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Universit¨at des Saarlandes
Fakult¨at 7 – Physik und Mechatronik
Fachrichtung 7.2 – Experimentalphysik
Prof. Dr. R. Seemann/ M. Schaber/ C. Herrmann
Geb¨
aude E 2.9, Zi. 4.06 / 4.10 / 3.10
Mail: marc.schaber@physik.uni-saarland.de
Mail: carsten.herrmann@physik.uni-saarland.de
Web: http://www.uni-saarland.de/fak7/seemann/
Saarbr¨
ucken, 28. Oktober 2014
¨
Ubungen
zur Vorlesung Experimentalphysik I WS 2014/2015
Blatt 2
Aufgabe 2.1.
Aristarch von Samos (310-250 v. Chr.) bestimmte den Abstand der Erde zur Sonne wie folgt: Er nahm als
Beobachter auf der Erde den Halbmond unter einem Winkel von 87◦ zur Sonne wahr.
a) Was ist das Besondere an der Halbmondsituation? Fertigen Sie eine Skizze der Geometrie an. Berechnen
Sie hiermit das Verh¨
altnis des Abstandes Erde-Mond zum Abstand Erde-Sonne.
b) Wie ist es m¨
oglich den Abstand Erde-Mond durch Triangulierung zu bestimmen? Fertigen Sie eine
Skizze an.
c) Bei einer totalen Sonnenfinsternis verdeckt der Mond die Sonne exakt. Welche Aussage kann man
dadurch u
altnis der Durchmesser beider Himmelsk¨orper machen? Fertigen Sie eine Skizze
¨ber das Verh¨
an.
Aufgabe 2.2.
Gegeben sind die folgenden Kurven r = r(φ) in Polarkoordinaten. Zeichnen Sie jeweils die Kurven und
berechnen Sie die eingeschlossenen Fl¨
achen f¨
ur einen gesamten Umlauf. Achten Sie auf die Definitionsbereiche
der Kurven.
a) r = R = const.
b) r = a ·
c) r = φ
cos(2φ) mit cos(2φ) ≥ 0
Aufgabe 2.3.
In Dillingen f¨ahrt ein Personenzug in Richtung Beckingen ab. Im gleichen Moment f¨ahrt ein G¨
uterzug in
Richtung Dillingen durch Beckingen. Der Personenzug f¨ahrt mit der Geschwindigkeit vD , der G¨
uterzug mit
der Geschwindigkeit vB . Dillingen und Beckingen liegen die Strecke ∆S auseinander.
a) Wie weit von Dillingen entfernt begegnen sich die Z¨
uge auf der zweigleisigen Strecke? L¨osen Sie diesen Aufgabenteil sowohl graphisch als auch rechnerisch. Wie lange sind die beiden Z¨
uge zu diesem
Zeitpunkt unterwegs? Welcher Spezialfall ergibt sich f¨
ur vB = vD ?
b) Der aus Dillingen kommende Zug muss seine Geschwindigkeit aufgrund einer Baustelle in der Mitte der
Strecke halbieren und darf sie bei 3/4 der Strecke wieder auf den Anfangswert erh¨ohen. Zeichnen Sie ein
v − s-Diagramm. Berechnen Sie die mittlere Geschwindigkeit. Leiten Sie hierzu zun¨achst eine Formel
f¨
ur die mittlere Geschwindigkeit bei einer beliebigen Geschwindigkeitsverteilung u
¨ber eine gegebene
Strecke her.
c) Berechnen Sie mit den Ergebnissen aus Teil b), mit welcher Geschwindigkeit der Zug das letzte Viertel
der Strecke fahren m¨
usste um die in der Baustelle verlorene Versp¨atung aufzuholen?
d) Wo treffen sich die Z¨
uge, wenn sich der Zug aus Dillingen an alle Geschwindigkeiten wie in Teil b)
beschrieben h¨
alt und der Zug aus Beckingen mit der konstanten Geschwindigkeit vB f¨ahrt? L¨
osen Sie
auch diesen Aufgabenteil graphisch und rechnerisch.
Aufgabe 2.4.
Nachbars Lumpi sieht am anderen Ufer eines Flusses, der mit der konstanten Geschwindigkeit vF entlang
der x-Richtung str¨
omt, einen verletzten Hasen liegen und denkt LECKER!.
a) Wie durchschwimmt Lumpi den Fluss der Breite B (entlang der y-Richtung), wenn er sich schlau
anstellt, d.h. m¨
oglichst kurz im Wasser bleiben will, bzw. wie durchschwimmt er den Fluss, wenn er sich
dumm anstellt, d.h. seine Beute auf direktem Wege erreichen will? Lumpi kann mit der Geschwindigkeit
vL schwimmen.
b) Hat Lumpi immer die freie Wahl seiner Taktik? Diskutieren Sie seine Erfolgsaussichten in Abh¨
angigkeit
des Verh¨altnisses α = vF /vL .
Aufgabe 2.5. Pr¨
asenzaufgabe
¨
Die Pr¨asenzaufgaben werden in der Ubung
verteilt und dort von den Studenten bearbeitet.
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Gesundheitswesen
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