Probeklausur 2 - Einführung in die Physik - WS 2014/ C. Strassert

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1 Probeklauur - Einführung in die Phyik - WS 014/015 - C. Straert 1) Latzüge müen auf Autobahnen ab einer Gechwindigkeit von 50km/h einen Mindetabtand von 50 m zum voraufahrenden Fahrzeug einhalten. Wie lange benötigt ein Latzug mit einer Gechwindigkeit von 80 km/h, um einen zweiten Latzug der Gechwindigkeit von 75 km/h verkehrkonform zu überholen o da er wieder den Mindetabtand zum überholten Wagen hat. Beide Latzüge haben eine Länge von 4 m. Der Überholvorgang dauert A ) 49 B) 8 C) 107 D) 7 E) 485 C Die Geamtlänge der Strecke, die beim Überholvorgang zurückgelegt wird beteht au der doppelten Länge de Latzuge 48m + 100m, dem doppelten Sicherheitabtand. Dieer Weg wird mit der relativen Gechwindigkeit 5 km/h zurückgelegt Da Ergebni it alo 148m km ) Eine Kugel rollt reibungfrei eine gekrümmte Ebene herab. Welche der folgenden Auagen in Bezug auf ihre Gechwindigkeit v, ihre Bechleunigung a und ihre kinetiche Energie W k ind richtig (+ bedeutet nimmt zu, bedeutet nimmt ab )? v a W k A B C bleibt kontant D E B 1

2 Die Gechwindigkeit wird bei der bechleunigten Bewegung größer. Die Bechleunigung nimmt ab, denn die in Richtung der erzwungenen Bahnbewegung wirkende Kraft wird immer geringer; die einzige wirkende Kraft it ja die immer nach unten wirkende Schwerkraft. Ihre Komponente in Richtung der Bahnbewegung wird immer geringer, daher wird nach dem Newton chen Geetz die Bechleunigung auch geringer. Die kinetiche Energie nimmt zu, da die Gechwindigkeit v zunimmt 1 mv ) Sie itzen im Flugzeug und haben während de Starte noch ein Waergla auf ihrem Klapptich tehen. Während da Flugzeug bechleunigt, neigt ich der Waerpiegel, o da ich ein Winkel a = 15 relativ zur waagerechten Tichoberfläche eintellt. Der Waerpiegel tellt ich o ein, da die auf da Waer wirkenden reultierenden Kräfte enkrecht zur Waeroberfläche gerichtet ind. Mit welcher Bechleunigung a relativ zur Erdbechleunigung g bechleunigt da Flugzeug? a/g = A) 0,0 B) 1,0 C) 0,7 D),7 E) 0,97 C Die Flugzeugbechleunigung it horizontal und bewirkt eine Trägheitkraft auf die Flüigkeit. Die Schwerkraft wirkt enkrecht dazu. Die vektorielle Summe der Kräfte it enkrecht zur Waeroberfläche. F F F F F tan. Mit F a R ma; F mg a g tan 0,7 g g a a g 4) Zwei Hohlzylinder werden aneinandergefügt und evakuiert. Der Innendruck nach dem Evakuieren it gegenüber dem Außendruck von p A = 1,0 x 10 5 Pa vernachläigbar. Die Querchnittfläche eine Zylinder hat einen Durchmeer von d = 50. Ein Zylinder it fet verankert, am anderen zieht über eine Umlenkrolle eine Mae M mit ihrem Gewicht. Wählen Sie die maximale der angegebenen Maen, bei denen die Zylinder nicht aueinandergezogen werden. A) 98 kg B) 186 kg C) 700 kg D) 1800 kg E) 00 kg D

3 Damit die Zylinder getrennt werden mu die Gewichtkraft der Mae M gröer ein al die Kraft F, die durch den Atmophärendruck auf den Querchnitt de Zylinder 0,5 m augeübt wird: Mg 110 Pa 0,5 m M 110 kg 0,5 m 9,81m 5 5 m 000 kg. 5) Die Trommel einer Wachmachine habe einen Durchmeer von 50. Wie groß it die Zentrifugalbechleunigung am Trommelrand, wenn die Trommel mit 1600 Umdrehungen/ min rotiert? A) 4 m/ B) 140 m/ C).5 10 m/ D) 7 10 m/ E) m/ D 6 4 1,6 10 0,5 m m Bechleunigung b r ) Berechnen Sie die Ströme I 0, I 1 und I, die in der angegebenen Schaltung fließen. Welche der unten angegebenen Kombinationen der Ströme it die richtige? A B C D E I 0 = 0.8A 1.0A 1.A 1.A 1.0A I 1 = 0.5A 0.6A 0.6a 0.8A 0.4A I = 0.a 0.8A 0.6a 0.4A 0.6A 1V 1V I 1 0,4A; I 0,6A ; I 0 I1 I 0Ω 0Ω 1A E 7) Wie groß it der Strom (in Ampere), wenn 1000 Na + Ionen in 7,5 µ durch eine Membran fließen? Die Ladung eine Natriumion hat den gleichen Betrag wie die Elementarladung e eine Elektron, ie it allerding poitiv. e = C

4 1 A) 1 µa B) 1 10 A C) 10 na D) 1 pa E) 1 na B 8) Eine kleine Lampe befindet ich am Boden eine 1m tiefen mit einer tranparenten Flüigkeit gefüllten Becken und emittiert Licht in alle Richtungen. Au der Flüigkeitoberfläche treten jedoch wegen de Phänomen der Totalreflexion nur Lichttrahlen mit Winkeln < T innerhalb eine Kreie de Radiu R au. Der Grenzwinkel der Totalreflexion ei T = 0. Wie groß it der Brechungindex n der Flüigkeit? A) 1, B),5 C) 0,75 D) 1,5 E) E n Fl 1 in 90 in 0 9) Sie een gern, haben aber ein Problem mit der Figur. Soeben haben Sie ein fulminante Dinner mit einem geamten Energieinhalt von 400 kj eingenommen. Daraufhin gehen Sie in ein Fitnetudio, um diee Energie wieder lozuwerden. Dazu nehmen Sie eine 50 kg Hantel und heben ie durchchnittlich alle 10 um m. Welche Zeit müen Sie mindeten beim Hantel Heben verbringen, damit die Energie au dem Dinner volltändig in die Hubarbeit umgeetzt wird (Berückichtigen Sie nur die Arbeit zum jeweiligen Anheben der Hantel)? A) 10 min B) 1 h C) 7 min D) 4h E) 6h B 6 4, 10 J 10 1h 50 9,81 J 10) Ein Plattenkondenator mit dem Plattenabtand d peichert die Ladung Q. Ladung kann weder zu- noch abfließen. Sie vergrößern nun den Abtand d. Für die Kapazität de Plattenkondenator mit Platten der Fläche A gilt C A.Welche Auage it richtig? d A) Die Spannung an den Platten bleibt gleich und da elektriche Feld wird kleiner 4

5 B) Da elektriche Feld wird kleiner und die Spannungdifferenz zwichen den Platten nimmt zu. C) Da elektriche Feld bleibt gleich und die Spannung an den Platten wird größer D) Die Spannung an den Platten wird kleiner und da elektriche Feld nimmt zu E) Die Spannung an den Platten und da elektriche Feld werden kleiner C Q Qd du Q U ; U nimmt mit größer werdendem Abtand zu. Die feldtärke E it C A dd A unabhängig vom Abtand d. Man kann auch argumentieren, da die Dichte der Feldlinien, die von den poitiven zu den negativen Ladungen laufen, kontant it, da die Ladungen auf den Kondenatorplatten gleichmäßig verteilt ind. 11) Ein rechtwinklig gekippter Hebel mit vernachläigbarer Mae und gleich langen Armen l l it an der Knicktelle drehbar gelagert. Am l r linken Hebelarm hängt die Mae m l 1k g Bei welcher Mae mr tellt ich der Winkel = 0 ein? A) 0,5 kg B) 0,58 kg C) 0, kg D) 1, kg E) 1kg B Da Gleichgewicht tellt ich ein, wenn die Drehmomente auf beiden Armen gleich ind. m l in 0 m l l l r r m co0 m r l in 0 0,58 co0 1) Eine Lokomotive fährt mit einer Gechwindigkeit von 100 km/h von link nach recht. Der Spurabtand der Schienen ei 1,45 m und die Achen der Lokomotive tellen eine leitende Verbindung zwichen den Schienen her. Durch die Bewegung der Achen entteht eine Änderung de magnetichen Flue, der zur Induktion einer Spannungdifferenz zwichen den Schienen führt. Wie groß it der Betrag der Spannungdifferenz U U 1 U, 5

6 die zwichen den Schienen induziert wird, wenn die vertikale, au der Papierebene herau zeigende Komponente de erdmagnetichen Felde eine magnetiche Fludichte B T hat. Der magnetiche Flu zwichen der von Schienen und Ache eingchloenen fläche ändert da 6 V 1,45m 100km ich weil ich die Fläche A ändert. E gilt U ind B 510 mv dt m h A) mv B) 0mV C) 7, V D) 40µV E) 4 mv A 1) Ein Stein wird mit einer Anfanggechwindigkeit v 0 = 15 m/ unter einem Winkel von 45 nach oben geworfen. Nach welcher Zeit trifft er wieder auf der Erde auf? A) 0 B),16 C) 10,8 D) 15 E) 5,4 B Die Komponente der Gechwindigkeit v 0 enkrecht nach oben it m m v v0 in 45 0, ,65. Dieer aufwärt gerichteten Gechwindigkeit m verringert ich wegen der entgegengeetzten Erdbechleunigung v 10,65 -gt. Damit v wieder den Boden. m 1 0 t 10,65 t 1,08. Nach der doppelten Zeit erreicht der Stein g 14) Sichtbare Licht überdeckt einen Wellenlängenbereich von 90 nm (violett) bi 780 nm (rot). Die Lichtgechwindigkeit im Vakuum it für alle Wellenlängen c = 10 8 m/. Welchen Frequenzbereich f f violett f überdeckt ichtbare Licht? Welcher Wert kommt dem richtigen am nächten? (1 nm = 10 9 m) rot A) Hz B) Hz C) Hz D) Hz E) Hz B Zwichen Wellenlänge und Frequenz f beteht die Beziehung c c c 14 f f 410 Hz 90nm 780nm 6

7 15) Ein Atomkern in Ruhe zerfällt radioaktiv in ein Alphateilchen und einen kleineren Kern. Wie groß it die Gechwindigkeit de zurückgetoßenen Kern, wenn die Gechwindigkeit 5 m de Alphateilchen 7 10 beträgt? Nehmen Sie an, da die Mae de Retkern 57-mal größer al die de Alphateilchen it. 5 A) 7 10 m B) 7,15 10 m C) 4,65 10 m D) 9, 10 m 4 E) 1, 10 m E Der Geamtimpul it 0, daher it der Impul de Retkern gleich groß wie der de Alphateilchen, da die mae de retkern um den faktor 57 größer it, it eine gechwindigkeit um dieen faktor kleiner 16) Ein Punkt bechreibe eine gleichförmige Kreibewegung auf einem Krei mit dem Radiu von 10 und habe dabei eine Bahngechwindigkeit von 1 m/. Die Kreibewegung lät ich im Zeigerdiagramm al rotierender Vektor bechreiben mit der x- Komponente x t 0,1m cot, yt 0,1m in t. Wie groß it die Umlauffrequenz f? A) 1,6 Hz B) 10 Hz C),56 Hz D)1,6 Hz E),16 Hz D Die Bahngechwindigkeit v r f v r =1,6 Hz 7

8 17) Ein Quarzzylinder (Dichte, g/ ) mit einem Gewicht von 4,9 N hängt an einer Federwaage. Taucht man den Quarzzylinder volltändig in eine Flüigkeit ein, wird mit der Federwaage ein durch den Auftrieb verringerte Gewicht von 1,5 N gemeen. Welche Dichte hat die Flüigkeit?,0 g A) 1,5 g B) ) C),1g 1,g D),6 g E) B 4,9N 4,9N Da Volumen de Quarzzylinder it V 7. Da Gewicht der g 9,81m,g verdrängten Flüigkeit beträgt,4 N und die Dichte der Flüigkeit it,4n g Fl 1,5 7 g 18) Ein Heizlüfter, der mit einer Netzpannung von 0 Volt betrieben wird nimmt elektriche Leitung von kw auf. Wie groß it ein Widertand? A) 7.5 B) 57.5 C) 6,5 D) 8,7 E) 115 C Leitung U P UI R U R P 19) Sie wollen eine Din-A4-Overheadfolie (10 x 97 mm ) o projizieren, da Sie auf der 4,5m von der Projektorline entfernten Leinwand im Hochformat mit der Bildhöhe B = m abgebildet wird. Welchen Wert ollte die Brennweite f der Line de Projektor haben. Vorchlag: Veruchen Sie eine Herleitung durch eine Kontruktion der Abbildung mit Haupttrahlen durch die Linenmitte und durch den Brennpunkt. 8

9 A) f = 0, m B) f = 0,5 m C) f = 0,46 m D)f = 0,58 m E)f = 0,69m D Die Abbildung zeigt den Verlauf der Haupttrahlen. Anhand der roten Strahlen ieht man B G b f f 4,5m 6,7 1 f f 4,5 m 7,7 9

10 Erdbechleunigung g = 9,81 m/ (Sie können aber auch mit 10 m/ rechnen) in co tan 1/in 1/co 1/tan 15 0,6 0,97 0,7,85 1,0,70 0 0,50 0,87 0,58,00 1,15 1,7 45 0,71 0,71 1,00 1,41 1,41 1,00 10