Physik 1 (GPh1) am

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Herbert Koenig
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1 Nae: Marikelnuer: Sudienfach: Phyik 1 (GPh1) a Fachbereich Elekrechnik und Infraik, Fachbereich Mecharnik und Machinenbau Zugelaene Hilfiel zu dieer Klauur: Beibläer zur Vrleung Phyik 1 ab WS 10/11 (Prf. Sernberg, Prf. Müller, Prf. i.v. Lüicke, Prf. Alber) hne Veränderungen der Ergänzungen, Tachenrechner (hne drahle Überragung i einer Reichweie n größer al 30 c wie Funkde, IR-Sender, Blueh), kein PDA der Lapp. Dauer: Sunden Maxial erreichbare Punkezahl: 100. Beanden ha, wer indeen 50 Punke erreich. Bie beginnen Sie die Löung der Aufgabe unbeding auf de bereffenden Aufgabenbla! Fall Sie weiere Bläer benöigen, üen diee unbeding deulich i der Aufgabennuer gekennzeichne ein. AUFGABE MÖGLICHE PUNKTZAHL 1 a 6 1 b 10 1 c 8 a 6 b 10 c 6 d 3 a 6 3 b 6 3 c 4 3 d 4 3 e 4 4 a 4 4 b 3 4 c 4 4 d 8 4 e 5 Fr 4 Gea 100 ERREICHTE PUNKTZAHL Achung! Bei dieer Klauur werden pr Aufgabe 1 Punk für die Fr (Gliederung, Lebarkei, Rechchreibung) ergeben! Bie kennzeichnen Sie diee Bla und alle weieren, die Sie erwenden, i Ihre Naen, Ihrer Marikelnuer und Ihre Sudienfach. Seie 1 n 7

2 1. Tiefe eine Brunnen Zur Abchäzung eine Brunnen lä an einen Sein hineinfallen. Nach genau 3 Sekunden hör an den Aufchlag de Seine a Brunnenbden. a) Berechnen Sie die Tiefe de Brunnen, wbei Sie bei Fallen die Lufreibung ernachläigen. Wie ief i der Brunnen, wenn Sie annehen, da der Schall fr wieder ben i? b) Berückichigen Sie jez die Laufzei de Ech bei einer Schallgechwindigkei n c 343 /. Wie ief i der Brunnen jez? c) Die Megenauigkei beräg 0,1 Sekunde. Mu rzde die Laufzei de Schall berückichig werden? Löung: a) ½ g ½ * 9,81 / * (3 ) 44,13 b) Fallzei de Seine (abgeleie au a)): 1 (/g) Laufzei de Schalle: /c 3 ec ge 1 + (/g) + /c è ge - /c (/g), quadrieren: ( ge - /c) /g ge + (/c) - * ge */c gefrag i Srecke /c - ( ge /c + /g) + ge 0 è - ( ge * c + c /g) + ge * c pq-frel anwenden: 1/ ( ge * c + c /g) +/- (( ge * c + c /g) ( ge * c )) Einezen ergib der 40,71 Die zweie Löung i innll 40,71 c) 0,1 ec. Fehler ergib ein Δ 40,71 / 3 ec * 0,1 ec 1, 36 Ja, die Laufzei de Schalle ergib eine Differenz n 3,4 und i bedeuend ehr. Seie n 7

3 . Da Prble de Reifenwechel Karl-Heinz Schrauber will auf Serreifen uellen. Aber leider izen die Schrauben der Winerreifen ehr fe. a) Er ez einen Schraubenchlüel auf die Radchrauben, der waagerech aufgeeck wird. Da ich die Schraube nich löen will, ell ich Karl-Heinz auf den Schraubenchlüel. Zwichen Schraubenielpunk und ih i ein Aband n 5 c. Karl-Heinz bring 85 kg auf die Waage. Welche Drehen über er au? b) Die Schraube ha einen Durcheer n 14. Uner der Annahe, da diee an ier Punken enlang de Gewinde nur feiz und der Re ich reibungfrei dreh, welche Kraf wirk an jede der Punke, die der Bewegung engegenwirk? c) Jede Rad ha Augleichgewiche, u eine Unwuch auzugleichen. Sie izen außen an der Felge. Welchen Drehipul ha ein 0 g Gewich bei einer 15-Zll-Felge (Durcheer) bei 50 k/h? (1 Zll,54 c). d) Häe da 0-g-Gewich an einer 18-Zll-Felge die gleiche Wirkung? (kurze Begründung) Löung a) M r * F * 85 kg * 9,81 / 08,46 N b) F ge M/r 08,46 N / 0, N r d/ F chraube Fge / N c) L J * ω * r * /r * r * 0,0 kg *15 * 0,054 *1/ * 50/3,6 / 0,053 kg* / d). Da Gewich ha keine größere Wirkung, weil a) die Unwuch bei 18 Zll auch weier außen iz der b) weil ich ein 18 Zll-Rad enprechend langaer dreh bei gleicher Gechwindigkei und ich die größere Wirkung ich aufheb. Seie 3 n 7

4 3. Fallchirpringer Ein Fallchirpringer (Geaae 100 kg) pring bei 000 au eine Flugzeug, da ich i 50k/h hriznal zur Erdberfläche beweg. Für die Brekraf, die durch den Fallchir erziel wird, gil angenäher die Frel (F B c w A ρ ) c w 1.4 (cw-wer der Widerandbeiwer), A 0, ρ 1.9 kg/ 3 (Diche der Luf) a) Während der eren 5 bleib der Fallchir ungeöffne und der Lufwiderand ll ernachläig werden. Wie ief i er nach 5 gefallen? Welche Gechwindigkei wird nach dieen 5 in Richung der Erdberfläche erreich? Welche Gechwindigkei wird nach dieen 5 hriznal zur Erdberfläche erreich? Welche Gechwindigkei ha der Springer nach dieen 5 in Richung einer Flugbahn? b) Skizieren Sie die Flugbahn in dieen eren 5 Sekunden in eine x-y-diagra! c) Nach 5 öffne ich der Fallchir. Wie grß i die Brekraf de Fallchir unielbar nach de Öffnen de Schir in Richung der Erdberfläche? d) Mi welcher knanen Endgechwindigkei beweg ich der Fallchirpringer nach unen? e) Nach welcher Zei nach de Abprung erreich er den Bden? Muerlöung: a) freier Fall 1 1 x( ) a x0 x(5) ( 9,81 )(5) ( ) g ,05 k 50 13,9 h ( ) ( x ( )) + ( y ( )) 49, ,9 51 Seie 4 n 7

5 Seie 5 n 7 b) c) d) Kräfegleichgewich e) y kg kg A c g g A c F F W W B G 7,37 1,9 0 1,4 9, ρ ρ N kg A c F W B ) (49,05 1,9 0 1,4 3 ρ 4,33in 59,7 5 54,7 54,7 7, ) ( ) ( + x x

6 4. Schn wieder Reifen Ein Reifen rll au der Ruhe herau eine Rape heruner. Die Rape ei 4 lang und der Neigungwinkel (d.h. Winkel zwichen Rape und Ebene) ei 60º. Die Reibung ei ernachläigbar. Die Dicke de Reifen ei 5 c, ein Außendurcheer 60 c, ein Innendurcheer 40 c und eine Mae 7 kg. a) Wie grß i da Trägheien de Reifen bzgl. einer Rllbewegung? (Berachen Sie den Reifen al Hhlzylinder.) b) Bleib da Trägheien de Reifen während einer Rllbewegung knan? Begründen Sie? c) Wie grß i die Energie, die der Reifen a Ende der Rape beiz? d) Mi wie ielen Udrehungen pr Minue rll der Reifen a Ende der Rape? Wie grß i die Gechwindigkei de Reifen a Ende der Rape? e) Wdurch kann die Gechwindigkei de Reifen erhöh werden? wird. wird. Die Rape wird eiler geell, d.h. Neigungwinkel wird ergrößer. Die Rape wird flacher geell, d.h. Neigungwinkel wird erkleiner. Die Rape wird geell, da die Höhe, au der der Reifen lrll, größer Die Rape wird geell, da die Höhe, au der der Reifen lrll, kleiner Die Mae de Reifen wird ergrößer. Die Mae de Reifen wird erkleiner. Da Trägheien wird ergrößer. Da Trägheien wird erkleiner. Alle anderen Paraeer bleiben jeweil gleich. Zylinder, der u eine Zylinderache rier: Iz ½ * r² * Zylinder, der u eine Ache rier, die enkrech zur Zylinderache eh und durch einen Schwerpunk geh: Iz ¼ * r² * + 1/1 * * l² Iaepunk r² * Izyl ½ (r a + r i )/ g 9,81 /² Seie 6 n 7

7 Löung: i raußen 0.3, rinnen 0. b) Da Trägheien bleib knan, weil ich weder die Drehache änder nch die Fr de Reifen der die Mae. c) Energieerhalung: Die Energie a Ende der Rape i gleich der Energie ber die Rllbewegung einez, weil keine Reibung berückichig werden ll. E *g*h *g*l*in60º 37,88 kg ²/² 38 J d) *g*h ½ I ω² + ½ ² *g*h ½ I ω² + ½ raußen² ω² *g*h ½ ω² (I + raußen²) **g*h/(i + raußen²) ω² **g*h/(i + raußen²) ω 0,94 1/ ω r*ω f ω/π f 3,869 1/ f 00 U/in raußen*ω 6,8 / 6,8 / e) Richig: 1. Die Rape wird eiler geell, d.h. Neigungwinkel wird ergrößer. Begründung: Dadurch wird h größer. 3. Die Rape wird geell, da die Höhe, au der der Reifen lrll, größer wird. Begründung: Wenn h größer wird, ni die penielle Energie zu. Wegen Energieerhalung wird dadurch auch die kineiche Energie größer. 8. Da Trägheien wird erkleiner. Begründung: Wenn I erkleiner wird, erhöh ich die Energie, die in der Tranlainbewegung eck und enprechend wird die Rainenergie kleiner. (Begründungen ind nich nöig.) Die Mae ha keinen Effek: **g*h/(i + raußen²) ω **g*h/(½ * (raußen² + rinnen²) * + * raußen²) ω *g*h/(½ * (raußen² + rinnen²) + raußen²) ω *g*h/(1.5 * raußen² + ½ *rinnen²) ω Seie 7 n 7

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Aufgaben zur gleichförmigen Bewegung Aufgaben zur gleichförigen Bewegung 860. Ein Waerrad on 5 Durcheer eh an eine 2 breien und 0,7 iefe Bach. Da Rad dreh ich in der Minue 5 al und i a Rand genau o chnell, wie der Bach fließ. Wie iel Lier