Tutorium Physik 1. Kinematik, Dynamik.

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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 1n | Einführung | Großmann |

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

1.1 Gleichförmige Bewegung: Aufgabe (*)
Zeichnen Sie ein s-t-Diagramm der gleichförmigen Bewegung. Zeichnen Sie die Steigung mit ein und geben Sie an, was diese aussagt. Zeichnen Sie ein v-t-Diagramm der gleichförmigen Bewegung. Was sagt die Steigung des Diagramms aus? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.2 Bewegungen: Aufgabe (*)
Bestimmen Sie die Bewegungsart der folgenden Beispiele und begründen Sie Ihre Meinung Schallwelle Fallender Gegenstand Lichtstrahl Bremsendes Auto Reibungsfreie rollende Kugel Auto mit v = 100 km/h (reibungsfrei) Ball im Weltall | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.4 Freier Fall: Aufgabe (**)
Bestimme die Fallhöhe h, die ein Körper haben müsste, um beim Aufkommen am Boden eine Endgeschwindigkeit von ve = 30 m/s zu bekommen. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.5 Eisläufer: Aufgabe (***)
Ein Eisläufer mit einer Masse m = 75 kg und einer Geschwindigkeit v0 = 8 m/s wird durch eine mittlere Kraft (Wind und Luftreibung) von F = 50 N gebremst. Berechnen Sie die Bremsstrecke bis zum Stillstand. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.5 Eisläufer: Lösung „“, da Reibungskraft der Geschwindigkeit entgegenwirkt! Der Eisläufer hat ja am Anfang eine Geschwindigkeit v0, also muss der allgemeine Ansatz v(t)=a*t+v0 heißen. Oder kurz v=a*t+v0. Ansatz für s über s=1/2a*t²+v0*t. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.5 Eisläufer: Lösung Der Eisläufer hat ja am Anfang eine Geschwindigkeit v0, also muss der allgemeine Ansatz v(t)=a*t+v0 heißen. Oder kurz v=a*t+v0. Ansatz für s über s=1/2a*t²+v0*t. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.6 LKW: Aufgabe (**) Ein LKW fährt mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von v = 80 km/h auf der Autobahn. Der LKW-Fahrer merkt nach t = 2 min, dass er die Ausfahrt verpasst hat. Wie weit ist der LKW falsch gefahren? Geben Sie die Lösung in Meter und Kilometer an. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.6 LKW: Lösung Umrechnung der Größen:

1.7 Fußgänger: Aufgabe (**)
Ein Fußgänger legt innerhalb von t1 = 5 s eine Strecke von s1 = 7 m zurück. Nach t2 = 30 s hat er eine Strecke s2 = 42 m zurückgelegt und nach t3 = 40 s ist der Fußgänger um s3 = 56 m vorangekommen. Zeichnen Sie ein s-t-Diagramm und geben Sie an, um was für eine Bewegung es sich handelt. Wie hoch ist die Geschwindigkeit des Fußgängers?  grafische Lösung  Angabe der Geschwindigkeit in km/h | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.7 Fußgänger: Lösung a. Gleichförmige Bewegung

1.7 Fußgänger: Lösung b, rechnerisch

1.8 Motorrad: Aufgabe (**)
Ein Motorrad soll innerhalb von t = 6 s gleichmäßig von v1 = 50 km/h auf v2=100 km/h beschleunigt werden. Welche Beschleunigung ist erforderlich? Berechnen Sie den während der Beschleunigungsphase zurückgelegten Weg. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.9 Antriebskraft: Aufgabe (**)
Eine Antriebskraft von F = 500 N wirkt auf ein Fahrzeug, dessen Masse m = kg beträgt. Berechnen Sie die Zeit, in der das Fahrzeug auf horizontaler Straße aus dem Stillstand den Weg s = 100 m zurücklegt (der Fahrwiderstand wird vernachlässigt.). | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.10 Melone auf dem Mond: Aufgabe (I) (**)
Eine Gruppe von physikbegeisterten Lebensmittelwissenschaftlerinnen plant die Durchführung eines einzigartigen Vergleichsexperimentes. Hierfür wird der folgende Versuch einmal auf der Erde und einmal auf dem Mond mit identischen Ausgangsmaterialien durchgeführt. Wie werden sich die unterschiedlichen Schwerkräfte auswirken? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.10 Melone auf dem Mond: Aufgabe (II)
An eine an einem Stativ vertikal befestigte Schraubenfeder wird eine Wassermelone mit einer Masse m = g angehängt. Auf der Erde hat die Feder ohne Melone eine Länge von d = 100 cm, mit Melone eine Länge von d = 130 cm. Berechnen Sie die Federkonstante [N/m]! Wie hoch wird die Auslenkung d der Feder auf dem Mond sein? Die Gewichtskraft des Mondes entspricht ungefähr 𝟏 𝟔 der Gewichtskraft der Erde. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.10 Melone auf dem Mond: Lösung a)

1.10 Melone auf dem Mond: Lösung b)
Nachfrage : Warum Delta d? Die Feder hat ja ohne dass die Melone in der "Wiegeschale" liegt auch schon eine Länge: 100 cm Wenn die Melone dann gewogen wird, vergrößert sich die Länge der Feder auf 130 cm. Hier interessiert die Längenänderung durch die Masse der Melone. Also die Differenz zwischen 130 cm und 100 cm. Dass die Länge mit 1/6 multipliziert ebenfalls das richtige Ergebnis ergibt stimmt. Da d=m/k*g und m/k konstant ist, ist d proportional zu g. Aber das müssen die Studierenden natürlich erst einmal erkennen. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.11 QS Töpfe: Aufgabe (**) Für die Qualitätssicherung der Produktion von Kochtöpfen werden stichprobenweise Töpfe vom Produktionsband entnommen und deren Masse mit einer Federwaage kontrolliert. Die Federwaage ist vertikal an einer entsprechenden Haltevorrichtung befestigt. Einer der Haltegriffe eines Topfes wird in die Federwaage eingehakt und die Auslenkung abgelesen. (Fortsetzung nächste Seite) | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.11 QS Töpfe: Aufgabe (Fortsetzung)
Bei ordnungsgemäßer Produktion hat ein Topf eine Masse von m = 500 g. Die Federkonstante der verwendeten Waage lautet k = 24,53 N/m Bei einer Stichprobe ergibt sich eine Auslenkung von d = 15 cm. Welcher Masse entspricht das? Bei welcher Auslenkung wird die geforderte Masse erreicht? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.11 QS Töpfe: Anmerkung zum Teil b)
Es würde reichen, wenn in der Produktion eine Federwaage hängt, deren Anzeige aus einem grünen und roten Teil ohne Zahlen besteht. Hat der Topf die Soll-Masse, wird die Federwaage um dSOLL = 0,2 m ausgelenkt und der Zeiger steht im grünen Bereich der Anzeige. Über- oder unterschreitet der Topf die Soll-Masse, steht der Zeiger im roten Bereich der Anzeige | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.12 Queen Mary: Aufgabe (**)
Die Queen Mary 2 (QM2) soll auf ihrer Fahrt von Hamburg nach New York die Strecke s = km in 9 Tagen zurücklegen. Die QM2 hat eine Masse m = t und eine max. Geschwindigkeit von v = 55 km/h. Vernachlässigen Sie den Beschleunigungs-vorgang und gehen Sie von einer konstanten Geschwindigkeit aus. (Fortsetzung nächste Seite) | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.12 Queen Mary: Aufgabe (Fortsetzung)
Berechnen Sie die Geschwindigkeit v der QM2 in m/s. Durch günstige Winde hat die QM2 nach 5 Tagen bereits eine Strecke von s = km zurückgelegt. Welche Geschwindigkeit v in m/s ist erforderlich, damit die QM2 ihren Zeitplan einhalten kann? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.13 Bewegungsarten: Aufgabe (*)
In der Mechanik werden drei verschiedene Bewegungsarten unterschieden. Nennen Sie zwei Bewegungsarten. Skizzieren Sie für die beiden Bewegungsarten das v-t-Diagramm. Achten Sie auf eine vollständige Beschriftung der Achsen. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.13 Bewegungsarten: Lösung a)
Gleichförmige Bewegung, gleichmäßig beschleunigte Bewegung, ungleichmäßig beschleunigte Bewegung | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.14 Überholvorgang: Aufgabe (***)
Auf der Autobahn fährt ein PKW (lPKW = 4,50 m) mit einer Geschwindigkeit v = 120 km/h. Vor ihm fährt ein LKW (lLKW = 12 m) mit einer Geschwindigkeit v = 100 km/h. Der Fahrer hält jeweils den Sicherheitsabstand von ssicher = 60 m ein. Welche Strecke muss der PKW mehr als der LKW zurücklegen? Zeichnen Sie zur Lösung eine Skizze. Wie lange dauert der Überholvorgang in Sekunden? Welchen Weg hat der PKW während des Überholvorgangs zurückgelegt? Quelle: | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.14 Überholvorgang: Lösung a)

1.14 Überholvorgang: Lösung b)

1.14 Überholvorgang: Lösung c)

1.15 Durchschnittliche Geschwindigkeit: Aufgabe (*)
Ein Auto fährt von A nach B. Beide Orte sind 157 Kilometer voneinander entfernt. Nach einer Zeit von 2 Stunden und 20 Minuten kommt es an seinem Ziel an. Ermitteln Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit! Quelle: | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.15 Durchschnittliche Geschwindigkeit: Lösung
Sie haben keine Informationen, ob das Auto auf der Fahrt beschleunigt und/oder abbremst. Daher können Sie lediglich die Durchschnittsgeschwindigkeit errechnen. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

Kinematik, Dynamik (II)

1.16 Bungee-Sprung von der Brücke: Aufgabe (***)
Beim Sprung von der Europabrücke wird nach einem freien Fall von s1 = 40 m die Länge des Gummiseils von l1= 40 m auf l2 = 170 m gedehnt, bis der Fall der Bungee- Springerin s2 = 170 m vollständig gestoppt ist. Berechnen Sie Die Geschwindigkeit v1 nach dem Fall von s1 = 40 m. Die Verzögerung a , wenn der Fall nach s2 = 170 m gestoppt ist. Vergleichen Sie sie mit der Erdbeschleunigung g. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.16 Sprung von der Brücke: Lösung b.
Minus bedeutet, dass ich entgegengesetzt der wirkenden Erdbeschleu-nigung abgebremst (physikalisch richtig: beschleunigt) werde. Das drückt dem Bungeejumper das Blut in den Kopf, was nicht ganz ungefährlich ist. s = ½ · a · t² s = ½ · a · t² | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.17 Tsunami: Aufgabe Ein Tsunami breitet sich mit einer mittleren Geschwindigkeit von v = 700 km/h aus. Für die Feststellung, ob es sich um einen Tsunami handelt, werden tF = 20 min. benötigt. Die Evakuierung dauert tE = 15 min. Wie weit muss ein Tsunami vom Festland entfernt sein, damit die Bevölkerung rechtzeitig gewarnt und evakuiert werden kann? Geben Sie das Ergebnis in km an. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.18 Überholmanöver: Knobelaufgabe (***)
Ein LKW verlässt um 6 Uhr seinen Standort mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von vLKW = 25 km/h. Ein PKW folgt dem LKW um 9 Uhr mit einer mittleren Geschwindigkeit von vPKW = 80 km/h. Bestimmen Sie die Uhrzeit und die Entfernung vom Standort beider Fahrzeuge beim Zusammentreffen. | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.18 Überholmanöver: graphische Lösung (I)

1.18 Überholmanöver: graphische Lösung (II)

1.18 Überholmanöver: Lösung

1.19 Motorrad: Aufgabe (**)
Mit welcher Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h durchfährt ein Motorradfahrer einen Ort, wenn er für die Strecke s = 210 m eine Zeit t = 15,2 s gemessen wurde? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.20 Donner: Aufgabe (**) Bei einem Gewitter hört man Donner am Beobachtungsort in einer Zeitdauer von t = 6,0 s nach Aufleuchten des Blitzes. Die Schallgeschwindigkeit beträgt 332 m/s. Wie weit in km ist der Ort des Blitzschlages vom Beobachtungsort entfernt? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.21 Stein: Aufgabe (**) Ein Stein fällt aus einer Höhe h = 10 m auf die Erde. Welche Geschwindigkeit in km/h erreicht er beim Auftreffen auf die Erde, wobei die Luftreibung zu vernachlässigen sei? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.21 Stein: Lösung Berechnung der Geschwindigkeit:

1.22 Startzeit: Aufgabe (**)
Wie lange braucht ein Fahrzeug, das aus dem Stillstand eine Beschleunigung von a = 2,50 m/s² erfährt, um eine Geschwindigkeit von v = 13,89 m/s zu erreichen? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.23 Bremsweg: Aufgabe (***)
Ein Zug wird bei einer Geschwindigkeit v = 90 km/h mit einer konstanten Beschleunigung a = 0,80 m/s² abgebremst. Welchen Weg in m legt er beim Bremsen zurück? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.24 Anfahren: Aufgabe (*) Ein Zug erfährt aus dem Stand eine zeitlich konstante Beschleunigung a = 0,8 m/s² über einen Zeitraum t = 5 s. Welchen Weg hat er dann zurückgelegt? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.24 Anfahren: Lösung Berechnung des Weges: Der Weg beträgt 10 m.

1.25 Start: Aufgabe (**) Ein Flugzeug rollt s = 790 m weit gleichmäßig beschleunigt über die Startpiste und besitzt beim Abheben von der Erde die Geschwindigkeit v = 240 km/h. Wie viele Sekunden dauert der Start? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.26 Schacht: Aufgabe (**) Ein Stein fällt in einen senkrechten Schacht von s = 17,0 m Tiefe. Nach welcher Zeit in s hört man oben den Aufschlag, wenn die Schallgeschwindigkeit vSchall= 330 m/s beträgt? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.26 Schacht: Lösung Die Gesamtzeit t beträgt 1,91 s.

1.28 Flugzeug: Aufgabe (**)
Ein Flugzeug rollt s = 790 m weit gleichmäßig beschleunigt über die Startpiste und besitzt beim Abheben von der Erde die Geschwindigkeit v = 240 km/h. mit welcher Beschleunigung in m/s² bewegt sich das Flugzeug? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.28 Flugzeug: Lösung Die Zeit des Anlaufs wird wie folgt berechnet:

1.29 Endgeschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft: Aufgabe (**)
Ein Körper wiegt G = 35 N. Er ruht auf einer horizontalen Unterlage und kann sich auf dieser reibungsfrei bewegen. Es wirkt eine Kraft horizontal und gleichmäßig auf ihn, so dass er nach einem Weg von s = 5 m die Endgeschwindigkeit von v = 0,80 m/s erreicht hat. Nach welcher Zeit hat der Körper die Endgeschwindigkeit erreicht? Wie groß ist die Beschleunigung? Wie groß ist die Kraft in N? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.30 Bremskraft: Aufgabe (***)
Eine Lokomotive mit einer Masse m = 80,0 t soll bei einer Geschwindigkeit von v = 50,0 km/h auf einer Strecke s = 80,0 m gleichmäßig bis zum Stillstand abgebremst werden. Welche Kraft in kN ist dazu erforderlich? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

1.31 Bremsen: Aufgabe (**) Durch eine Bremskraft F = N wird bei einem PKW eine Bremsverzögerung a = -6 m/s² bewirkt. Wie groß ist die Masse des PKWs? | | Tutorium Physik 1n | Einführung | Großmann |

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