Physik Klausur JII.1 #1

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1 Physik Klausur JII.1 #1 Aufgabe 1 Kundtsches Rohr Ein kundtsches Rohr sei it CO 2 gefüllt (es gilt: 265 ). An das Rohr ist ein 1,2 langer Metallstab angeschlossen, in de sich durch reiben die Grundschwingung ausbildet (zwei lose Enden). Zwei Schnelleknoten sind bei CO 2 9c voneinander entfernt. Berechne c Metall und die Frequenz f! Aufgabe 2 Auf eine Träger bildet sich eine sinusförige Querwelle aus, die nach unten begonnen hat. Das Teilchen bei x=3 hat zu Zeitpunkt t=2,5s zu ersten Mal die axiale Auslenkung erreicht. 1/5s später hat es die iniale Auslenkung erreicht. Berechne f, c, λ, T. Aufgabe 3 Es wird ein Wellenträger betrachtet, auf de sich eine sinusförige Querwelle ausbildet, wobei der Erreger it der Schwingung nach unten begonnen hat. Die Welle hat das feste Trägerende, dass 5,25 vo Erreger entfernt ist nach 3,5s erreicht. Die Wellenlänge ist 3 und die axiale Auslenkung 2c. a) Berechne c, f, T! Zeichne das Moentbild des Trägers bei t 1 =1s! b) Wie lauten das Elongation-Zeit-Gesetz des Erregers und das Schnelle-Zeit-Gesetz des Erregers. Prüfe das Schnelle-Gesetz und zeige dass diese bei t=0 den axialen Betrag hat. Berechne die axiale Schnelle. Zeichne dann Schnelle und Auslenkung bei t=3,5s in ein Diagra ein (Schnelle durch Erkennen von Maxia, Minia, Nulldurchgängen). (x-achse: 1c=1, y-achse: 1c=1c bzw. 1c= 0,1/s) c) Zeichen das Trägerbild bei 2. d) Zeichne das Trägerbild bei 4,25 Aufgabe 4 Nun geht es u eine Längswelle die sich auf de Träger bewegt. Das feste Ende des Trägers ist 9 vo Erreger entfernt. Die Welle braucht 3s bis sie dort angekoen ist. Die Frequenz ist 0,5Hz. a) Berechne c, und T und zeichne das Druck- und Schnellebild des Trägers bei t=3s. b) Zeichne das Druck- und Schnellebild des Trägers bei t=4s und t=4,5s, also 1s und 1,5s nach Beginn der Reflexion. c) Die Welle soll nun a Erreger-Ende erneut reflektiert werden, sodass sich eine stehende Welle ausbildet. Zeichne das Druck- und Schnellebild des Trägers bei t=6s und bei t=6,5s. Welches Ende üsste (theoretisch) a Erreger vorliegen, sodass sich eine stehende Welle ausbildet? d) Bei welcher Frequenz bildet sich die Grundschwingung aus? Bei welchen Frequenzen bilden sich ansonsten Resonanzen?

2 Lösungen Aufgabe 1 Lösung Wenn zwei Knoten 9 voneinander entfernt sind. So entspricht dies (s.abb 1 roter Doppelpfeil). Folglich gilt: , ,18, Abbildung 1 λ/2 Die Grundschwingung it zwei freien Enden (wie i Metallstab) sieht wie auf Abbildung 2 aus. Auch hier entspricht l wieder. Weiter gilt bei Kundtschen Rohr das die Frequenzen von f in CO 2 und Metall gleich sind! Also: 1,2 21,22,4 Abbildung ,18 2,4, Aufgabe 2 Lösung Wie auf Abb. 2 bei Aufgabe 1 erkenntlich liegen Maxia und Minia u, also auseinander. Also: , 5 2, Der Trägerzustand sieht nun also bei t so aus: Es befinden sich,, 6 Wellen auf de Träger. Abbildung 3

3 Der rot arkierte Teil ist durch das Teilchen schon durchgelaufen. Also uss bei Übergang von grün in rot auf der Abbildung 3 das Teilchen bei x=3 sein. Der grün arkierte Teil sind 6 Wellen folglich gilt: Für die Ausbreitungsgeschwindigkeit gilt jetzt: 63, 0,52,5, Aufgabe 3 Lösung a) 5,25 3,5, Bei t 1 ist eine halbe Welle auf de Wellenträger: 1,5 3, 1 0 0,75s 1,5 b) Bei Erreger ist x=0. Folglich gilt: 0, sin 0 2 0,0, cos 22220,5 0,0coscos0cos0

4 Auslenkung Schnelle Be.: Ich habe hier jetzt nicht auf die Maßstäbe geachtet. Wenn ihr das acht hat die Schnelle- Kurve eine geringere Auslenkung als die Auslenkung! c) Nach 2 sind 1 Wellen auf de Träger. Dabei kot folgendes raus: 0 d) Bei t=4,25s sind, 2,125 Wellen auf de Wellenträger. Und das gibt was schiefes ;) 0 5,25 Reflexion Gesat

5 Aufgabe 4 Lösung a) ,5 Druck und Schnelle sind in Phase daher gleiches Schaubild: 0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 b) 1s nach Beginn der Reflexion befindet sich die Welle λ/2 weiter als vorher! 0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 Gesat Schnelle Gesat Druck 1s nach Beginn der Reflexion befindet sich die Welle 3λ/4 weiter als vorher! 0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 Gesat Schnelle Gesat Druck

6 c) Nach 6s: 0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 Gesat Schnelle Gesat Druck Nach 6,5s: 0 1,5 3 4,5 6 7,5 9 Gesat Schnelle Gesat Druck A Erreger sind Druckbauch und Schnelleknoten. Bei Erreger üsste also ein festes Ende sein! d) 1 1 Und fertig is! Es ist ehr als es aussieht, und sonderlich kopliziert ist es auch nicht wenn an einal drüber nachdenkt. Wichtig für euch die erste Klausur war schon anders wie unsere, also wird eure verutlich auch noch al anders und zwar nicht nur von den Zahlen her ;). Nichts desto weniger eignet sich so eine Klausur doch ganz gut zu üben, deshalb steht sie hier ja auch. Ich hab übrigens aus Zeitgründen die Achsen jeweils weggelassen, ihr solltet sie aber in der Arbeit trotzde hinschreiben! Ansonsten bei Fehlern/Fragen/eigenen Dateien/Anerkungen/ könnt ihr ir wieder eine Mail schreiben (fsure@web.de).und ansonsten einfach viel Glück a Montag! Gruß, Florian