Klausur Physik 1 (GPH1) am

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1 Name, Matrikelnummer: Klausur Physik 1 (GPH1) am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau Zugelassene Hilfsmittel: Beiblätter zur Vorlesung Physik 1 ab WS 99/00 (Prof.Sternberg, Prof.Müller) ohne Veränderungen oder Ergänzungen, Taschenrechner (ohne drahtlose Übertragung mit einer Reichweite von größer als 30 cm wie Funkmodem, IR-Sender), kein PDA oder Laptop Dauer: 2 Stunden Maximal erreichbare Punktezahl: 100. Bestanden hat, wer mindestens 50 Punkte erreicht. Bitte beginnen Sie die Lösung der Aufgabe unbedingt auf dem betreffenden Aufgabenblatt! Falls Sie weitere Blätter benötigen, müssen diese unbedingt deutlich mit der Aufgabennummer gekennzeichnet sein. Achtung! Bei dieser Klausur werden pro Aufgabe 1 Punkt für die Form (Gliederung, Lesbarkeit, Rechtschreibung) vergeben! Verwenden Sie bei Berechnungen nach Möglichkeit zunächst die gegebenen symbolischen Größen und setzten Sie erst am Schluss die Zahlenwerte (mit Einheiten!) ein. Bitte kennzeichnen Sie dieses Blatt und alle weiteren, die Sie verwenden, mit Ihrem Namen und Ihrer Matrikelnummer. AUFGABE MÖGLICHE PUNKTZAHL 1.a 7 1.b 9 1.c 8 2.a 9 2.b 9 2.c 6 3.a 10 3.b 14 4.a 5 4.b 12 4.c 7 Form 4 Summe 100 ERREICHTE PUNKTZAHL Seite 1 von 10

2 Aufgabe 1 Basketballspieler a) Ein Basketballspieler ist aufgestiegen und hat einen Korb geworfen. Der 110 kg schwere Spieler hängt jetzt an dem Korb, der sich um 15 cm nach unten gebogen hat. Nehmen wir an, der Korb würde wie eine (Blatt-)feder behandelt. Welche Federkonstante hat diese? b) Ein Spieler dribbelt einen 600g schweren Ball (Durchmesser des Balls 25 cm) in 10 Sekunden 18 mal, wenn die Hand ein Meter über dem Boden ist. (Es ist ein stationärer Zustand, d.h. der Betrag der Geschwindigkeit des Balles ändert sich nicht. Reibung ist zu vernachlässigen.) Wie groß ist der Impuls des Balles. Welchen Impuls muss die Hand bei jedem Dribbler kompensieren? c) Bei einem Freiwurf auf den Korb steht der Spieler in 4,60 m Abstand vom Korb, der in 3,05 m Höhe über dem Spielfeld hängt. Der Spieler verreißt den Ball und trifft am höchsten Punkt der Flugbahn an die Vorderkante des Korbes. Der Ball verlässt in Augenhöhe (1,9 m) die Hand. Unter welchem Winkel zum Boden wirft der Spieler den Ball? (Behandeln Sie den Ball als punktförmig.) Seite 2 von 10

3 Aufgabe 2 Kinderrutsche a) Ein Kind mit der Masse 20 kg rutscht aus der Ruhe heraus eine 8 m lange Rutsche hinunter, die einen Winkel von 30 zur Horizontalen hat. Damit die Kinder schneller rutschen können, haben sie die Rutsche mit Seifenlauge präpariert, so dass die Reibung als Null angenommen werden kann. Wie schnell ist das Kind am Ende der Rutsche? b) Über Nacht hat es geregnet und die Seifenlauge ist abgewaschen. Der Gleitreibungskoeffizient zwischen Kind und Rutsche beträgt 0,35. Wie schnell ist das Kind jetzt? c) Was passiert mit dem Energieverlust durch Reibung? Seite 3 von 10

4 Aufgabe 3 Spielplatzkarussell Ein Spielplatzkarussell besteht aus einer Scheiben mit dem Durchmesser von 3 m. Auf der Scheibe sind Haltegriffe radial (vom Mittelpunkt nach außen) angeordnet, an denen sich vier Kinder festhalten können. Für die Rechnung können diese vernachlässigt werden. Die Masse der Scheibe beträgt 50 kg. Die Kinder können als punktförmig angenommen werden und haben eine Masse von jeweils 40 kg. a) Berechnen Sie das Massenträgheitsmoment der Scheibe inklusive der Kinder, wenn diese außen am Rand stehen. (I Zylinder = ½ m R²) b) Die Scheibe dreht sich mit 20 Umdrehungen pro Minute. Drei der Kinder gehen schlagartig nach innen und stehen nur noch 20 cm vom Mittelpunkt entfernt. Kann sich das eine Kind außen festhalten, wenn bei einer Zentrifugalbeschleunigung von 3g (g=erdbeschleunigung) die Kinderkräfte zum Festhalten nicht mehr ausreichen? (Rechnung!!!) Seite 4 von 10

5 Aufgabe 4 Mountain-Bike Herr Wurzig (m = 75 kg) ist passionierter Mountain-Biker. Da er leider Rückenprobleme hat, kauft er sich einen gefederten Sattel: Die Federkonstante des Systems Sattel ist D = 8N/mm. a) Wie viel senkt sich der Sattel, wenn Herr Wurzig sich auf den Sattel setzt? b) Herr Wurzig saust wieder durch den Wald und fährt über eine große Wurzel. Dabei bekommt sein Hinterrad eine Deformation, die in der Aufgabe durch eine Ellipse idealisiert wird. Der Raddurchmesser betrug 28 Zoll (1 Zoll =2,54 cm) und der Umfang hat sich nicht geändert. Bei welcher Geschwindigkeit würde, wenn keine Dämpfung vorhanden wäre, Herr Wurzig am schnellsten vom Sattel katapultiert? c) Zeichnen Sie qualitativ die Amplitude des Sattels in Abhängigkeit von der Kreisfrequenz, wenn Herr Wurzig einen starken Stoßdämpfer noch in das System integriert hätte. Wo liegt die Frequenz mit dem maximalen Leistungsübertrag und wo die Frequenz mit der maximalen Amplitude? Seite 5 von 10

6 Lösung zu Aufgabe 1: Seite 6 von 10

7 Seite 7 von 10

8 Lösung zu Aufgabe 2: Seite 8 von 10

9 Lösung zu Aufgabe 3: Seite 9 von 10

10 Lösung zu Aufgabe 4: Seite 10 von 10