Prüfung T3 Physik vom

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1 Prüfung T3 Phyik vom Aufgabenlite Dynamik der Punktmae Aufgabe A3.52 Ein Hammer mit der Mae 500 g chlägt mit der Gechwindigkeit 5.0 ÅÅÅÅÅ m gegen eine elatiche Stahlkugel mit der Mae 20 g. Mit welcher Gechwindigkeit fliegt ie davon? (Löung: v = 10 ÅÅÅÅÅ m ) Aufgabe A3.53 Ein Wagen mit der Mae 36 t töt mit der Gechwindigkeit 6.0 ÅÅÅÅÅ m auf einen ruhenden Wagen von 30 t, wobei die Anhängerkupplung einklinkt (unelaticher Sto). Mit welcher gemeinamen Gechwindigkeit fahren zwei Eienbahnwagen weiter? (Löung: v = 3.3 ÅÅÅÅÅ m ) Aufgabe A.3.57 a) Welche Schubkraft erfährt eine Rakete, wenn in jeder Sekunde 400 kg Gae mit 5.0 km ÅÅÅÅÅÅÅ autrömen? b) Wie gro it die Momentanbechleunigung zu dem Zeitpunkt, an dem die Mae der Rakete 100 t beträgt? Löungen: a) F = N b) a = 20 ÅÅÅÅÅ m = 2 g 2 Kinematik der Rotation Erklären Sie die Drehzahl, Periode, Winkelgechwindigkeit,... Beipiel 2.17 Vergleichen Sie Winkelgechwindigkeit, Bahngechwindigkeit und Radialbechleunigung von zwei Körpern, die ich mit der gleichen Frequenz von 5.0 Hz auf unterchiedlichen Kreibahnen mit den Radien r 1 = 100 mm und r 2 = 200 mm bewegen.

2 2 Beipiel 2.18 Wie gro ind die Periodendauer, Drehfrequenz, Winkelgechwindigkeit und Umfanggechwindigkeit de groen und kleinen Zeiger einer Uhr? Beipiel 2.19 Wie gro it die Relativgechwindigkeit der Abtatnadel eine Plattenpieler auf einer Langpielplatte bei einer Drehzahl von 33 min -1. Da Rillenfeld hat auen einen Durchmeer von d a = 290 mm, innen d i = 140 mm. Beipiel 2.21 Wie gro it die Gechwindigkeit eine Radfahrer, der o in die Pedale tritt, da die Tretkurbeln in jeder Sekunde gerade eine Umdrehung auführen? E ind die Durchmeer de vorderen Kettenrade d 1 = 20 cm, de hinteren Kettenrade d 2 = 8 cm, de Hinterrade d 3 = 70 cm. Die Drehzahl de vorderen Kettenrade beträgt n 1 = 1-1 = 60 min -1. Aufgabe A.2.10 Berechnen Sie die Winkelgechwindigkeit und die Radialbechleunigung für die Kurvenfahrt eine Kraftfahrzeuge a) bei der Gechwindigkeit 30 km/h und einem Kurvenradiu von 60 m b) bei der Gechwindigkeit 60 km/h und einem Kurvenradiu von 120 m Vergleichen Sie die Ergebnie. Aufgabe A.2.11 Welche Winkelbechleunigung hat ein Rad, welche in 1.0 min au dem Stilltand auf die Drehzahl 2800 min -1 gleichmäig bechleunigt wird? Wie gro it die Umfanggechwindigkeit bei voller Drehzahl, wenn der Durchmeer 1200 mm it. Aufgabe A.2.12 Wie gro it die Anzahl der Umdrehungen de Läufer eine Elektromotor, der 2.0 nach dem Einchalten die Drehzahl 1400 min -1 erreicht? Dynamik der Rotation Erklären Sie die Drehmomentwandlung, Kraftwandlung,...

3 3 Beipiel 4.1 Wie gro it beim Fahrradfahren da erforderliche Drehmoment an den Tretkurbeln, wenn Sie am Umfang de Hinterrade eine Antriebkraft von 160 N erreichen wollen? Gegeben ind die Durchmeer de vorderen Kettenrade mit d 1 = 20 cm, de hinteren Kettenrade d 2 = 8 cm und de Hinterrade d 3 = 70 cm. (Löung: M = 140 N m) Beipiel 4.3 Berechnen Sie die kinetiche Energie eine rollenden homogenen Zylinder in Abhängigkeit der Mae und der Gechwindigkeit. (Löung: E kin = ÅÅÅÅ 3 4 m v2 ) Beipiel 4.3' (angepat) Berechnen Sie da Maenträgheitmoment eine rollenden homogenen Zylinder mit der Berührunglinie al Drehache. (Löung: I = ÅÅÅÅ 3 2 m r2 ) Beipiel 4.5 Wie gro it da erforderliche Drehmoment, um eine Schwungcheibe von 10 kg und 30 cm Durchmeer in 5.0 au dem Stilltand auf eine Drehzahl von 3000 min -1 zu bechleunigen. (Löung: M = N m) Statik Gleichgewichtarten Welche Gleichgewichtarten gibt e? Nennen Sie zwei Beipiele (Situationen), in denen diee Gleichgewichtlagen vorkommen. Standicherheit Erklären Sie die Kippmoment, Standmoment, Kippgrenze. Beipiel 5.1 Die folgenden drei Kräfte greifen in einem Punkt an: F 1 = 50 N a 1 = 0 F 2 = 36 N a 2 = 34 F 3 = 36 N a 3 = 136 Ermitteln Sie die Kraft, die dieen Kräften da Gleichgewicht hält. Löung: F = N a = º 220

4 4 Beipiel 5.3 Wie gro ind die Achlaten HF A, F B ) eine zweiachigen Güterwagen G mit 4.5 m Achabtand und 11 t Eigenmae, der mit einer Machine M von 18 t beladen it, deren Schwerpunkt 1.5 m hinter der Vorderache A liegt (iehe Bild 5.8 im Buch)? (Löung: F A = 175 N, F B = 115 kn) Aufgabe A.5.3 An einem zweieitigen Hebel (Bild A.5.2. im Buch) oll Gleichgewicht herrchen. Berechnen Sie die Kraft F 2 und die Kraft, die vom Lager auf den Hebel einwirkt (Lagerkraft F A ). Die Kraft F 1 beträgt 400 N, die Längen der Hebelarme ind l 1 = 560 mm und l 2 = 240 mm. (Löung: F 2 = 933 N, F L = 1333 N) Aufgabe A.5.5 In welchem Abtand a mu die Kraft F 2 = 200 N angreifen, damit am eineitigen Hebel (Bild A.5.4 im Buch) Gleichgewicht vorhanden it? Geben Sie Betrag und Richtung der Lagerkräfte an, wenn F 1 = 180 N, l = 720 mm und a = 40 betragen. (Löung: F L = 162 N,a = ) Aufgabe A.5.10 An der oberen Kante einer Kite mit der Mae 400 kg greift eine horizontal wirkende Kraft von 320 N an (iehe Bild A.5.8 im Buch). Beurteilen Sie die Standicherheit bezüglich der Kante K. Wie gro mu die Kraft mindeten ein, um die Kite um die Kante K zu kippen? Die angegebenen Längen ind b = 800 mm, h = 1000 mm und k = 150 mm. (Löung: = 5.76, F = 1.84 kn) Mechanik der Flüigkeiten und Gae Erklären Sie die zum tatichen Druck: Staticher Druck, Kolbendruck, Schweredruck. Beipiel 6.1 Wie gro it der Druck durch die Gewichtkraft eine Körper von 1 kg auf eine horizontale Fläche von 1 cm 2. (Löung: p = 98.1 kpa) Beipiel 6.3 Wie gro it die kapillare Steighöhe von Waer bei 20 C in einer auberen Glakapillare von 0.10 mm Durchmeer bei vollkommener Benetzung? (Löung: h = 300 mm)

5 5 Beipiel 6.4 Wie gro it der Schweredruck? a) einer Waeräule von m b) einer Queckilberäule von 760 mm Höhe Löungen: a) p = kpa b) p = kpa Beipiel 6.5 Wie gro it die Kraft, mit der der Luftdruck zwei volltändig augepumpte Halbkugeln von 36 cm Durchmeer aufeinanderdrückt? (Löung: F = 10 kn) Beipiel 6.6 Wie gro it der abolute Druck de Gae in einem Behälter, bei dem ein angechloene U-Rohr-Manometer einen Höhenunterchied de Queckilber von 43 mm anzeigt bei einem Luftdruck von 1017 hpa. (Löung: p ab = 960 hpa) Beipiel 6.12 Wie gro ind Volumentrom und mittlere Strömunggechwindigkeit in einer Waerleitung von 20 mm Durchmeer, au deren geöffnetem Ventil in 7.0 ein Volumen von 0.50 l aufliet? Löungen V = ÅÅÅÅÅÅ m3 h v = m ÅÅÅÅÅ Beipiel 6.14 Wie gro it die Gechwindigkeit v 1, mit der Flüigkeit au einer Öffnung im Abtand h unter der Flüigkeitoberfläche in einem oben offenen Behälter aufliet. (Löung: v = è!!!!!!!!!!! 2 g h ) Beipiel 6.17 (angepat) Gegeben ind kugelförmige Teilchen mit einem Durchmeer von 2.0 mm und einer Dichte von r = 2.65 g cm -3. a) Wie gro it die reultierende kontante Sinkgechwindigkeit dieer Teilchen in Waer? Gehen Sie von einer laminaren Strömung au. b) Wie gro it die Reynoldche Zahl bei dieer Sinkgechwindigkeit? Löungen: a) v = m ÅÅÅÅÅ b) Re = Beipiel 6.18 a) Wie ändert ich die erforderliche Antriebleitung eine Pkw zur Überwindung de Luftwidertande, wenn die Gechwindigkeit von 36 ÅÅÅÅÅÅÅ km km auf 72 ÅÅÅÅÅÅÅ erhöht wird? h h

6 6 b) Welchen Wert hat die Reynoldche Zahl bei 36 km ÅÅÅÅÅÅÅ h? Der Pkw hat einen Widertandbeiwert von 0.40 und eine Querchnittfläche von 2.0 m 2. Löungen: a) P = Verachtfachung = 4.14 kw b) Re = Aufgabe A.6.13 Wieviel Prozent de Volumen eine Eiberge von 0 C befinden ich unter der Oberfläche de Meerwaer? (Löung: 89.4 %) Aufgabe A.6.14 Mit welcher Kraft mu ein Granitblock mit der Mae 2.5 t und der Dichte 2.7 ÅÅÅÅÅÅÅÅ, der völlig in Waer eintaucht dm 3 und nicht am Boden aufliegt, unter Waer mit kontanter Gechwindigkeit angehoben werden? (F = 15.4 kn) kg Aufgabe A.6.36 Wie gro it der Druckverlut je 100 m Länge in einer turbulent durchtrömten Waerleitung von 100 mm Durchmeer bei einer Strömunggechwindigkeit von 3.0 m/? Der Widertandbeiwert (Druckverlutfaktor) it (Dp = 90 kp)