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PN1 Einf¨uhrung in die Physik f¨ur Chemiker 1
Prof. J. Lipfert
WS 2014/15
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Ubungsblatt
4
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Ubungsblatt
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Besprechung am 04.11.2014
Aufgabe 1
Schiefer Schuss
Du befindest dich auf einem H¨
ugel und schießt aus einer H¨ohe von 42 m (y-Richtung)
auf einen Hasen, welcher 200 m (x-Richtung) enfernt eine Karotte isst. Du hast ein Gewehr mit einem Lauf der L¨ange 55 cm. Die Kugel wird, im Lauf, mit 987,65 km/s 2 beschleunigt. (Die Gravitationskraft wird in Teilaufgaben a), b) und c) vernachl¨assigt).
a) Wie schnell ist die Kugel, wenn sie den Lauf verl¨asst?
b) Wie lange dauert es, bis die Kugel ihr Ziel erreicht?
c) Teilen Sie die Geschwindigkeit in x- und y-Komponenten auf und berechnen Sie
den eingeschlossenen Winkel.
d) Ber¨
ucksichtigen wir nun die Gravitationskraft. Wie groß ist die Endgeschwindigkeit in y-Richtung? (Hinweis: Benutzen Sie die p-q-Formel um die Zeit t zu bestimmen).
Aufgabe 2
Gewicht und Masse
In einem Aufzug m¨ochte sich ein Mann der Masse m = 75 kg wiegen. Die Skala auf
der Waage zeigt Gewichtseinheiten.
a) Die Anzeige der Waage a¨ndert sich je nach Beschleunigung des Aufzuges. Geben Sie einen allgemeinen Ausdruck f¨
ur die Anzeige der Waage an, die f¨
ur alle
Bewegungen des Aufzuges gilt.
¨
b) Was ist der Unterschied zwischen Masse und Gewicht? (Uberlege
dir hierzu, wie
groß die Masse und das Gewicht von dem Mann auf der Erde und auf dem Mond
sind.)
c) Was zeigt die Waage an, wenn der Aufzug steht? Wenn er sich mit konstanter
Geschwindigkeit v = 0,7 m/s auf bzw. ab bewegt? Wenn er sich mit einer Beschleunigung von 2,8 m/s 2 auf bzw. ab bewegt?
1
Aufgabe 3
Kr¨
aftegleichgewicht am Bilderhaken
Ein großes Bild wiege 5 kg und sei an einem Haken in
der Mitte des Rahmens an zwei Dr¨ahten aufgeh¨angt.
Damit das ganze auch nach moderner Kunst aussieht, ist die Aufh¨angung nicht symmetrisch. Auf die
Dr¨ahte wirken dabei die Zugkr¨afte Z1 , Z2 . Welchen
Zugkr¨aften m¨
ussen die Dr¨ahte standhalten?
Tipp: cos(60◦ ) = sin(30◦ ) =
sin(60◦ ) = cos(30◦ ) =
1
2
√
3
2
Aufgabe 4
Hooksches Gesetz, Kraft und Beschleunigung in der Ebene
Im Folgenden wird ein Auto der Masse mA = 1200 kg betrachtet. Die Ebenen werden
als reibungsfrei angenommen und die Umlenkrolle sowie das Seil d¨
urfen als masselos
angenommen werden.
a) In der Abbildung rechts ist das Auto u
¨ber ein Seil
mit einem Felsblock der Masse mF = 350 kg verbunden, der es nach unten zieht. Das Auto befindet sich zu Beginn des Experiments in Ruhe. Berechnen Sie die Geschwindigkeit des Autos nach 7
Meter Beschleunigung.
b) Eine unbelastete Feder der L¨ange x0 = 15 cm wird
bei einer Belastung von F1 = 0,60 N auf die L¨ange
x1 = 25 cm gedehnt. Berechne die Federh¨arte k der
Feder.
c) Berechne, mit welcher Kraft F2 man an der Feder aus b) ziehen muss, damit sie
dann eineinhalb mal so lang ist wie im unbelasteten Fall.
d) An eine Feder mit der Federkonstante k = 36 kN /dm wird nach einander das Auto
und der Felsblock geh¨angt. Wie groß ist die Auslenkung ∆x der Feder jeweils, wenn
die Feder unbelastet 60 cm lang ist?
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