Tutorium Physik 1. Arbeit, Energie, Leistung.

Transkript

1 1 Tutorium Physik 1. Arbeit, Energie, Leistung. WS 17/18 1. Sem. B.Sc. Catering und Hospitality Services Diese Präsentation ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung Nicht-kommerziell Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

2 3 3. ARBEIT, ENERGIE, LEISTUNG Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

3 3.1 Energie: Lösung 5 a. Energie ist die Fähigkeit eines Körpers Arbeit zu verrichten. b. Die kinetische Energie ist die Energie, die ein bewegter Körper besitzt. Die potentielle Energie ist die Energie der Lage. c. Die Energie wird in Joule J angegeben. kg m 1J=1W s=1nm=1 s d. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, sondern nur in eine andere Energieform umgewandelt werden kann. Deswegen kann es kein Perpetuum Mobile geben Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

4 3. Transporter: Lösung a. 7 Geg.: m 3,8t 3.800kg v 108km h 30 m s Ges.: Ekin a. Ekin 1 mv kg 30m s J 1,71MJ Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

5 3. Transporter: Lösung b. 8 1 b. Ekin 1 1,71MJ 0,855MJ J 1 Ekin mv v E m kin J v kg 450m s Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 1,1m s

6 3. Transporter: Lösung c. 9 c. v 30m s 60m s E E Ekin kin, c kin, a 1 mv kg 60m s J J J 4 E kin ändert sich mit dem Quadrat von v (E kin ~ v ) Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

7 3.3 Kugel: Lösung a. 11 Geg.: m 100g 0,1kg (Fall-)Höhe = (Pendel-)Länge daher: Ges.: Ekin h a. Ekin Epot 0,8m v m g h 0,1kg 9,81m s 0,8m 0,7848Nm Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

8 3.3 Kugel: Lösung b. 1 b. m m 1 0,1kg 0,kg E v : 1 kin,1 1 1 v Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 1 E m v kin,1 v1 m 0,7848Nm 3,96m s 0,1kg E m g h E kin, pot, 0,kg 9,81m s 1 0,8m 1,5696Nm

9 3.3 Kugel: Lösung b. (II) 13 v : Ekin, v m 1,5696Nm 3,96m s 0,kg Die Geschwindigkeit verändert sich nicht Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

10 3.3 Kugel: Lösung c. 14 c. h s 0,8m; a g 9,81m s v at gt 1 t aus s a t v g t g s g t s a s s t a g 9,81m s 3,96m s 0,8m 9,81m s Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

11 3.4 Winde und Ramme: Lösung a. 16 a. E max; E 0 pot, Ramme kin, Ramme E 0; E max pot, Ramme kin, Ramme Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

12 3.4 Winde und Ramme: Lösung b. 17 b. Geg.: m 850kg g 9,81m s h1 3,5m Ges.: E pot Epot m g h 850 kg 9,81m s 3,5m 9.184,75J Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

13 3.4 Winde und Ramme: Lösung c. und d. 18 c. Ekin E pot 9.184,75J 1 Ekin mv v 9.184,75J 850kg E m kin 8,9m s d. Ekin Epot 9.184,75J Und zwar an jeder Stelle der 3,5 m! Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

14 0 3.5 Arbeit und Leistung: Lösung a. Arbeit W besteht aus Gesamtkraft und in Kraftrichtung vollführte Verschiebung d W F d cos g Leistung ist die Arbeit pro Zeit P W t b. Die Höhendifferenz h ist gleich der Verschiebung in Kraftrichtung und damit entscheidend für die geleistete Arbeit W. Die Arbeit ist unabhängig vom gewählten Weg s. Es wird keine Arbeit W verrichtet, wenn der Gegenstand zum Ausgangspunkt zurückkehrt Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

15 3.6 Last anheben: Lösung Geg.: m 0, t 00kg h 4.000mm 4m Ges.: W Die Arbeit wird also =180 gegen die Gravitationskraft verrichtet, W F d cos( ) m g h kg m 00kg 9,81m s 4m s 7.848J 7,848kJ Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

16 3.7 Förderband: Lösung a. 4 a. Geg.: m1t s 75m 90 Ges.: W W F d cos 0 Also: Es wird keine Arbeit verrichtet Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

17 3.7 Förderband: Lösung b. 5 b. Geg.: m 1t 1.000kg s 75m h 5m Ges.: W W m g hcos 1. Kiste nach oben. Kiste nach unten W m g h 1.000kg 9,81m s kg m s J 49,05kJ Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 5m W m g h 1.000kg 9,81m s kg m s J 49,05kJ 5m

18 3.8 Mehl: Lösung a. 7 Geg.: m 0,05t 50kg h10m a. Ges.: W W E pot m g h 50kg 9,81m s 4.905J 10m Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

19 3.8 Mehl: Lösung b. 8 b. Ges.: v v a t; hier: a g 1 s g s g t t v s 10m g 9,81m s g 9,81m s 14,01m s Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

20 3.9 Leistung: Lösung 30 Geg.: m g 50kg; t 0s; P 735,75 Nm s Ges.: P h W t h Pt m g m g h t 735,75J s 0s 50kg 9,81m s 30m Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

21 3.10 Bewegungsenergie: Lösung 3 Berechnung der kinetischen Energie: v E km 80, h m s 1 1 m kin m v 750 kg, s m ,19 kg 185,19 knm s Die kinetische Energie ist 185,19 knm groß. Ergebnis im TR speichern, sonst Rundungsfehler! Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

22 3.11 Kran: Lösung 34 Berechnung der Leistung: W G h N 15 m = Nm = 94,3 kws W 94,3 kws P 4,905 kw t 60 s Die Leistung beträgt 4,905 kw Tutorium Physik 1 Einführung Großmann

23 3.1 Bergbesteigung: Lösung Berechnung der Hubarbeit: Wh G h 800 N 70 = Nm = J Berechnung der durchschnittlichen Leistung: P W h J J 30 W t 0,5 h s Die durchschnittliche Leistung beträgt 30 W Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 36

24 3.13 Ball: Lösung Berechnung der Beschleunigungsarbeit: Wb 1 1 m 0,5 kg 15 56,5 J s m v Die Arbeit beträgt 56,5 J Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 38

25 3.14 Lore: Lösung Berechnung der Leistung: W P t W 90 s Ws = Nm Berechnung des Gewichts: W Nm G N 16,56 kn h 0 m Das Gewicht der Lore darf 16,56 kn betragen Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 40

26