Übung zur Physik I - WS 2013/14Prof. Dr. A. Wixforth - Dr. A. Hörner - Dipl. Phys. J. Pustiowski

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Aufgabe 23: Ventilkappe (6 Punkte)(**)

Ein Auto fährt vorwärts geradlinig mit einer Geschwindigkeit v0 = 96kmh auf der Autobahn. Die Räder haben

einen Durchmesser d = 2r2 = 58cm

a) Welche Radialbeschleunigung ar hat die Ventilkappe des Rades, die sich im Abstand r1 = 14, 5cm vonder Achse be�ndet?

b) In welcher Zeit t ändert sich die Richtung der Tangentialgeschwindigkeit dieser Kappe um den Winkelϕ = 60◦? (Hierbei soll die Drehung um die mitbewegte Achse des Rades betrachtet werden.)

c) Angenommen die Ventilkappe löse sich gerade beim Durchgang im oberen Punkt. In welcher Richtungwürde sie sich unmittelbar nach dem Lösen bewegen und wie groÿ wäre die Geschwindigkeit vK?

Aufgabe 24: Pendel (12 Punkte)(***)

Gegeben sei ein Fadenpendel, bei dem eine Masse m = 100g an einem �masselosen� Faden der Länge l = 1, 0mhängt. Zu Beginn sei die Masse um einen Winkel ϕ0 aus der Ruhelage ausgelenkt. Zum Zeitpunkt t0 = 0s wirddie Masse losgelassen und vollführt eine Schwingung.

a) Fertigen Sie eine Skizze der Anordnung an und tragen Sie alle relevanten Kräfte ein, die für dieSchwingung wichtig sind.

b) Stellen Sie die Di�erentialgleichung (DGL) für dieses Problem auf.

c) Vereinfachen Sie die oben ermittelte DGL mit Hilfe der sog. Kleinwinkelnährung.Warum kann man dies tun? Erinnern Sie sich hierbei auch an Aufgabe7!

d) Wie groÿ ist die Schwingungsdauer?

e) Lösen Sie die DGL und ermitteln Sie somit die Bewegungsgleichung.

f) Vergleichen Sie das Fadenpendel mit einem Federpendel! Worin liegen die Unterschiede?Angenommen Sie besitzen eine Stoppuhr und Ihnen ist die Federkonstante des Federpendels bekannt.Welches der beiden Pendel würden Sie verwenden, um experimentell die Masse eines Körpers zu bestimmen?Welches würden Sie dazu verwenden um eine Aussage über die Gravitationsbeschleunigung zu machen?(Natürlich mit Begründung)

Ausgabe am: 15.11.2013; Abgabe am: 22.11.2013;Besprechung in den Übungen vom 25.11.2013 bis 29.11.2013

Übung zur Physik I - WS 2013/14Prof. Dr. A. Wixforth - Dr. A. Hörner - Dipl. Phys. J. Pustiowski

Blatt5

Aufgabe 25: Golfspieler (4 Punkte)(**)

Ein Golfspieler holt aus und schwingt seinen Schläger der Masse mS = 1kg auf einem Kreisbogen mit Radiusr = 2m, wobei er einen Winkel von 180◦ überstreicht und den Schläger mit einer Kraft F = 5N entlang dieserKreisbahn beschleunigt. Er tri�t den Ball der Masse mB = 100g unter einem Winkel α von 20◦. Unmittelbarnach dem Stoÿ besitzt der Golfschläger eine Geschwindigkeit von 3m

s .

a) Wie hoch �iegt der Ball?

b) Nach welcher Entfernung und Zeit landet der Ball - unter Vernachlässigung seines Trägheitsmomentesund der Luftreibung - auf dem Erdboden?

Anmerkung: Gekürzte Fassung der Klausuraufgabe vom WS2003/04

Aufgabe 26: HCL-Molekül (5 Punkte)(**)

Ein H- und ein Cl-Atom reagieren zu H + Cl = HCL (Salzsäure). Vor der Reaktion hat sich das H-Atom(mH = 1u) mit der Geschwindigkeit von 1, 57 · 105m

s in Richtung der positiven x-Achse bewegt. Das Cl-Atom (mCl = 35, 5u) hat sich mit 3, 4 · 104m

s in Richtung der y-Achse bewegt. Bestimmen Sie Richtung undGeschwindigkeit des HCL-Moleküls, wenn man als Reaktion der Atome einen inelastischen Stoÿprozess annimmt.(Warum muss der Stoÿprozess inelastisch sein?)

Ausgabe am: 15.11.2013; Abgabe am: 22.11.2013;Besprechung in den Übungen vom 25.11.2013 bis 29.11.2013