Tutorium Physik 1. Kinematik, Dynamik

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Leopold Franke
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1 1 Tutorium Physik 1. Kinematik, Dynamik WS 15/16 1.Semester BSc. Oec. und BSc. CH

2 3 2. KINEMATIK, DYNAMIK (I)

3 2.1 Gleichförmige Bewegung: Aufgabe (*) 4 a. Zeichnen Sie ein s-t-diagramm der gleichförmigen Bewegung. Zeichnen Sie die Steigung mit ein und geben Sie an, was diese aussagt. b. Zeichnen Sie ein v-t-diagramm der gleichförmigen Bewegung. Was sagt die Steigung des Diagramms aus?

4 2.2 Bewegungen: Aufgabe (*) 7 Bestimmen Sie die Bewegungsart der folgenden Beispiele und begründen Sie Ihre Meinung a. Schallwelle b. Fallender Gegenstand c. Lichtstrahl d. Bremsendes Auto e. Reibungsfreie rollende Kugel f. Auto mit v = 100 km/h (reibungsfrei) g. Ball im Weltall

5 2.3 Diagrammbestimmung: Aufgabe (*) 9 Zu welcher Bewegungsart gehören die folgenden Diagramme

6 2.3 Diagrammbestimmung: 1 10 s gegen t s in m t in s

7 2.3 Diagrammbestimmung: 2 12 v gegen t v in m/s t in s

8 2.3 Diagrammbestimmung: 3 14 s gegen t s in m t in s

9 2.4 Freier Fall: Aufgabe (**) 16 Bestimme die Fallhöhe h, die ein Körper haben müsste, um beim Aufkommen am Boden eine Endgeschwindigkeit von v e = 30 m/s zu bekommen.

10 2.5 Eisläufer: Aufgabe (***) 18 Ein Eisläufer mit einer Masse m = 75 kg und einer Geschwindigkeit v 0 = 8 m/s wird durch eine mittlere Kraft (Wind und Luftreibung) von F = 50 N gebremst. Berechnen Sie die Bremsstrecke bis zum Stillstand.

11 2.6 LKW: Aufgabe (**) 21 Ein LKW fährt mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von v = 80 km/h auf der Autobahn. Der LKW-Fahrer merkt nach t = 2 min, dass er die Ausfahrt verpasst hat. Wie weit ist der LKW falsch gefahren? Geben Sie die Lösung in Meter und Kilometer an.

12 2.7 Fußgänger: Aufgabe (**) 23 Ein Fußgänger legt innerhalb von t 1 = 5 s eine Strecke von s 1 = 7 m zurück. Nach t 2 = 30 s hat er eine Strecke s 2 = 42 m zurückgelegt und nach t 3 = 40 s ist der Fußgänger um s 3 = 56 m vorangekommen. a. Zeichnen Sie ein s-t-diagramm und geben Sie an, um was für eine Bewegung es sich handelt. b. Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Fußgängers? grafische Lösung Angabe der Geschwindigkeit in km/h

13 2.8 Motorrad: Aufgabe (**) 27 Ein Motorrad soll innerhalb von t = 6 s gleichmäßig von v 1 = 50 km/h auf v 2 =100 km/h beschleunigt werden. a. Welche Beschleunigung ist erforderlich? b. Berechnen Sie den während der Beschleunigungsphase zurückgelegten Weg.

14 2.9 Antriebskraft: Aufgabe (**) 30 Eine Antriebskraft von F = 500 N wirkt auf ein Fahrzeug, dessen Masse m = kg beträgt. Berechnen Sie die Zeit, in der das Fahrzeug auf horizontaler Straße aus dem Stillstand den Weg s = 100 m zurücklegt (der Fahrwiderstand wird vernachlässigt.).

15 2.10 Melone auf dem Mond: Aufgabe (I) (**) 32 Eine Gruppe von physikbegeisterten Lebensmittelwissenschaftlerinnen plant die Durchführung eines einzigartigen Vergleichsexperimentes. Hierfür wird der folgende Versuch einmal auf der Erde und einmal auf dem Mond mit identischen Ausgangsmaterialien durchgeführt. Wie werden sich die unterschiedlichen Schwerkräfte auswirken?

16 2.10 Melone auf dem Mond: Aufgabe (II) 33 An eine an einem Stativ vertikal befestigte Schraubenfeder wird eine Wassermelone mit einer Masse m = g angehängt. Auf der Erde hat die Feder ohne Melone eine Länge von d = 100 cm, mit Melone eine Länge von d = 130 cm. Berechnen Sie die Federkonstante [N/m]! Wie hoch wird die Auslenkung d der Feder auf dem Mond sein? Die Gewichtskraft des Mondes entspricht ungefähr der Gewichtskraft der Erde.

17 2.11 QS Töpfe: Aufgabe (**) 36 Für die Qualitätssicherung der Produktion von Kochtöpfen werden stichprobenweise Töpfe vom Produktionsband entnommen und deren Masse mit einer Federwaage kontrolliert. Die Federwaage ist vertikal an einer entsprechenden Haltevorrichtung befestigt. Einer der Haltegriffe eines Topfes wird in die Federwaage eingehakt und die Auslenkung abgelesen. (Fortsetzung nächste Seite)

18 2.11 QS Töpfe: Aufgabe (Fortsetzung) 37 Bei ordnungsgemäßer Produktion hat ein Topf eine Masse von m = 500 g. Die Federkonstante der verwendeten Waage lautet k = 24,53 N/m a) Bei einer Stichprobe ergibt sich eine Auslenkung von d = 15 cm. Welcher Masse entspricht das? b) Bei welcher Auslenkung wird die geforderte Masse erreicht?

19 2.12 Queen Mary: Aufgabe (**) 41 Die Queen Mary 2 (QM2) soll auf ihrer Fahrt von Hamburg nach New York die Strecke s = km in 9 Tagen zurücklegen. Die QM2 hat eine Masse m = t und eine max. Geschwindigkeit von v = 55 km/h. Vernachlässigen Sie den Beschleunigungs-vorgang und gehen Sie von einer konstanten Geschwindigkeit aus. (Fortsetzung nächste Seite)

20 2.12 Queen Mary: Aufgabe (Fortsetzung) 42 a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit v der QM2 in m/s. b) Durch günstige Winde hat die QM2 nach 5 Tagen bereits eine Strecke von s = km zurückgelegt. Welche Geschwindigkeit v in m/s ist erforderlich, damit die QM2 ihren Zeitplan einhalten kann?

21 2.13 Bewegungsarten: Aufgabe (*) 45 In der Mechanik werden drei verschiedene Bewegungsarten unterschieden. a) Nennen Sie zwei Bewegungsarten. b) Skizzieren Sie für die beiden Bewegungsarten das v-t- Diagramm. Achten Sie auf eine vollständige Beschriftung der Achsen.

22 2.14 Überholvorgang: Aufgabe (***) 50 Auf der Autobahn fährt ein PKW (l PKW = 4,50 m) mit einer Geschwindigkeit v = 120 km/h. Vor ihm fährt ein LKW (l LKW = 12 m) mit einer Geschwindigkeit v = 100 km/h. Der Fahrer hält jeweils den Sicherheitsabstand von s sicher = 60 m ein. a) Welche Strecke muss der PKW mehr als der LKW zurücklegen? Zeichnen Sie zur Lösung eine Skizze. b) Wie lange dauert der Überholvorgang in Sekunden? c) Welchen Weg hat der PKW während des Überholvorgangs zurückgelegt? Quelle:

23 2.15 Durchschnittliche Geschwindigkeit: Aufgabe (*) 54 Ein Auto fährt von A nach B. Beide Orte sind 157 Kilometer voneinander entfernt. Nach einer Zeit von 2 Stunden und 20 Minuten kommt es an seinem Ziel an. Ermitteln Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit! Quelle:

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