Abschlussprüfung Zugelassene Hilfsmittel: Ein Taschenrechner a Eine von der Prüfungsleitung genehmigte Formelsammlung

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1 Seite 1 von 14 Bachelor Zulassungsstudium Name:... Abschlussprüfung 2013 von Peter Senn und Hans U. Fuchs Fach: Physik Datum: Dienstag, den 28. Mai 2013 Zeit: 16:45 18:45 Dauer: 2h Maximale Punktzahl: 72 * Zugelassene Hilfsmittel: Ein Taschenrechner a Eine von der Prüfungsleitung genehmigte Formelsammlung a ohne Befähigung zur Textverarbeitung oder drahtloser Kommunikation Allgemeine Hinweise: 1. Schreiben Sie gleich zu Beginn der Prüfung Ihren Namen auf das erste Aufgabenblatt. 2. Die Heftklammern dürfen nicht geöffnet werden. Falls sie sich unbeabsichtigt lösen, bitte die Aufsichtsperson davon in Kenntnis setzen. 3. Die Aufgaben sollen auf den Aufgabenblättern gelöst werden. Falls der vorgesehene Platz nicht ausreicht, bitte die drei leeren Blätter am Schluss der Prüfung verwenden, mit deutlicher Angabe der Aufgabennummer auf welche sich das Geschriebene bezieht. 4. Auf die Aufgabenblätter darf nicht mit Bleistift und nicht mit roter Farbe geschrieben werden. 5. Lose Notizblätter müssen am Schluss der Prüfung in den Prüfungsumschlag gelegt werden. Diese werden jedoch nicht korrigiert, resp. bewertet. * Für die Note 6 muss nicht die maximale Punktzahl erreicht werden.

2 Seite 2 von 14 Nützliche Angaben: Dichte von Wasser: = 1000 kg / m 3 Spezifische Wärmekapazität von Wasser: c p = 4182 J / (kg K) Spezifische Schmelzwärme von Eis: Spezifische Verdampfungswärme von Wasser: Längenausdehnungskoeffizient von Eisen (Stahl): L f = J/ kg L v = J / kg = / K Falls nicht anders erwähnt soll stets gelten g = 10 m / s 2 Bewertungsschema: Die maximale Punktzahl ist 72. Für die Note 6 ist nicht die maximale Punktzahl erforderlich. Notengebung: Note = Anzahl Punkte Punkte Note

3 Seite 3 von 14 Aufgabe 1: (6 Punkte) Drei Massen m 1, m 2 und m 3 sind über zwei Seile (Seil A und Seil B) miteinander verbunden. Es sei m 1 = 2 kg und m 2 = m 3 = 4 kg. Seil A m 2 Seil B m 1 m 3 a) Wie stark werden die Massen beschleunigt? (a =?). b) Wie gross ist die Zugkraft im Seil A? c) Wie gross ist die Zugkraft im Seil B?

4 Seite 4 von 14 Aufgabe 2: (8 Punkte) Ein 40 g schwerer Holzklotz liegt auf einem 90 cm hohen Tisch. Dem Holzklotz wird ein Schlag versetzt, so dass er mit einer Anfangsgeschwindigkeit v o von 3.0 m / s über den Tisch gleitet. Längenmasse in mm Nachdem der Klotz auf dem Tisch gleitet eine Distanz von 80 cm zurückgelegt hat, fällt er mit einer Abwurfgeschwindigkeit v 1 von 2.3 m / s auf den Fussboden. Der Aufprall auf dem Fussboden erfolgt im Abstand von d vom Punkt wo der Klotz vom Tisch fiel. Der Luftwiderstand soll vernachlässigt werden. a) Mit welcher Kraft wurde der Klotz beim Gleiten über die Tischplatte abgebremst? b) Wie gross ist die Gleitreibungszahl zwischen Tischplatte und Holzklotz? c) Wie lange fliegt der Klotz durch die Luft? d) Wie gross ist der Abstand d?

5 Seite 5 von 14 Aufgabe 3: (8 Punkte) Eine Kugel der Masse m = 2.0 kg ist mit einer Schnur der Länge L an der Zimmerdecke befestigt. Die Kugel durchläuft eine Kreisbahn mit Radius r = 40 cm. (Kegelpendel!) Dabei überstreicht die Schnur einen Kegelmantel mit halbem Öffnungswinkel. Die Umlaufzeit der Kreisbewegung misst 1.7 s. Berechne folgendes: a) Die Bahngeschwindigkeit der Kugel. b) Die Zentripetalkraft, die den Körper auf einer Kreisbahn hält. c) Den Winkel, den die Schnur mit dem Lot einschliesst. d) Die Länge L der Schnur.

6 Seite 6 von 14 Aufgabe 4: (6 Punkte) Ein hydraulisches System enthält zwei Paare gleich grosse Kolben, sowie zwei Kammern mit Hydrauliköl. (Siehe dazu nebenstehende Darstellung!). Die beiden kleinen Kolben haben einen Durchmesser von 20 mm und die grossen Kolben haben einen drei Mal so grossen Durchmesser von 60mm. Auf das Hydrauliköl der linken Kammer drückt der kleine Kolben auf der linken Seite mit einer Kraft F 1 von 120 N. Der Überdruck p 1 in der ersten Kammer wirkt auf den grossen Kolben in der Mitte links, der über eine Stange mit einem kleinen Kolben in der Mitte rechts verschweisst ist. a) Welcher Überdruck p 1 herrscht in der der linken Kammer? b) Welcher Überdruck p 2 herrscht in der rechten Kammer? c) Mit welcher Kraft F 2 wird der grosse Kolben rechts nach aussen gedrückt?

7 Seite 7 von 14 Aufgabe 5: (6 Punkte) An einem Ende eines 90 cm langen horizontalen Balkens hängt ein Gegenstand mit einer Gewichtskraft F 2 von 310 N. Die Gewichtskraft F 1 des Balkens misst 45 N. Der Balken ist mit einer Schnur an einer Hausfassade festgebunden. Die Schnur schliesst mit dem Balken einen Winkel von 45º ein. a) Wie gross ist die Zugkraft in der Schnur? b) Mit welcher Kraft drückt der Balken gegen die Hausfassade?

8 Seite 8 von 14 Aufgabe 6: (4 Punkte) In ein dünnwandiges Gefäss befindet sich schmelzendes Eis. Ins Gefäss wird ein Liter siedendes Wasser gegossen. Dadurch wird alles Eis zum Schmelzen gebracht und es ergibt sich eine Mischtemperatur von 50ºC. Wie viel Eis war im Gefäss? Aufgabe 7: (4 Punkte) Am Morgen steigt in Paris die Sonne in den Himmel und der rund 324 m hohe Eiffelturm (eine Eisenkonstruktion) erwärmt sich innerhalb von zwei Stunden um 5ºC. Wie schnell wächst der Eiffelturm infolge der Erwärmung?

9 Seite 9 von 14 Aufgabe 8: (6 Punkte) Eine Peltonturbine erbringt bei einem Durchfluss von 1600 kg Wasser pro Sekunde eine Nutzleistung von 2.00 MW. Das Wasser aus einem Stausee erwärmt sich beim Durchgang durch die Turbine um 0.029ºC. Die Fallhöhe des Wassers ist gleich dem Höhenunterschied zwischen der Oberfläche des Stausees und der Turbine. a) Berechne aus der Erwärmung zunächst die Heizleistung und daraus, zusammen mit der angegebenen Nutzleistung, die zugeführte Leistung. b) Berechne aus der zugeführten Leistung die Fallhöhe des Wassers.

10 Seite 10 von 14 Aufgabe 9: (6 Punkte) Zwei elektrische Geräte, die für ein 110V-Netz vorgesehen sind, werden in Serie an ein 230V-Netz angeschlossen. Es sei Glätteeisen Haartrockner (Föhn) 110 V / 350 W 110 V / 500 W Welche Spannung lastet auf jedem Gerät in der Serienschaltung und wie viel elektrische Leistung verbraucht jedes Gerät? Aufgabe 10: (6 Punkte) An nebenstehende Schaltung mit vier Widerständen wird eine Spannung U o von 24V angelegt. Man kennt drei der Widerstände wie folgt: R 1 = 8, R 2 = 24 und R 3 = 10. Das Amperemeter misst einen Strom von 0.8A (durch den Widerstand R 3 ). a) Wie gross ist der Widerstand R 4? b) Wie gross ist die Stromstärke in den Widerständen R 1, R 2 und R 4?

11 Seite 11 von 14 Aufgabe 11: (12 Punkte) An untenstehende Schaltung mit sieben Widerständen R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6 und R 7 wird eine Spannung U o = 24V angelegt. Bestimme den Ersatzwiderstand der Schaltung. Bestimme auch wie viel Strom durch jeden Einzelwiderstand der Schaltung fliesst. R 1 = 6 I 1 = R 2 = 3 I 2 = R 3 = 6 I 3 = R 4 = 6 I 4 = R 5 = 8 I 5 = R 6 = 12 I 6 = R 7 = 12 I 7 =

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