Krummlinige Bewegungen

Ähnliche Dokumente
2.2 Arbeit und Energie. Aufgaben

2.2 Arbeit und Energie. Aufgaben

Physik I Musterlösung 2

Physik für Biologen und Zahnmediziner

Übungen zur Vorlesung PN1 Lösung zu Blatt 5

Betrachtet man einen starren Körper so stellt man insgesamt sechs Freiheitsgrade der Bewegung

Solution V Published:

3. Kreisbewegung. Punkte auf einem Rad Zahnräder, Getriebe Drehkran Turbinen, Hubschrauberrotor

Gleichförmige Kreisbewegung, Bezugssystem, Scheinkräfte

Physik für Biologen und Zahnmediziner

1 Die drei Bewegungsgleichungen

F r = m v2 r. Bewegt sich der Körper mit der konstanten Winkelgeschwindigkeit ω = 2π, T

PN1 Einführung in die Physik für Chemiker 1 Prof. J. Lipfert

Leistungskurs Physik A40/Q1. Dienstag, den , 3. Block

Ergänzungsübungen zur Vorlesung Technische Mechanik 2 Teil 2 -Kinematik und Kinetik-

Wiederholung Physik I - Mechanik

Massenträgheitsmomente homogener Körper

3. Kreisbewegung. Punkte auf einem Rad Zahnräder, Getriebe Drehkran Turbinen, Hubschrauberrotor

Kinematik von Punktmassen. Aufgabe 1. Die durchschnittliche Geschwindigkeit eines Elfmeters im Fußball ist 120 km/h.

Physik GK ph1, 2. KA Kreisbew., Schwingungen und Wellen Lösung

Fallender Stein auf rotierender Erde

Parameterdarstellung einer Funktion

Grundwissen. Physik. Jahrgangsstufe 10

Übungen zur Theoretischen Physik I: Mechanik

Rotierende Bezugssysteme

Experimentalphysik E1

1. Zeichnen Sie das v(t) und das a(t)-diagramm für folgende Bewegung. 3 Der Körper fährt eine Strecke von 30 m mit seiner bisherigen

8.1 Gleichförmige Kreisbewegung 8.2 Drehung ausgedehnter Körper 8.3 Beziehung: Translation - Drehung 8.4 Vektornatur des Drehwinkels

2. Kinematik. Inhalt. 2. Kinematik

2. Kinematik. Inhalt. 2. Kinematik

c) Um etwa wie viel muss die Leistung des Motors erhöht werden, um die Höchstgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu verdoppeln?

2. Kinematik. Inhalt. 2. Kinematik

2.4 Stoßvorgänge. Lösungen

Klausur 3 Kurs 11Ph1e Physik

1.1 Eindimensionale Bewegung. Aufgaben

Lösung Serie 3 (Modellieren (SIMULINK + MATLAB))

Grundbegriffe zur Beschreibung von Kreisbewegungen

Bayern Musterlösung zu Klausur A 1

Probeklausur zur T1 (Klassische Mechanik)

Stärkt Euch und bereitet Euch gut vor... Die Übungsaufgaben bitte in den nächsten Tagen (in Kleingruppen) durchrechnen! Am werden sie von Herrn

Übungen zu Experimentalphysik 2

Die Aufgaben sind nicht nach Schwierigkeitsgrad, sondern thematisch geordnet. Setzen Sie Zahlen, sofern verlangt, nur am Ende einer Herleitung ein.

Übungen zu Physik 1 für Maschinenwesen

9. Übungsblatt zur VL Einführung in die Klassische Mechanik und Wärmelehre Modul P1a, 1. FS BPh 8. Dezember 2009

Vordiplomsklausur in Physik Mittwoch, 23. Februar 2005, :00 Uhr für den Studiengang: Mb, Inft, Geol, Ciw

Newtonsche Gesetze. Lösung: a = F m =

Theoretische Physik I Mechanik Blatt 1

E1 Mechanik Lösungen zu Übungsblatt 2

2. Kinematik. 2.1 Modell Punktmasse

Erklärungen, Formeln und gelöste Übungsaufgaben der Mechanik aus Klasse 11. von Matthias Kolodziej aol.com

Vordiplomsklausur Physik

Wiederholung der letzten Stunde vom : Kinematik

Prüfungshinweise Physik. 1. Prüfungstermine: 2. Bearbeitungszeit: 3. Anzahl und Art der Aufgaben: 4. Zugelassene Hilfsmittel:

Allgemeine Bewegungsgleichung

Hinweis: Geben Sie für den Winkel α keinen konkreten Wert, sondern nur für sin α und/oder cos α an.

Bewegung in Systemen mit mehreren Massenpunkten

Physikalische Grundlagen

Lösung VII Veröffentlicht:

Physikunterricht 11. Jahrgang P. HEINECKE.

Praktikumssemesterarbeit für Numerik Aufgabe 1 HU-Berlin, Sommersemester 2005

Kapitel 2. Kinematik des Massenpunktes. 2.1 Einleitung. 2.2 Massenpunkt. 2.3 Ortsvektor

Geozentrisches und heliozentrisches Weltbild. Das 1. Gesetz von Kepler. Das 2. Gesetz von Kepler. Das 3. Gesetz von Kepler.

Physik LK 12, 2. Kursarbeit Magnetismus Lösung A: Nach 10 s beträgt ist der Kondensator praktisch voll aufgeladen. Es fehlen noch 4μV.

2. Translation und Rotation

Lösungen zu Übungsblatt 4

Schiefe Ebene / Energieerhaltung

Höhenenergie, kinetischen Energie, Spannenergie, Energieerhaltung

Übung zu Mechanik 3 Seite 7

Probeklausur zur Theoretischen Physik I: Mechanik

Die Entwicklung des Erde-Mond-Systems

Übung zu Mechanik 3 Seite 36

1.2 Räumliche Bewegung. Aufgaben

Übungen Theoretische Physik I (Mechanik) Blatt 7 (Austeilung am: , Abgabe am )

Übungsblatt 5 -Reibung und Kreisbewegung Besprechung am

2. Klausur zur Theoretischen Physik I (Mechanik)

1. Probe - Klausur zur Vorlesung E1: Mechanik

Formelsammlung: Physik I für Naturwissenschaftler

B.1 Lösungsskizzen der Übungsaufgaben zum Kapitel 1

Lösungen zu den Übungen zur Newtonschen Mechanik

Sonne. Sonne. Δ t A 1. Δ t. Heliozentrisches Weltbild. Die Keplerschen Gesetze

1. Eindimensionale Bewegung

Grundlagen der Physik 1 Lösung zu Übungsblatt 6

PW2 Grundlagen Vertiefung. Kinematik und Stoÿprozesse Version

v = x t = 1 m s Geschwindigkeit zurückgelegter Weg benötigte Zeit x t Zeit-Ort-Funktion x = v t + x 0

Aufgabenblatt Lernfeld 1 Grundlagen Physik und Chemie. Übungsaufgaben. Bewegungsformen

Spezialfall m 1 = m 2 und v 2 = 0

Musterlösung 2. Klausur Physik für Maschinenbauer

Grundlagen der Physik 2 Lösung zu Übungsblatt 6

+m 2. r 2. v 2. = p 1

Klausur 2 Kurs 12Ph3g Physik

Übung. Geradlinie gleichförmige und gleichmäßige Bewegung, Freier Fall, Senkrechter Wurf

Aufgabe Max.Pkt. Punkte Visum 1 Visum Total 62

Vordiplomsklausur Physik

Liebe Schülerin, lieber Schüler,

3. Erhaltungsgrößen und die Newton schen Axiome

O. Sternal, V. Hankele. 4. Magnetismus

Transkript:

Krulinige Bewegungen 1. Markus steht a Gipfel eines Berges. Er tritt it de Fuß auf einen Stein (=75g), der daraufhin über die Gipfelfläche schlittert und it einer Horizontalgeschwindigkeit von 1,5 über eine fast vertikale, 250 hohe Felswand hinausfliegt. s Lösung: (a) 11 (a) In welche Abstand kot der Stein a Fuß der Nordwand auf? (b) Wie groß ist seine Auftreffgeschwindigkeit? Skizziere die Bahnkurve des Steins. (c) Für eine genauere Untersuchung der Bewegung uss an den Luftwiderstand berücksichtigen. i. Trage bei einer Höhe von 125 die Richtung der Geschwindigkeit und der Luftwiderstandkraft ein. ii. Wie verändert sich die Luftwiderstandkraft vo wegkicken bis zur Landung des Steins. iii. Wie verändert sich die Bahnkurve, wenn an den Luftwiderstand berücksichtigt. (b) 70 s (c) i. F L und v tangential zur Bahnkurve ii. F L steigt, da v steigt, Richtung ändert sich (wird vertikaler) iii. Abweichung von Parabelfor; Flugweiter verkürzt sich 2. Nebenstehend ist der waagrechte Wurf einer Kugel durch Überlagerung von Moentaufnahen dargestellt. ie Bilder je zweier benachbarter Kugeln wurden jeweils in eine zeitlichen Abstand von 0,50 s aufgenoen. 5,0 10 y 4,0 8,0 12 16 20 x (a) Welche Geschwindigkeit hat die Kugel in x Richtung? (b) Welche Geschwindigkeit in y Richtung hat die äußerst rechts unten dargestellte Kugel? 15 20 25 30 Lösung: (a) 8,0 s (b) 25 s 1

3. Ein Körper der Masse 0,50kg bewegt sich auf einer kreisförigen Bahn it einer Geschwindigkeit vo konstanten Betrag 4,0 s entgegen de Uhrzeigersinn. ie Zeichnung ist i Maßtab von 1 : 100 angefertigt. Trage in die nebenstehende Zeichnung sowohl die Richtung als auch den Betrag der Geschwindigkeit, der Zentripetalbeschleunigung und der Zentripetalkraft aßtabsgetreu i Punkt P der Kreisbahn ein. Beschrifte die Größen entsprechend. Wähle dabei 1 c für 1 s, 2 s s s 2 bzw. 2N. M P Lösung: v a M F P 4. In de Jaes Bond Fil,,Moonraker Streng Gehei,,testet 007 den Schwerkraftsiulator des Bösewichts Sir Hugo rax. Bei einer Belastung von 15 g, d.h. dass Jaes Bond it de 15 fachen seines Körpergewichts gegen die Wand des Siulators gedrückt wird, zieht er die,,notbrese und stoppt die Rotation des Siulators durch einen Pfeilschuss. Mit welcher Frequenz und it welcher Bahngeschwindigkeit bewegt sich 007? Schätze dabei den Radius der Kreisbahn auf der sich der Geheiagent bewegt ab. 2

Lösung: Mit der Abschätzung 20 für den Radius der Kreisbahn folgt v 2 r = 15g v = 15rg = 54,2494239601 s = 54 s 195 k h v = 2πrf f = v 2πr = 1,4Hz 5. Ein Körper beschreibt eine kreisförige Bahn, bei der er in gleichen Zeitabschnitten jeweils gleiche Wegabschnitte zurücklegt. In dieser Hinsicht könnte an die Bewegung als gleichförig bezeichnen. Wieso spricht an bei einer solchen Bewegung trotzde von einer beschleunigten Bewegung? Lösung: er Betrag der Geschwindigkeit ist zwar konstant, aber die ihre Richtung ändert sich fortwährend. 6. Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich ein Punkt (a) a Äquator, (b) an der Wetterstation auf der Zugspitze (geografische Breite 47 25 20 Nord) u die Rotationsachse der Erde, wenn wir davon ausgehen, dass die Erde eine Kugel vo Radius r = 6378k ist. Lösung: (a) 2πr E 24h = k 1,7 103 h (b) 2πr Ecos47 25 20 = 1,5 10 3 k 24h h Zugspitze r E cos r E r E 3

7. Ein Körper beschreibt eine kreisförige Bahn, bei der er in gleichen Zeitabschnitten jeweils gleiche Wegabschnitte zurücklegt. In dieser Hinsicht könnte an die Bewegung als gleichförig bezeichnen. Wieso spricht an bei einer solchen Bewegung trotzde von einer beschleunigten Bewegung? Lösung: er Betrag der Geschwindigkeit ist zwar konstant, aber die ihre Richtung ändert sich fortwährend. 8. Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich ein Punkt (a) a Äquator, (b) an der Wetterstation auf der Zugspitze (geografische Breite 47 25 20 Nord) u die Rotationsachse der Erde, wenn wir davon ausgehen, dass die Erde eine Kugel vo Radius r = 6378k ist. Lösung: (a) 2πr E 24h = k 1,7 103 h (b) 2πr Ecos47 25 20 = 1,5 24h 10 3 k h Zugspitze r E cos r E r E 4

9. Seit 1989 ist der Olypia-Looping eine Attraktion auf der Wiesn. er urchesser der Bahn beträgt 20. er Zug durchfährt die Punkte A, B, C,, E, F, B und G in der angegebenen Reihenfolge. (a) Welche Geschwindigkeit uss der Zug in B besitzen, dait er den höchsten Punkt F erreicht? er Konstrukteur gibt an, dass Spitzengeschwindigkeiten von nahezu 100kh 1 erreicht werden. Wieso ist dieser WertgrößeralsderindieserAufgabe berechnete? A F B M E C G (b) Welche Richtung und welchen Betrag hat die Geschwindigkeit des Zuges, wenn die i Punkt F nötige Zentripetalkraft vollständig von der Gravitationskraft aufgebracht wird? Vergleiche dein Ergebnis it de aus der vorangegangen Aufgabe. Welche Schlussfolgerung kannst du daraus ziehen? (c) Berechne den Betrag der Beschleunigung, die i Punkt B bei Verlassen des Kreises auf den Fahrgast wirkt in Vielfachen der Fallbeschleunigung. Vergleiche den von dir errechneten Wert it de vo Konstrukteur angegebenen Wert von circa 5,2 g für die axiale Beschleungigung, die der Fahrgast erfährt. (d) Wie ändert sich der Anteil der Graviationskraft an der Zentripetalkraft bei der Bewegung von B über C und nach E? Lösung: (a) v = 2gd = 20 s Aufgrund von Reibung und Luftwiderstand entstehen Energieverluste, so dass der Zug den höchsten Punkt nicht erreichen und abstürzen würde. gd (b) v = 2 = 20 s = 9,9 s ie Geschwindigkeit ist stets tangential bezüglich der Kreisbahn. as ist die Hälfte der in vorigen Teilaufgabe errechneten Geschwindigkeit. Also ist es nicht öglich, dass die gesate Zentripetalkraft nur von der Gravitationskraft aufgebracht wird. (c) a Z = v2 r + g = 2gd r + g = 5g. ieser Wert stit,,recht gut it de angegeben Wert überein. (d) urch eine Zerlegung der Gravitationskraft in die Tangential und Radialkoponente findet an, dass der Anteil fortwährend zunit. Von B nach drückt die Radialkopontente der Gravitationskraft auf die Fahrbahn und von nach F wird die Kraft it der der Zug auf die Fahrbahn gedrückt wird durch die Radialkoponente verindert. 10. Woher weiß an welche Masse die Erde hat und welche die Sonne? 5

Lösung: Erdasse M: g = G M re 2 M = gr2 E G, dabei ist der Wert einer beliebigen Masse, und r E der Erdradius, sowie wie G die Gravitationskonstante und g die Fallbeschleunigung an der Erdoberfläche. SonnenasseM :ie Gravitationskraft zwischen ErdeundSonneliefertdiefürdie(näherungsweise) Kreisbewegung der Erde u die Sonne nötige Zentripetalkraft. Soit lässt sich aus G M E M r 2 = M E ω 2 r der Wert M für die Masse der Sonne berechnen, wobei die Gravitationskonstante G, die Masse der Erde M E und der Abstand Erde Sonne r bekannt sein üssen (ω ist die Winkelgeschwindigkeit für die Bewegung der Erde u die Sonne). 11. Ein auf eine Hochhausdach in Bedrängnis geratener Spion versucht sich durch einen Sprung über die s = 12,0 breite Straßenflucht auf das u h = 5,00 h tiefer gelegene ach des Nachbarhauses zu s retten. Gehe davon aus, dass es sich bei de Verfolgten u einen guten Sprinter handelt (100 in 10,0 s) und untersuche die Erfolgsaussichten seines Vorhabens. eine Ergebnisse sind durch Zeichnungen und Rechnungen zu belegen, der Luftwiderstand darf vernachlässigt werden. Lösung: Mit v 0 = 10 s, v x0 = v 0 cos und v y0 = v 0 sin folgt für die Sprungdauer t: y(t) = h+(v 0 sin) t g 2 t2 = 0 y v 0 h it der Lösung t = 1 g [ ] v 0 sin ( ) + 2gh+(v0 sin) 2 s w x ie Weite des Sprungs ist w = (v 0 cos) t = v 0cos g [v 0 sin+ 2gh+(v 0 sin) 2 ] 0 10 11 20 30 40 45 10,1 11,8 12,0 13,3 14,2 14,2 13,9 w 6

12. Ein Zirkusartist ( lebende Kanonenkugel ) der Masse = 68,0kg lässt sich von einer Federkanone in die Höhe schießen. ie Feder der Härte = 1600 N wird dabei u d = 2,50 zusaengedrückt (siehe Abb.). Berechne die Mündungsgeschwindigkeit v 0 und die axiale Höhe h des Artisten über der Mündung der Kanone für d v 0 (a) d (b) v 0 (a) eine senkrecht stehende Kanone (b) eine u = 60 gegen die Horizontale geneigte Kanone. Versuche auch (b) it de Energiesatz zu lösen. Überlege dir zuerst, welche Geschwindigkeit v 1 der Artist i höchsten Punkt seiner Flugbahn hat. u kannst auch (a) als Spezialfall von (b) behandeln! Lösung: (a) 2 d2 = 2 v2 0 +gd = v 0 = v y0 d 2 2gd = 9,90 s 2 d2 = g(h+d) = h = d2 d = 7,50 2,50 = 5,00 2g ( ) ( ) ( ) vx0 v0 cos vx0 (b) v 0 = =, v v 0 sin 1 = 0 2 d2 = 2 v2 0 +gdsin = d 2 v 0 = 2gdsin = 10,2 s 2 v2 0 = gh+ 2 v2 x0 = h = v2 0 v2 x0 2g h = 4,00 = v2 0 (1 cos2 ) 2g = v2 0 sin2 2g ie Ergebnisse von (a) erhält an it = 90. v 0 v x d v 0 v y dsin v 1 h 13. ie linke untere Abbildung zeigt eine rotierende Scheibe von oben. abei steht die Rotationsachse senkrecht auf der Scheibe und geht durch den Punkt. ie rehfrequenz wird so eingestellt, dass sich ein zylindrischer Körper K gerade noch auf der gestrichelten Linie bewegt. Bei einer Erhöhung der Frequenz wird K nach außen getragen. Nun wird die Scheibe, wie rechts unten abgebildet, u den Winkel α gegen die horizontale geneigt. er Körper K beginnt gerade dann zu rutschen, wenn der Neigungswinkel α der Scheibe 35 beträgt. Berechne die Frequenz it der sich die Scheibe gedreht hat. 7

K 10c K α Blick von der Seite Blick von oben Lösung: Haftreibungskoeffizient µ H = tan35 = 0,70; rehfrequenz f = 1 H g 2π r = 1,3Hz. 14. Vo Punkt A springt ein Stuntan it einer (Horizontal )Geschwindigkeit von 30 k h voneine50hohenhochhausab. A 30 k h (a) In einer Entfernung von 100 vo Punkt B befindet sich ein Lastwagen i Punkt C, dessen Länge und Höhe vernachlässigt werden dürfen. er Lastwagen fährt in Richtung des Punktes B it einer Geschwindigkeit von 60 k. Begründe durch eine h Rechnung, dass der Stuntan nicht auf de Lastwagen landen wird. (b) Welche Beschleunigung uss der Lastwagen haben, dait der Stuntan auf de LKW landet? 50 B Straße 100 60 k h C 2h Lösung: (a),,fallzeit des Stuntan: h = 1 2 gt2 t = g = 3,2s. Stuntan und Lkw begegnen sich it einer Relativgeschwindigkeit vo Betrag 90 k h = 25 s. Bei Auftreffen auf de Boden ist der Stuntan 100 25 s 3,2s = 80 vo Lastwagen entfernt. (b) ait der Stuntan auf de Lastwagen landen kann uss dieser die fehlenden 20 durch eine Beschleunigung,,kopensieren. 1 2 a (3,2s)2 = 20 a = 40 (3,2s) 2 = 4,0 s 8 2

. 9