(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 1 Leistung und Energie 2 Lernziele: Aufgabe zu Leistung und Energie in der Mechanik lösen können.

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 2 Aufgabe 1: (Modellösung) Rutschbahn: In einer Mühle werden Jutesäcke (m = 50 kg) mit Mehl gefüllt über eine Metallrutsche (Höhe h = 3,5 m) auf ein Förderband transportiert, welches mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s läuft. Die Säcke werden oben ruhig auf die Rutsche gelegt, sie sollen unten gerade mit der Förderbandgeschwindigkeit auf das Förderband gleiten. Die Rutsche ist unten gekrümmt, sodass die Säcke horizontal auf das Förderband gelangen. Der Gleitreibungskoeffizient auf der Rutsche (Metall - Jute) beträgt 0,3. Unter welchem Winkel zur Horizontalen muss die Rutsche aufgestellt werden?

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 3 Aufgabe 1:

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 4 Aufgabe 2: Auf der Rutschbahn: Ein 5-jähriger Junge (m = 30 kg) rutscht aus einer Höhe von 2 m herunter. Das Ende der Bahn (Neigung 45°) ist 30 cm über dem Boden. Der Junge kommt mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s am Ende der Bahn an. Diskutieren Sie diesen Vorgang unter dem Gesichtspunkt der Energieerhaltung! (Belege mit Berechnungen)

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 5 Aufgabe 2:

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 6 Aufgabe 3: Eine Stahlkugel (m = 1 kg) fällt aus 2 m Höhe auf eine Schraubenfeder und drückt sie 10 cm zusammen. Berechnen Sie die Federkonstante der Feder. Bestimmen Sie ausserdem die Geschwindigkeit, mit welcher die Kugel auf die Feder auftrifft (beim ersten Kontakt).

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 7 Aufgabe 3:

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 8 Aufgabe 4: Eine Person stösst mit der konstanten Kraft F = 200 N ein Auto (m = 1000 kg) an und beschleunigt es dabei während der Zeit von 5 Sekunden. Wie gross ist die Leistung der Person während dieses Beschleunigungsvorgangs? Vergleichen Sie diese Leistung mit der Leistung eines Elektrogerätes im Haushalt (nennen Sie ein Elektrogerät mit vergleichbarer Lesitung).

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 9 Aufgabe 5: Die Federung eines Autos zeigt bei einem Schlag von F = 3000 N auf ein Rad die unten aufgezeichnete Kurve. Dabei wird angenommen, dass auf das Rad eine Masse von 250 kg entfällt (gleichmässige Verteilung der Gesamtmasse auf 4 Räder). Ferner nehemen wir an, dass beim Schlag sofort (d.h. beim spannen der Feder) 20% der Energie vom Dämpfungssystem aufgenommen wird. Die restliche Energie wird von der Feder aufgenommen und mit der Zeit durch die Dämpfung absorbiert. Bestimmen Sie die Federkonstante der Feder. Mit welcher Gesamtenergie wurde der Stoss auf die Feder des Rades ausgeführt?

(C) , Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz 10 Aufgabe 5: