Tutorium Physik 1. Arbeit, Energie, Leistung.

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2 Tutorium Physik 1. Arbeit, Energie, Leistung.
WS 18/19 | 1. Sem. | B.Sc. Catering und Hospitality Services Diese Präsentation ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung – Nicht-kommerziell – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

3 Themen 0. Einführung, Umrechnen von Einheiten / Umformen von Formeln
Kinematik, Dynamik Arbeit, Energie, Leistung Wärme Verformung (Technische Mechanik) Impuls | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

4 2. Arbeit, Energie, Leistung
4 2. Arbeit, Energie, Leistung | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

5 2.1 Energie: Aufgabe (*) Was ist Energie?
Worin liegt der Unterschied zwischen kinetischer und potentieller Energie? Welche Einheit hat die Energie und aus welchen SI-Einheiten setzt sich diese zusammen? Was besagt der Energieerhaltungssatz und was ergibt sich daraus für das Perpetuum Mobile? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

6 2.1 Energie: Lösung Energie ist die Fähigkeit eines Körpers Arbeit zu verrichten. Die kinetische Energie ist die Energie, die ein bewegter Körper besitzt. Die potentielle Energie ist die Energie der Lage. Die Energie wird in Joule J angegeben. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass Energie nicht erzeugt oder vernichtet werden kann, sondern nur in eine andere Energieform umgewandelt werden kann. Deswegen kann es kein Perpetuum Mobile geben. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

7 2.2 Transporter: Aufgabe (*/**/**)
Ein Transporter mit einer Masse von m = 3,8 t fährt mit einer Geschwindigkeit von v = 108 km/h. Wie groß ist die kinetische Energie Ekin des Transporters? Wie groß ist die Geschwindigkeit v des Transporters, wenn die kinetische Energie durch Bremsen halbiert wird? Wie groß ist die kinetische Energie, wenn die ursprüngliche Geschwindigkeit des Transporters verdoppelt wird? Setzen Sie die ursprüngliche kinetische Energie ins Verhältnis zur hier berechneten Energie und interpretieren Sie das Ergebnis. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

8 2.2 Transporter: Lösung a. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

9 9 2.2 Transporter: Lösung b. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

10 10 2.2 Transporter: Lösung c. Ekin ändert sich mit dem Quadrat von v (Ekin ~ v2) | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

11 11 2.3 Kugel: Aufgabe (***) Eine Kugel mit der Masse von m = 100 g ist an einem Faden von l = 80 cm Länge befestigt. Sie wird bis zur horizontalen Lage des Fadens ausgelenkt und dann losgelassen. Hinweis: Skizze anfertigen! Wie groß ist die kinetische Energie Ekin der Kugel im tiefsten Punkt der Kreisbahn? Wie ändert sich die Geschwindigkeit v der Kugel im tiefsten Punkt, wenn die Kugel eine doppelt so große Masse m hätte? Wie groß ist die Geschwindigkeit v der Kugel, wenn sie aus gleicher Höhe h ohne Aufhängung frei fällt? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

12 2.3 Kugel: Lösung a. Warum ist l=h?
12 2.3 Kugel: Lösung a. Warum ist l=h? Definition der Arbeit: Die Arbeit ist unabhängig vom gewählten Weg. Es spielt nur der Anteil der Verschiebung eine Rolle der parallel zur Kraft verläuft. Der Kreisbogen ist also uninteressant! Geometrische Betrachtung: Bei einem Kreis ist der Radius immer konstant. Die Länge l des Pendelfadens gibt den Radius vor. Der Kreismittelpunkt ist der Aufhängepunkt des Fadens. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

13 13 2.3 Kugel: Lösung b. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

14 2.3 Kugel: Lösung b. (II)  Die Geschwindigkeit verändert sich nicht.
14 2.3 Kugel: Lösung b. (II)  Die Geschwindigkeit verändert sich nicht. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

15 15 2.3 Kugel: Lösung c. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

16 2.4 Winde und Ramme: Aufgabe (**)
16 2.4 Winde und Ramme: Aufgabe (**) Eine Winde zieht eine Ramme (m = 850 kg) h1 = 3,5 m hoch, um diese anschließend auf einen Pflock fallen zu lassen. Wie ändert sich die Energieform während des Rammvorgangs? Wie groß ist die potentielle Energie Epot, wenn die Masse m oben ist? Mit welcher Geschwindigkeit v prallt diese auf den Pflock? Wie groß ist die Summe der Energie, wenn sich die Masse während des Falls auf einer Höhe von h2 =1,75 m befindet? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

17 2.4 Winde und Ramme: Lösung a.
17 2.4 Winde und Ramme: Lösung a. a. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

18 2.4 Winde und Ramme: Lösung b.
18 2.4 Winde und Ramme: Lösung b. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

19 2.4 Winde und Ramme: Lösung c. und d.
19 2.4 Winde und Ramme: Lösung c. und d. Und zwar an jeder Stelle der 3,5 m! | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

20 2.5 Arbeit und Leistung: Aufgabe (*)
Definieren Sie die Begriffe Arbeit und Leistung. Wie lauten die zugehörigen Einheiten? Was kann man über die Arbeit W unter Einfluss der Gravitationskraft Fg sagen? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

21 2.5 Arbeit und Leistung: Lösung
21 2.5 Arbeit und Leistung: Lösung Arbeit W besteht aus Gesamtkraft und in Kraftrichtung vollführte Verschiebung d Leistung ist die Arbeit pro Zeit Die Höhendifferenz ∆h ist gleich der Verschiebung in Kraftrichtung und damit entscheidend für die geleistete Arbeit W. Die Arbeit ist unabhängig vom gewählten Weg s. Es wird keine Arbeit W verrichtet, wenn der Gegenstand zum Ausgangspunkt zurückkehrt. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

22 2.6 Last anheben: Aufgabe (**)
22 2.6 Last anheben: Aufgabe (**) Eine Last mit der Masse m = 0,2 t soll auf eine Höhe h = mm gehoben werden. Bestimmen Sie die Arbeit W, die dazu notwendig ist. Geben Sie die Ergebnisse in J und kJ an. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

23 23 2.6 Last anheben: Lösung | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

24 2.7 Förderband: Aufgabe (**)
Ein Förderband fördert eine Kiste mit m = 1 t über eine waagerechte Strecke von s = 75 m (Reibung wird nicht berücksichtigt). Welche Arbeit wird verrichtet? Welche Arbeit wird verrichtet, wenn durch die Beförderung der Kiste eine Höhendifferenz von ∆h = 5 m überwunden wird? (in kJ) | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

25 2.7 Förderband: Lösung a. Also: Es wird keine Arbeit verrichtet.
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26 2.7 Förderband: Lösung b. 1. Kiste nach oben 2. Kiste nach unten
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27 2.8 Mehl: Aufgabe Ein Mitarbeiter trägt einen Sack Mehl mit einem Gewicht von m = 0,05 t über eine Treppe eine Höhe von h = 10 m hinauf. Berechnen Sie die Arbeit W, die er dabei verrichtet hat. Beachten Sie das Vorzeichen! Welche Geschwindigkeit v hätte der Sack Mehl bei Aufprall auf den Boden, wenn der Mitarbeiter den Sack aus der gleichen Höhe h zum Erdboden fallen ließe? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

28 2.8 Mehl: Lösung a. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

29 2.8 Mehl: Lösung b. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

30 2.9 Leistung: Aufgabe (*) Wie hoch wird ein Körper gehoben, wenn er eine Masse von m = g besitzt und dazu eine Leistung von P = 735,75 Nm/s in einer Zeit t = 20 s aufgebracht werden muss? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

31 2.9 Leistung: Lösung | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

32 2.10 Bewegungsenergie: Aufgabe (**)
Ein PKW mit einer Masse m = 750 kg fährt mit einer Geschwindigkeit v = 80,0 km/h. Wie groß ist die kinetische Energie in kNm? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

33 2.10 Bewegungsenergie: Lösung
Berechnung der kinetischen Energie: Ergebnis im TR speichern, sonst Rundungsfehler! Die kinetische Energie ist 185,19 kNm groß. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

34 2.11 Kran: Aufgabe (**) Ein Kran hebt ein Betonfertigteil mit der Masse m = 2 t in einer Zeit t = 60 s in eine Höhe h = 15 m. Wie groß ist die vom Motor aufzubringende Leistung P in kW? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

35 2.11 Kran: Lösung Berechnung der Leistung:
Die Leistung beträgt 4,905 kW. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

36 2.12 Bergbesteigung: Aufgabe (**)
Ein Mann mit einem Gewicht von G = 800 N bewältigt bei einer Bergbesteigung den Höhenunterschied von h = 720 m in insgesamt t0= 2,5 h. Berechnen Sie die durchschnittliche Leistung in W. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

37 2.12 Bergbesteigung: Lösung
37 2.12 Bergbesteigung: Lösung Berechnung der Hubarbeit: Berechnung der durchschnittlichen Leistung: Die durchschnittliche Leistung beträgt 320 W. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

38 2.13 Ball: Aufgabe (**) Welche Arbeit in J braucht man, um einen Ball mit der Masse m = 500 g auf eine Geschwindigkeit v = 15 m/s zu beschleunigen? | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

39 2.13 Ball: Lösung Berechnung der Beschleunigungsarbeit:
39 2.13 Ball: Lösung Berechnung der Beschleunigungsarbeit: Die Arbeit beträgt 56,25 J. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

40 2.14 Lore: Aufgabe (**) Eine Lore soll innerhalb einer Zeit t = 1,5 min auf eine Höhe von h = 20 m befördert werden. Wie schwer in kN darf die Lore maximal sein, wenn der Antriebsmotor eine Leistung von P = 5 PS hat? Hinweis: 1 PS = 736 W | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

41 2.14 Lore: Lösung Berechnung der Leistung: Berechnung des Gewichts:
41 2.14 Lore: Lösung Berechnung der Leistung: Berechnung des Gewichts: Das Gewicht der Lore darf 16,56 kN betragen. | | Tutorium Physik 1 | Einführung | Großmann |

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