Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

48 Eine Silvesterrakete wird mit 60m/s nach oben geschossen, sie ex- plodiert im höchsten Punkt. Ein weit entfernter Zuschauer hört den Knall 6 s, nachdem er das Licht gesehen hat. Wie hoch war die Rakete, und wie weit war der Zuschauer entfernt? (Schallgeschwindigkeit bei 0 °C : 331m/s ) 49 In Filmen kann man gelegentlich den Sprung eines Fahrzeugs von einer Brücke oder Rampe bewundern. Ein Motorrad springt von einer 10m hohen Rampe mit 100 km/h ab. a) In welcher ungefähren Entfernung vom Fußpunkt der Rampe trifft das Fahrzeug auf? b) Wie groß ist die Geschwindigkeit beim Aufprall? 50 Ein Transportflugzeug fliegt mit einer Geschwindigkeit von 750 km/h in einer Höhe von 10 000m und soll ein Versorgungspaket in ein angegebenes Ziel werfen. Wie weit vor dem Ziel muss das Paket abgeworfen werden? (Luftwiderstand vernachlässigen) 51 Wie groß sind die Winkelgeschwindigkeiten a) des Sekundenzeigers, b) des Minutenzeigers und c) des Stundenzeigers einer Uhr? 52 Die Erde führt zwei Drehbewegungen aus: Rotation um ihre Achse und Umlauf um die Sonne. Wie groß sind die entsprechenden Winkelge- schwindigkeiten? 53 Der Mond bewegt sich annähernd auf einer Kreisbahn ( r = 384 000 km ) um die Erde und benötigt dafür ungefähr 28 Tage . Wie groß ist die Bahngeschwindigkeit und wie groß ist die Beschleunigung in radialer Richtung? 54 Eine Wäschetrommel dreht sich beim Schleudern 1200 - mal in der Minute. Welche Beschleunigung erfährt ein Wassertropfen am Trom- melrand, der von der Drehachse 24 cm entfernt ist? Vergleiche mit der Erdbeschleunigung g ! 55 Wie rasch bewegt sich ein Ort am Äquator aufgrund der Erdrota- tion? Wie groß ist die Beschleunigung an diesem Ort? Um welchen Bruchteil seines Gewichts wird ein Körper dort leichter als am Nord- pol? 56 Ein Stein ( m = 0,3 kg ) ist an eine 50 cm lange Schnur gebunden und wird mit wachsender Geschwindigkeit in einer waagrechten Ebene im Kreis herumgeschleudert. Bei welcher Geschwindigkeit reißt die Schnur, wenn sie 15N aushält? 57 Eine Milchkanne ( m = 0,5 kg ) wird in einem lotrechten Kreis mit dem Radius r = 1m geschwungen. Wie groß muss die Geschwindigkeit im höchsten Punkt mindestens sein, damit keine Milch ausfließt? 58 Berechne mit Hilfe des 3. Keplerschen Gesetzes die Masse der Sonne. Energie 59 Der Hochsprungweltrekord von Javier Sotomayor ( 1,93m groß, 80 kg schwer) liegt seit 1993 bei 2,45m . Welche Hubarbeit verrichtete er bei sei- nem Rekordsprung? Der Sportler muss seinen Schwerpunkt, der etwa in halber Körperhöhe lokalisiert ist ( 96 cm über dem Erdboden), beim sog. Fosbury-Flop praktisch auf Lattenhöhe heben. 60 Wie groß ist die Arbeit einer Pumpe, die 1 000m 3 Wasser 400m hoch befördert? Gib die Antwort in J und in kWh . 61 Ein Auto mit der Masse von ca. 900 kg beschleunigt von 50 km/h auf 100 km/h . Welche Beschleunigungsarbeit muss der Motor aufbringen? (Von Reibung soll abgesehen werden!) 62 Ein Hundeschlitten wird mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h auf ei- ner horizontalen Spur zwei Stunden lang gezogen. Die Zugkraft in Rich- tung der waagrecht liegenden Zugseile beträgt 120N . Wie groß ist die ver- richtete Arbeit? Was geschieht mit der übertragenen Energie? 63 Ein Bergsteiger ( m = 70 kg ) besteigt von Heiligenblut ( 1 279m ) aus den Großglockner ( 3789m ). Wie groß ist die dabei verrichtete Arbeit? 64 Die Leistung wird heute noch manchmal in PS (Pferdestärke) ange- geben. Mit 1 PS bezeichnet man jene Leistung, die notwendig ist, um in 1 s einen Körper mit 75 kg Masse 1m hochzuheben. Wieviel kW entsprechen 1 PS ? 65 Eine Person ( m = 65 kg ) steigt eine Treppe hinauf. Sie gewinnt dabei 1m Höhe in 3 Sekunden . Wie groß ist ihre mittlere Leistung? Die Geschoß- höhe in modernen Wohnhäusern ist etwa 3m . Welche Arbeit würde sie beim Weg vom Erdgeschoß in den 2. Stock verrichten? 66 Über den Niagarafall fließen pro Sekunde im Mittel 4 · 10 3 m 3 Wasser und stürzen ca. 50m in die Tiefe. Bis zu 90 % der Wassermenge werden nachts auf Kraftwerksturbinen geleitet. Wie viel Leistung (in MW ) wird genutzt? 67 Ein Auto ( m = 900 kg ) soll innerhalb von 12 Sekunden eine Geschwin- digkeit von 90 km/h erreichen. a) Mit welcher Beschleunigung muss es anfahren? b) Welche Kraft muss der Motor dabei aufbringen? c) Welche Leistung gibt der Motor ab, wenn beim Beschleunigungsvor- gang folgende Geschwindigkeiten durchlaufen werden: 18 km/h , 36 km/h , 72 km/h ? (Reibung und Luftwiderstand sollen außer Betracht bleiben.) 68 Der Fahrwiderstand eines PKW betrage etwa 320N bei einer Fahrge- schwindigkeit von 54km/h . Welche Leistung muss der Motor aufbringen, damit eine konstante Geschwindigkeit gehalten werden kann? 69 Welche Leistung vollbringt ein Radfahrer, der zur Bewältigung einer Bergstrecke mit 1 200m Höhendifferenz 1 : 15h braucht? Das Rad wiegt 50N , der Mann 700N . 70 Mit welcher durchschnittlichen Geschwindigkeit bewegen sich Luftmo- leküle? Die gesamte Bewegungsenergie von 1m 3 Luft beträgt ca. 1,5 · 10 5 J . (Dichte der Luft: 1,2 kg/m 3 bei 20 ° C .) 71 Wieviel Energie speichert ein Stausee, der 1 250m über den Turbinen liegt und ca. 3 · 10 6 m 3 Wasser enthält? 72 Eine Gewitterwolke befindet sich 1 000m über dem Erdboden. Aus ihr fallen Hagelkörner mit 2 cm Durchmesser und führen zu Schäden an Pflanzen und Autos. a) Welche potenzielle Energie hatte jedes Hagelkorn? b) Welche Geschwindigkeit hätte es ohne Luftwiderstand erreicht? c) Die tatsächliche Geschwindigkeit beträgt für solche Hagelkörner 20m/s : Welcher Teil der Energie wurde durch Reibung „verbraucht“? ( ή Eis = 920 kg/m 3 ) 73 Ist es in der Energiebilanz gleichgültig, ob man ein Auto von 0 auf 50 km/h oder von 50 auf 100 km/h beschleunigt? Wie verhalten sich die jeweiligen Energiebeträge? 74 Ein Radfahrer kommt mit 10m/s an eine abschüssige Straße. Er fährt ohne zu bremsen hinunter, wobei er 5m Höhe verliert. Unten stößt er auf ein Hindernis. (Von Reibung und Luftwiderstand werde abgesehen.) a) Mit welcher Geschwindigkeit prallt er auf das Hindernis? b) Aus welcher Höhe hätte der Radfahrer frei herabfallen müssen, um mit der gleichen Geschwindigkeit aufzutreffen? 75 Ein Fußball ( m = 0,45 kg ) wird mit 15m/s abgeschossen. Welche Ar- beit ist dazu erforderlich? Wie hoch hätte man den Ball mit dieser Arbeit senkrecht nach oben schießen können? 76 Ein Körper der Masse m gleitet mit der Anfangsgeschwindigkeit v 0 auf einer waagrechten, rauen Unterlage. Die Gleitreibungszahl sei f . a) Wie groß ist der Bremsweg? b) Um wie viel ändert sich der Bremsweg, wenn die Geschwindigkeit ver- doppelt wird? Hat die Masse einen Einfluss? 77 Wie kann die Polizei nach einem Verkehrsunfall aus der Länge einer Bremsspur die Geschwindigkeit vor dem Bremsen ermitteln? Thermodynamik 1 Thermodynamische Zustandsgrößen 78 Während einer Unterrichtstunde steigt die Temperatur im Klassenraum von 18 °C auf 21 °C . Der Raum ist 12m lang, 5m breit und 4m hoch. Wie viel Luft entweicht? Gib die Antwort in m 3 und in Prozenten des Raum- volumens. γ (Luft) = 1/273K −1 . 79 Zwischen je 25m langen Eisenbahnschienen befindet sich eine Stoßfu- ge. Sie ist so breit, dass sie sich bei einer Temperaturerhöhung von 5 °C auf 20 °C um 30% verengt. a) Bei welcher Temperatur schließt sich die Fuge komplett. b) Wie breit war die Fuge zu Beginn? ( α = 14·10 −6 K −1 ) 80 Ein Tankwagen hat 40 000 l Dieselöl geladen. Die Außentemperatur beträgt 30 °C , als er mit dieser Ladung wegfährt. Am Lieferort beträgt die Temperatur nur 7°C . Wie viel Liter kann er nur mehr abladen? (Öl: γ = 9,5·10 −4 K −1 ) 135 | Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv