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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
3 3. ARBEIT, ENERGIE, LEISTUNG 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
3. Transporter: Lösung a. 7 Geg.: m 3,8t 3.800kg v 108km h 30 m s Ges.: Ekin a. Ekin 1 mv 1 3.800kg 30m s 1.710.000J 1,71MJ 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
3. Transporter: Lösung b. 8 1 b. Ekin 1 1,71MJ 0,855MJ 855.000J 1 Ekin mv v E m kin 855.000J v 3.800 kg 450m s 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 1,1m s
3. Transporter: Lösung c. 9 c. v 30m s 60m s E E Ekin kin, c kin, a 1 mv 1 3.800kg 60m s 6.840.000 J 6.840.000 J 1.710.000 J 4 E kin ändert sich mit dem Quadrat von v (E kin ~ v ) 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
3.3 Kugel: Lösung b. 1 b. m m 1 0,1kg 0,kg E v : 1 kin,1 1 1 v 1 10.017 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
3.3 Kugel: Lösung b. (II) 13 v : Ekin, v m 1,5696Nm 3,96m s 0,kg Die Geschwindigkeit verändert sich nicht. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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! 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 7.848 s 7.848J 7,848kJ 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 49.050 s 49.050J 49,05kJ 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 5m W m g h 1.000kg 9,81m s kg m 49.050 s 49.050J 49,05kJ 5m
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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
3.9 Leistung: Lösung 30 Geg.: m 50.000g 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 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
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 185.185,19 kg 185,19 knm s Die kinetische Energie ist 185,19 knm groß. Ergebnis im TR speichern, sonst Rundungsfehler! 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
3.11 Kran: Lösung 34 Berechnung der Leistung: W G h 19.60 N 15 m = 94.300 Nm = 94,3 kws W 94,3 kws P 4,905 kw t 60 s Die Leistung beträgt 4,905 kw. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann
3.1 Bergbesteigung: Lösung Berechnung der Hubarbeit: Wh G h 800 N 70 = 576.000 Nm = 576.000 J Berechnung der durchschnittlichen Leistung: P W h 576.000 J 576.000 J 30 W t 0,5 h 1.800 s Die durchschnittliche Leistung beträgt 30 W. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 36
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. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 38
3.14 Lore: Lösung Berechnung der Leistung: W P t 3.680 W 90 s 331.00 Ws = 331.00 Nm Berechnung des Gewichts: W 331.00Nm G 16.560N 16,56 kn h 0 m Das Gewicht der Lore darf 16,56 kn betragen. 10.017 Tutorium Physik 1 Einführung Großmann 40