Klasse 10 Impuls und zweidimensionale Bewegungen

Aufgabe 1 (Rückstoß beim Gewehr)

a) Eine Kugel mit der Masse 10 g verlässt das Gewehr der Masse 4,0 kg mit der Geschwindigkeit 400m/s. Welche Rückstoßgeschwindigkeit hat das Gewehr?

b) Die Kugel trifft auf einen Holzblock der Masse 390 g und bleibt darin stecken. Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich Klotz samt Geschoss nach der Wechselwirkung?

(Quelle: http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/05impuls/gewehr/gewehr.htm)

Ergebnis:

1. Gesamtimpuls vorher = Gesamtimpuls nachher → vGewehr ,nachher≈−1,0 ms2. wieder Gesamtimpuls vorher = Gesamtimpuls nachher → v nachher=10

ms

Aufgabe 2

Ein leerer Güterwagen A mit der Masse mA = 2,5 t rollt auf einer horizontalen Strecke mit vA = 2 m/s gegen einen stehenden Wagen B mit der Masse mB = 5 t. Beide Wagen sind sogleich gekoppelt. Welches ist die gesamte Energie vor und nach dem Stoß? Die Reibung bleibe unberücksichtigt.

(Quelle: http://www.physikaufgaben.de)Ergebnis: E kin ,vorher=E kin , AE kin , B≈5kJUnelastischer Stoß, v nachher≈0,67

ms

mit dieser Geschwindigkeit E kin ,nachher=12 mAmB⋅vnachher

2 ≈1,7 kJ

Aufgabe 3

Die Eisschnellläuferin Gunda Niemann (m = 60 kg) lief am 25. 02. 1998 über 500m einen persönlichen Rekord auf einer Bahn, die aus zwei Halbkreisen mit der Bogenlänge 100m und zwei geraden Strecken von ebenfalls 100 m Länge besteht. Die Start-Ziel-Gerade wird 2 mal durchlaufen. Für die ersten 100 m wurde eine Startzeit von 10,23 s gemessen. Die Gesamtlaufzeit betrug 38,13 s. Ab 100 m ist der Geschwindigkeitsbetrag nahezu konstant.

a) Berechnen Sie die seitliche Kraft, die in der Kurve auf den Schlittschuh wirkt (Anschubeffekte bleiben unberücksichtigt!)

b) Unter welchem Winkel α muss sie sich in der Kurve gegen die Horizontale neigen und welche Kraft wirkt auf das auf dem Eis befindliche Bein?

(Quelle: http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/06kreis_dyn/eisschnell/eisschnell.htm)

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Klasse 10 Impuls und zweidimensionale Bewegungen

Ergebnis: a) Zeit T/2 für das Durchlaufen eines halben Kreisbogens der Länge 100 m: T

2≈6,99 s

Winkelgeschwindigkeit ≈0,449 1s , Radius Kreis: r≈31,8m ,Reibungkraft ist

Zentripetalkraft F r≈386N

b) Neigungswinkel: tan = F gF r⇒≈56,7 ° , Kraft auf Bein F B=

F rcos ≈703N

Aufgabe 4

Eine Zentrifuge rotiert mit der Drehzahl n=1000 1s . Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich Punkte, die 3cm, 6cm bzw. 9cm von der Drehachse entfernt sind?

(Quelle: Physik 10, Duden-Paetec)Ergebnis: v=2⋅⋅r⋅n ergibt 189 ms , 377 ms , 566 ms

Aufgabe 5

Ein Pkw der Masse 1,5t will eine Kurve mit dem Radius 30m durchfahren. Die maximale Reibungskraft zwischen Straße und Reifen beträgt 4500N. Mit welcher Geschwindigkeit darf der Pkw höchstens die Kurve durchfahren? Was würde passieren, wenn er schneller fahren würde?

(Quelle: Physik 10, Duden-Paetec)

Ergebnis: F Z=mv2

r ⇒ v= F Z⋅rm ≈9,5 ms≈34

kmh

Die maximale Geschwindigkeit beträgt 34 km/h. Bei schnellerer Fahrt wird der Pkw aus der Kurve getragen.

Aufgabe 6 (Sonnenmasse)

a) Bestimmen Sie aus dem Bahnradius der Erde um die Sonne (näherungsweise wird eine Kreisbahn angenommen) und der Umlaufdauer der Erde um die Sonne die Masse der Sonne.

b) Bestimmen Sie die Fallbeschleunigung der Sonne und drücken Sie diese als Vielfaches von g aus. Der Sonnenradius darf als bekannt angenommen werden

(Quelle: http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/14gravitation/sonne/sonne.htm)Ergebnis:

a) Die für die Kreisbahn notwendige Zentripetalkraft ist durch die Gravitationskraft gegeben, dann Gleichung nach Sonnenmasse auflösen mS≈1,99⋅10

30 kg .b) Die Gewichtskraft ist einerseits gleich Masse mal Beschleunigung, andererseits gleich der

Gravitationskraft, damit aS≈274ms2≈28g

Aufgabe 7 (Wettersatell it)

In welcher Höhe über dem Äquator muss ein Wettersatellit stehen, wenn er immer denselben Ausschnitt der Erdoberfläche beobachten soll? Welche Geschwindigkeit hat ein solcher Satellit?(Erdmasse m=6,0⋅1024 kg , Erdradius r=6,37⋅103 km , Gravitationskonstante G=6,67⋅1011 m3

kg⋅s2 )(Quelle: http://leifi.physik.uni-

muenchen.de/web_ph10_g8/musteraufgaben/14gravitation/wettersatellit/wettersatellit.htm)

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