Tutorium Physik 1. Arbeit, Energie, Leistung

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1 1 Tutorium Physik 1. Arbeit, Energie, Leistung WS 15/16 1.Semester BSc. Oec. und BSc. CH

2 3 3. ARBEIT, ENERGIE, LEISTUNG

3 3.1 Energie: Aufgabe (*) 4 a. Was ist Energie? b. Worin liegt der Unterschied zwischen kinetischer und potentieller Energie? c. Welche Einheit hat die Energie und aus welchen SI- Einheiten setzt sich diese zusammen? d. Was besagt der Energieerhaltungssatz und was ergibt sich daraus für das Perpetuum Mobile?

4 3.2 Transporter: Aufgabe (*/**/**) 6 Ein Transporter mit einer Masse von m = 3,8 t fährt mit einer Geschwindigkeit von v = 108 km/h. a. Wie groß ist die kinetische Energie E kin des Transporters? b. Wie groß ist die Geschwindigkeit v des Transporters, wenn die kinetische Energie durch Bremsen halbiert wird? c. Wie groß ist die kinetische Energie, wenn die ursprüngliche Geschwindigkeit des Transporters verdoppelt wird? Setzen Sie die ursprüngliche kinetische Energie ins Verhältnis zur hier berechneten Energie und interpretieren Sie das Ergebnis.

5 3.3 Kugel: Aufgabe (***) 10 Eine Kugel mit der Masse von m = 100 g ist an einem Faden von l = 80 cm Länge befestigt. Sie wird bis zur horizontalen Lage des Fadens ausgelenkt und dann losgelassen. Hinweis: Skizze anfertigen! a. Wie groß ist die kinetische Energie E kin der Kugel im tiefsten Punkt der Kreisbahn? b. Wie ändert sich die Geschwindigkeit v der Kugel im tiefsten Punkt, wenn die Kugel eine doppelt so große Masse m hätte? c. Wie groß ist die Geschwindigkeit v der Kugel, wenn sie aus gleicher Höhe h ohne Aufhängung frei fällt?

6 3.4 Winde und Ramme: Aufgabe (**) 15 Eine Winde zieht eine Ramme (m = 850 kg) h 1 = 3,5 m hoch, um diese anschließend auf einen Pflock fallen zu lassen. a. Wie ändert sich die Energieform während des Rammvorgangs? b. Wie groß ist die potentielle Energie E pot, wenn die Masse m oben ist? c. Mit welcher Geschwindigkeit v prallt diese auf den Pflock? d. Wie groß ist die Summe der Energie auf h 2 =1,75 m?

7 3.5 Arbeit und Leistung: Aufgabe (*) 19 a. Definieren Sie die Begriffe Arbeit und Leistung. Wie lauten die zugehörigen Einheiten? b. Was kann man über die Arbeit W unter Einfluss der Gravitationskraft F g sagen?

8 3.6 Last anheben: Aufgabe (**) 21 Eine Last mit der Masse m = 0,2 t soll auf eine Höhe h = mm gehoben werden. Bestimmen Sie die Arbeit W, die dazu notwendig ist. Geben Sie die Ergebnisse in J und kj an.

9 3.7 Förderband: Aufgabe (**) 23 Ein Förderband fördert eine Kiste mit m = 1 t über eine waagerechte Strecke von s = 75 m (Reibung wird nicht berücksichtigt). a. Welche Arbeit wird verrichtet? b. Welche Arbeit wird verrichtet, wenn durch die Beförderung der Kiste eine Höhendifferenz von h = 5 m überwunden wird? (in kj)

10 3.8 Mehl: Aufgabe 26 Ein Mitarbeiter trägt einen Sack Mehl mit einem Gewicht von m = 0,05 t über eine Treppe eine Höhe von h = 10 m hinauf. a. Berechnen Sie die Arbeit W, die er dabei verrichtet hat. Beachten Sie das Vorzeichen! b. Welche Geschwindigkeit v hätte der Sack Mehl bei Aufprall auf den Boden, wenn der Mitarbeiter den Sack aus der gleichen Höhe h zum Erdboden fallen ließe?

11 3.9 Leistung: Aufgabe (*) 29 Wie hoch wird ein Körper gehoben, wenn er eine Masse von m = g besitzt und dazu eine Leistung von P = 735,75 Nm/s in einer Zeit t = 20 s aufgebracht werden muss?

12 3.10 Bewegungsenergie: Aufgabe (**) 31 Ein PKW mit einer Masse m = 750 kg fährt mit einer Geschwindigkeit v = 80,0 km/h. Wie groß ist die kinetische Energie in knm?

13 3.11 Kran: Aufgabe (**) 33 Ein Kran hebt ein Betonfertigteil mit der Masse m = 2 t in einer Zeit t = 60 s in eine Höhe h = 15 m. Wie groß ist die vom Motor aufzubringende Leistung P in kw?

14 3.12 Bergbesteigung: Aufgabe (**) 35 Ein Mann mit einem Gewicht von G = 800 N bewältigt bei einer Bergbesteigung den Höhenunterschied von h = 720 m in insgesamt t 0 = 2,5 h. Berechnen Sie die durchschnittliche Leistung in W.

15 3.13 Ball: Aufgabe (**) 37 Welche Arbeit in J braucht man, um einen Ball mit der Masse m = 500 g auf eine Geschwindigkeit v = 15 m/s zu beschleunigen?

16 3.14 Lore: Aufgabe (**) 39 Eine Lore soll innerhalb einer Zeit t = 1,5 min auf eine Höhe von h = 20 m befördert werden. Wie schwer in kn darf die Lore maximal sein, wenn der Antriebsmotor eine Leistung von P = 5 PS hat? Hinweis: 1 PS = 736 W

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