. Mit welcher Rate (in Kubikmetern pro Sekunde) fließt das Wasser aus dem Becken? 2. In welchem Abstand unterhalb des Bodens ist die Querschnittsfläche des Wasserstrahls gerade gleich der Hälfte der Querschnittsfläche des Lochs?