1 Was versteht man in der Physik unter Arbeit? Kreuze die richtige Antwort an. a) Kraft mal zurückgelegter Weg b) Kraft mal zurückgelegter Weg in Richtung der Kraft c) Kraft normal zur Richtung des Weges mal zurückgelegter Weg 2 Erläutere, ob das ruhige Halten einer Last oder das Tragen einer Last auf ebener Straße Arbeit ist. 3 Du dehnst einen Expander 20-mal hintereinander um 1 m. Dabei benötigst du jeweils eine mittlere Kraft von 200 N. Bestimme die Größe der verrichteten Arbeit. a) 8 000 J b) keine Arbeit c) 4 000 J 4 Yasin lässt einen Ball auf den Boden fallen, danach lässt Alex ihn aus der doppelten Höhe fallen. Wie groß ist die kinetische Energie im zweiten Fall beim Aufprall auf dem Boden? Wähle die richtige Antwort aus. a) halb so groß wie beim ersten Fall b) gleich groß c) doppelt so groß d) 4-mal so groß 5 Bestimme das Verhältnis der Energie E1, die man für die Beschleunigung eines PKW von 0 auf 60 km/h benötigt, zur Energie E2, die zur Beschleunigung von 60 auf 120 km/h notwendig ist. a) E1 : E2 = 1 : 1 b) E1 : E2 = 1 : 2 c) E1 : E2 = 1 : 3 d) E1 : E2 = 1 : 4 6 Energie wird niemals „erzeugt“, sie wird nur umgewandelt. Woher kommt dann die ursprüngliche Energie? Kreuze die richtige Antwort an. a) Vom Urknall, bei dem das Universum entstanden ist. b) Das hängt vom betrachteten System ab. c) Das lässt sich nicht beantworten. Teste dein Wissen 1 Der Hochsprungweltrekord von Javier Sotomayor (1,93 m groß, m = 80 kg) liegt seit 1993 bei 2,45 m. Der Sportler muss seinen Schwerpunkt, der etwa in halber Körperhöhe lokalisiert ist (96 cm über dem Erdboden), beim sogenannten Fosbury-Flop bis knapp unter die Lattenhöhe heben. Bestimme die Hubarbeit, die er bei seinem Rekordsprung verrichtete. 2 Wie groß ist die Arbeit einer Pumpe, die 1 000 m3 Wasser 400 m hoch befördert? Berechne die Arbeit und gib das Ergebnis in J und in kWh an. 3 Ein Auto (m = 1800kg) wird von 50km/h auf 100km/h beschleunigt. Ermittle die Beschleunigungsarbeit, die der Motor aufbringen muss. Die Reibung musst du hier nicht berücksichtigen! 4 Hunde ziehen zwei Stunden lang einen Schlitten mit v = 15 km/h auf einer horizontalen Spur. Die Zugkraft in Richtung der waagrecht liegenden Zugseile beträgt 120 N. Bestimme die verrichtete Arbeit. Diskutiere, was mit der übertragenen Energie geschieht. 5 Ein Bergsteiger (m = 70 kg) besteigt von Heiligenblut (1 279 m) aus den Großglockner (3 789 m). Ermittle die dabei verrichtete Arbeit. 6 Die Leistung wird heute noch manchmal in PS (Pferdestärke) angegeben. Mit 1 PS bezeichnet man jene Leistung, die notwendig ist, um in 1 s einen Körper mit 75 kg Masse 1 m hochzuheben. Wieviel kW entsprechen 1 PS? 7 Eine Person (m = 65 kg) steigt eine Treppe hinauf. Sie gewinnt dabei 1 m Höhe in 3 Sekunden. Wie groß ist ihre mittlere Leistung? Die Geschoßhöhe in modernen Wohnhäusern ist etwa 3 m. Ermittle die Arbeit, die sie beim Weg vom Erdgeschoß in den 2. Stock verrichten würde. 8 Über die Niagarafälle fließen pro Sekunde im Mittel 4·103 m3 Wasser und stürzen ca. 50 m in die Tiefe. Bis zu 90% der Wassermenge werden nachts auf Kraftwerksturbinen geleitet. Wie viel Leistung (in MW) wird genutzt? Vergleiche das Resultat mit der Leistung des Donaukraftwerks Freudenau. 9 Ein Kleinwagen (m = 1 150 kg) erreicht innerhalb von 15 s eine Geschwindigkeit von 100 km/h. Berechne a) die mittlere Beschleunigung b) die mittlere Kraft, die der Motor dabei aufbringen muss c) die Leistung des Motors während der Beschleunigung von 0 km/h auf 18 km/h, von 18 km/h auf 45 km/h und dann auf 90 km/h. Reibung und Luftwiderstand sollen außer Betracht bleiben. Rechenaufgaben 85 1 Mechanische Arbeit und Energie Thermodynamik Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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