Protokoll. Physik. Stundenprotokoll. Explosionsstoß. Aufgabe: Skizze:

Transkript

1 Protokoll Physik Stundenprotokoll Schule: Charlotte-Wolff-Kolleg Fach: Physik Leistungskurs Jahrgang: A40/ Q1 Datum: ; 3.Block 12:00-13:30 Uhr Lehrer: Herr Lothar Winkowski Protokollant: Andreas Marks Thema: Explosionsstoß (Impulserhaltungssatz), Raketenphysik schiefer Stoß ungleiche Massen Vektoren Explosionsstoß Aufgabe: Eine Rakete besitzt eine Startmasse von 250 t. Beim Start strömen pro Sekunde 10 t Gas mit der Geschwidigkeit 1400 m/s aus. Welche Geschwindigkeit hat die Rakete nach einer Sekunde erreicht? Wie groß war dabei die Beschleunigung und welchen Weg hat sie in dieser Sekunde zurückgelegt? Skizze: Vorher:

2 Nachher: Gegeben: Gesucht: Masse Rakete: m1 = 250 t = kg Masse Treibstoff Gas: m2 = 10 t = kg Geschwindigkeit ausströmen des gases: u2 = 1400 m/s Zeit t = 1 s u1 = Geschwindigkeit der Rakete in einer Sekunde? a = Beschleunigung Rakete

3 Ansatz: Impulserhaltungssatz: Impulssumme vorher m1 * v1 + m2 * v2 = m1 * u1 + m2 * u2 nachher Explosionsstoß: Lösung: 0 = m1 * u1 + m2 * u2 - (m2 * u2) - m2 * u2 = m1 * u1 : m1 - m2 *u2 = u1 : u2 m1 - m2 = u1 m1 u2 u1 = - m2 u2 = m1 u1 = - m2 *u2 u2 = m1 u1 = - m2 m1 * u2 u1 = kg kg * 1400 m/s u1 = 56 m/s u1 = v v = a*t : t v = a t 56 m/s = 56 m/s² 1s Antwortsatz: Durch die Startmasse von 250 t der Rakete, der ausströmenden Gasmasse von 10 t pro Sekunde und der Geschwindigkeit der ausströmenden Gasmasse von 1400 m/s hat die Rakete eine Geschwindigkeit von 56 m/s zur Folge. Die Beschleunigung sei 56 m/s²

4 Beim Start : nach 1s: Masse Rakete = mr mr = 250 t mr = 240 t Kontinuierlicher Prozeß Raketengleichung ohne Herleitung ve va = vaus * ln ( ma ) me ve: Endgeschwindigeit va: Anfangsgeschwindigkeit vaus: Ausströmgeschwindigkeit der Gase ma: Anfangsmasse me: Endmasse ln = Logarhytmus naturale Skizze: Vorher: Nachher:

5 Gegeben: va vaus ma me = 0 m/s = 1400 m/s = 250 t = 240 t Gesucht: ve = Endgeschwindigkeit Lösung: Antwortsatz: ve va = vaus * ln ( ma ) me ve 0 m/s = 1400 m/s * ln ( kg ) kg ve = 57,151 m/s Die Endgeschwindigkeit der Rakete beträgt 57,151 m/s Nebenher haben wir noch die g Beschleunigung für den Raketeflug ausgerechnet. v = a t g = Fallbeschleunigung = 9,80665 m/s² 56 m/s = 56 m/s² 56 m/s² = 5,71 g Faktor 1s 9,80665 m/s² Die Beschleunigung für den g Faktor beträgt 5,71 g

6 Im weiteren Verlauf des Unterichts haben wir uns mit dem Aufbau einer Rakete beschäftigt. Danach haben wir uns ein Überblick über die Geschichte der Raumfahrt auf Youtube verschafft Erste Rakete erreicht Weltraum in 85 km Höhe ( Aggregat-4" A-4 ) 1957 Der erste Satellit namens Sputnik im Weltraum Erstes Lebewesen im All : ein Hund namens Laika 1961 Erster Mensch im Welraum Juri Gagarin Der erste Mensch der jemals frei im Weltraum schwebte heißt Alexei Leonow 1963 War die erste Frau im Weltraum Valentina Tereschkowa 1966 Fand die erste unbemannte Mondlandung statt 1968 Erste Menschen verlassen Erdumlaufbahn und erste bemannte Mondumkreisung findet statt 1969 War die erste bemannte Mondlandung und die ersten Menschen auf dem Mond 1970 Apollo 13 Unglück. Astronauten überleben dieses 1981 Erstes wiederverwendbares Raumschiff startet, die Columbia 1986 Start der Raumstation MIR, ( heißt soviel wie Frieden oder Welt ) 1998 Aufbau der Internationalen Raumstation ISS ( International Space Station ) 1. Deutsche Rakete, war die V2. Gebaut wurde sie in Mittelbau. Gestartet/ getestet wurde sie in Penemünde an der deutschen Ostsee bei Warnemünde.

7 Zum Schluß der Stunde haben wir uns mit einer Aufgabe zum schiefen Stoß beschäftigt. Aufgabe: Ein PKW mit einer Masse von 1200kg und einer Geschwindigkeit von 60 km/h aus Westen kommend und nach Osten fahrend schneidet eine Kreuzung. Ein LKW mit einer Masse von 3000kg und einer Geschwindigkeit von 40 km/h aus Süden kommend und nach Norden fahrend schneidet die Kreuzung ebenso. Die Fahrzeuge treffen in der Mitte der Kreuzung aufeinander, mit welcher Geschwindigkeit und im welchen Winkel bewegen sich die Fahrzeuge weiter? schiefer Stoß mit ungleichen Massen unelastisch mit gemeinsamer Geschwindigkeit nach dem Stoß Skizze: Vorher: Nachher:

8 Gegeben: PKW: LKW: Geschwindigkeit PKW: Geschwindigkeit LKW: m1= 1200 kg m2= 3000 kg -> v1 = 60 km/h -> v2 = 40 km/h Gesucht: Ansatz: -> u = gemeinsame Geschwindigkeit PKW und LKW nachher phi = Winkel indem beide Fahrzeuge sich weiter bewegen Vektoren Lösung: Impulse sind Vektoren Energiesatz gilt nicht -> -> pvorher = pnachher m1 * v1 + m2 * v2 = (m1 + m2) * u m1 * v1 + m2 * v2 = (m1 + m2) * u : (m1 + m2) m1 * v1 + m2 * v2 = u m1 + m2 -> 1200kg * 60 km/h kg * 40 km/h = u 1200kg kg 1200kg * 60 km/h vx kg * 40 km/h vy = u 4200kg u = 17,14 km/h vx + 28,57 km/h vy Pythagoras : u² = v1² + v2² u = 17,14² + 28,57² km/h = u = 33,31 km/h tan phi = v1 phi = tan 1 ( v1 ) phi = 30,96 v2 v2 Antwortsatz: Die Fahrzeuge aus West und Süd kommend, haben nach ihrer Ablenkung eine gemeinsame Geschwindigkeit von 33,31 km/h und sie wurden um 30,96 nach Nord-Ost aus ihrer Bahn gelenkt.