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 Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

2 3 3. ARBEIT, ENERGIE, LEISTUNG Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

3 3.1 Energie: Lösung 5 a. Energie ist die Fähigkeit eines Körpers Arbeit zu verrichten. b. Die kinetische Energie ist die Energie, die ein bewegter Körper besitzt. Die potentielle Energie ist die Energie der Lage. c. Die Energie wird in Joule J angegeben. kg m 1J=1W s=1nm=1 s d. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, sondern nur in eine andere Energieform umgewandelt werden kann. Deswegen kann es kein Perpetuum Mobile geben Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

4 3. Transporter: Lösung a. 7 Geg.: m3,8t 3.800kg v 108km h 30 m s Ges.: Ekin a. Ekin 1 mv kg 30 m s J 1,71MJ Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

5 3. Transporter: Lösung b. 8 1 b. Ekin 1 1, 71MJ 0,855MJ J 1 Ekin mv v E m kin J v 3.800kg 450m s Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann 1,1m s

6 3. Transporter: Lösung c. 9 c. v 30m s 60m s E E Ekin kin, c kin, a 1 mv kg 60m s J J J 4 E kin ändert sich mit dem Quadrat von v (E kin ~ v ) Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

7 3.3 Kugel: Lösung a. 11 Geg.: m 100g 0,1kg (Fall-)Höhe = (Pendel-)Länge daher: h 0,8m Ges.: Ekin v a. Ekin Epot mgh 0,7848Nm 0,1kg 9,81m s 0,8m Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

8 3.3 Kugel: Lösung b. 1 b. m m 1 0,1kg 0,kg E v : 1 kin,1 1 1 v Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann 1 E m v kin,1 v1 m 0,7848Nm 3,96m s 0,1kg E kin, pot, E m gh 0,kg 9,81m s 1 0,8m 1,5696Nm

9 3.3 Kugel: Lösung b. (II) 13 v : Ekin, v m 1,5696Nm 3,96m s 0,kg Die Geschwindigkeit verändert sich nicht Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

10 3.3 Kugel: Lösung c. 14 c. h s0,8m; a g 9,81m s v at gt 1 t aus s at v gt g s g t s a s s t a g 9,81m s 3,96m s 0,8m 9,81m s Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

11 3.4 Winde und Ramme: Lösung a. 16 a. E max; E 0 pot, Ramme kin, Ramme E 0; E max pot, Ramme kin, Ramme Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

12 3.4 Winde und Ramme: Lösung b. 17 b. Geg.: m850kg g 9,81m s h1 3,5m Ges.: E pot Epot mgh 850kg 9,81m s 3,5m 9.184,75J Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

13 3.4 Winde und Ramme: Lösung c. und d. 18 c. Ekin E pot 9.184,75J 1 Ekin mv v 9.184,75J 850kg E m kin 8, 9 m s d. Ekin Epot 9.184,75J Und zwar an jeder Stelle der 3,5 m! Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

14 0 3.5 Arbeit und Leistung: Lösung a. Arbeit W besteht aus Gesamtkraft und in Kraftrichtung vollführte Verschiebung d W F dcos g Leistung ist die Arbeit pro Zeit P W t b. Die Höhendifferenz h ist gleich der Verschiebung in Kraftrichtung und damit entscheidend für die geleistete Arbeit W. Die Arbeit ist unabhängig vom gewählten Weg s. Es wird keine Arbeit W verrichtet, wenn der Gegenstand zum Ausgangspunkt zurückkehrt Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

15 3.6 Last anheben: Lösung Geg.: m 0, t 00kg h4.000mm 4m Ges.: W Die Arbeit wird gegen die Gravitationskraft verrichtet, also =180 W Fdcos( ) mgh kg m 00kg 9,81m s 4m s 7.848J 7,848kJ Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

16 3.7 Förderband: Lösung a. 4 a. Geg.: m1t s75m 90 Ges.: W W Fdcos 0 Also: Es wird keine Arbeit verrichtet Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

17 3.7 Förderband: Lösung b. 5 b. Geg.: m1t 1.000kg s75m h5m Ges.: W W mg h cos 1. Kiste nach oben. Kiste nach unten W mgh 1.000kg 9,81m s kg m s J 49,05kJ Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann 5m W mgh 1.000kg 9,81m s kg m s J 49,05kJ 5m

18 3.8 Mehl: Lösung a. 7 Geg.: m0,05t 50kg h10m a. Ges.: W W E pot mgh 50kg 9,81m s 4.905J 10m Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

19 3.8 Mehl: Lösung b. 8 b. Ges.: v v at; hier: a g 1 s g s g t t v g s 10m g 9,81m s 9,81m s 14,01m s Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

20 3.9 Leistung: Lösung 30 Geg.: m50.000g 50kg; t 0s; P735,75 Nm s Ges.: h P W t h Pt m g mgh t 735,75J s 0s 50kg 9,81m s 30m Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

21 3.10 Bewegungsenergie: Lösung 3 Berechnung der kinetischen Energie: v E km 80, h m s 1 1 m kin m v 750 kg, s m ,19 kg 185,19 knm s Die kinetische Energie ist 185,19 knm groß. Ergebnis im TR speichern, sonst Rundungsfehler! Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

22 3.11 Kran: Lösung 34 Berechnung der Leistung: W Gh19.60 N 15 m = Nm = 94,3 kws W 94,3 kws P 4,905 kw t 60 s Die Leistung beträgt 4,905 kw Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann

23 3.1 Bergbesteigung: Lösung Berechnung der Hubarbeit: Wh Gh800 N 70 = Nm = J Berechnung der durchschnittlichen Leistung: P W h J J 30 W t 0,5 h s Die durchschnittliche Leistung beträgt 30 W Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann 36

24 3.13 Ball: Lösung Berechnung der Beschleunigungsarbeit: Wb 1 1 m 0,5 kg 15 56,5 J s mv Die Arbeit beträgt 56,5 J Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann 38

25 3.14 Lore: Lösung Berechnung der Leistung: W Pt W 90 s Ws = Nm Berechnung des Gewichts: W Nm G N 16,56 kn h 0 m Das Gewicht der Lore darf 16,56 kn betragen Tutorium Physik 1 Arbeit, Energie, Leistung Großmann 40

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