1 Tutorium Physik 2. Rotation SS 16 2.Semester BSc. Oec. und BSc. CH
2 Themen 7. Fluide 8. Rotation 9. Schwingungen 10. Elektrizität 11. Optik 12. Radioaktivität
3 8. ROTATION
8.1 Rotation: Aufgabe (*) 4 a. Was ist der Unterschied zwischen Translation und Rotation? b. Der Weg hat die Formel s = r. Was ist bei der Berechnung für den Winkel zu beachten? c. Was ist mit der Winkelgeschwindigkeit ω gemeint? Warum wird diese verwendet? d. Was versteht man unter Drehmoment?
8.2 Bogenmaß und Gradmaß: Aufgabe (*) 7 Umdrehungen N Winkel in Grad Winkel in rad 360 3 ½ 1 0,398 1/8
8.3 Äquator: Aufgabe (**) 9 Die Erde hat einen Durchmesser von d = 12 756,34 km. a. Sie beobachten die Drehung der Erde aus dem Weltraum. Welche Strecke s legt ein Punkt am Äquator durch die Drehung der Erde an einem Tag zurück? b. Wie groß ist die Winkelgeschwindigkeit ω der Erde? c. Welche lineare Geschwindigkeit v hat ein Punkt auf der Oberfläche der Erde? Geben Sie sie in m/s und in km/h an.
12 8.4 Karussell: Aufgabe (**) Wie groß wäre die radiale Beschleunigung eines Karussells mit dem Durchmesser d = 10 m, das 25 Umdrehungen in einer Minute vollführt? Könnten Sie sich auf dem Karussell festhalten? Begründen Sie Ihre Antwort.
14 8.5 Stein im Garten: Aufgabe (**) Im Garten liegt ein Stein, der eine Masse m Stein = 260 kg besitzt. Unter dem Stein wird ein Schatz vermutet. Deswegen soll er angehoben werden. Als Unterlage für ein Brett, das Sie als Hebel benutzen können, steht ein Holzklotz zur Verfügung. Sie können maximal mit einer Masse von m Mensch = 65 kg den Hebel nach unten drücken. Der Hebelarm auf Ihrer Seite des Hebels ist d Hebel = 3 m lang. Wie weit entfernt vom Stein müssen Sie den Holzklotz platzieren?
8.6 Fahrrad: Aufgabe (**) 17 Ein Fahrrad fährt mit einer Geschwindigkeit v = 15 km/h. Die Räder des Fahrrads haben einen Durchmesser d = 72 cm. Wie viele Umdrehungen pro Minute führt ein Rad mit diesem Durchmesser bei dieser Geschwindigkeit aus?
19 8.7 Käfer: Aufgabe (**) Ein Käfer mit einer Masse m = 1 g rotiert auf der Flügelspitze einer Windkraftanlage. Der Rotor mit einem Durchmesser d = 60 m benötigt für eine Umdrehung t = 2 s. a. Mit welcher Kraft muss sich der Käfer mit seinen kleinen Käferbeinen an dem Flügel festhalten, damit er darauf sitzen bleibt? b. Welche Masse wäre erforderlich, um diese Kraft im Erdschwerefeld zu erzeugen?
22 8.8 Schleudern 1: Aufgabe (**) Eine Waschmaschine mit der Standardbreite von 60 cm schleudert die Wäsche mit 800 Umdrehungen pro Minute. Die Trommel habe einen Durchmesser d = 52 cm. a. Mit welcher Kraft wird dabei ein Wassertropfen der Masse 1 g nach außen gedrückt? b. Welche Masse besitzt dieselbe Gewichtskraft?
25 8.9 Schleudern 2: Aufgabe (**) Sie haben eine Waschmaschine mit der Standardbreite von 45 cm und einem Trommelradius r = 18,5 cm a. Um wie viel Prozent verändert sich die Schleuderkraft dieser Waschmaschine gegenüber der aus Aufgabe Schleudern 1 bei gleicher Drehzahl? b. Mit welcher Drehzahl muss diese Waschmaschine die Wäsche schleudern, damit die gleiche Kraft auf die Wäsche wirkt wie bei der Aufgabe Schleudern 1?
28 8.10 Festplatte: Aufgabe (**) Heutige Computerfestplatten haben eine Drehzahl 7.200 Umdrehungen pro Minute. Die Platten haben einen Durchmesser d = 9 cm. a. Berechnen Sie die lineare Geschwindigkeit eines Punktes auf der Außenkante der Festplatte in km/h b. Berechnen Sie die radiale Beschleunigung r des Punktes
8.11 Raumstation: Aufgabe (**) 30 Das Tourismusunternehmen "Space Touristics" will für die Internationale Raumstation (ISS) Urlaubsreisen anbieten. Die Station bewegt sich auf einer Kreisbahn mit einem Durchmesser von d = 13.000 km um die Erde. Für eine Umkreisung benötigt Sie eine Zeit T = 85 min. Die Raumstation soll eine Masse m = 100 t haben. a. Berechnen Sie die Winkelgeschwindigkeit in 1/s in wissenschaftlicher Notation mit drei Nachkommastellen b. Berechnen Sie die Zentrifugalkraft, die auf die Station wirkt. Geben Sie sie sowohl in N als auch in kn an.
32 8.12 Zentrifuge: Aufgabe (**) Eine Zentrifuge soll eine Masse m = 2 g eine Zeit t = 2 min lang zentrifugieren. Der Arm der Zentrifuge, an dessen äußeren Ende sich die Masse m befindet, soll eine Länge r = 7cm haben. a. Berechnen Sie die Zentrifugalkraft F z für eine Drehzahl n = 6.000 Umdrehungen pro Minute. Geben Sie F z in N an. b. Wie hoch ist die lineare Geschwindigkeit v der Masse in m/s.
8.13 Motor: Aufgabe (**) Beim Anlaufen erreicht ein Elektromotor nach t = 4,5 s seine Betriebsfrequenz f = 3.000/min. Berechnen Sie die Winkelbeschleunigung. 34
8.14 Rolle: Aufgabe (**) Auf der einen Seite einer Rolle, deren Masse vernachlässigt werden darf, hängt ein Körper mit der Masse m 1 = 303 g, der mit einer Schnur ein Körper mit der Masse m 2 = 300 g auf der anderen Seite verbunden ist. Berechnen Sie die Beschleunigung in cm/s². m 1 m 2 36
8.15 Radfahrer: Aufgabe (**) Ein Radfahrer beobachtet, dass das Vorderrad mit dem Durchmesser d = 60 cm in der Zeit t = 1 s eine Umdrehungszahl n = 2 ausführt. Wie groß ist seine Geschwindigkeit in km/h? 39