Übungen zur Physik I

Fachbereich Physik
Prof. Dr. Bernd Stühn
Dipl. Phys. Martin Müller
Dipl. Phys. Markus Domschke
1. Haftreibung von Rühreiern
Übungen zur Physik I
Übungsblatt 3
Gruppenübungen
Wintersemester 08/09
31. Okt./03. Nov. 2008
Der Haftreibungskoeffizient zwischen Spiegeleiern und Teflon beträgtµ=0.18. In welchem Winkelαzur
Horizontalen muss man die Teflonbratpfanne halten, damit die Rühreier rutschen?
2. Vektoraddition bei Kräften
In den Abbildungen sehen Sie Massen, die mittels Seilen an Wänden aufgehängt sind. Ermitteln Sie für die
gezeigten Systeme, die im Gleichgewicht sind, die unbekannten Zugkräfte, Richtungen der Zugkräfte und Massen.
3. Energieerhaltung
F 3= 30N F 1= 80N m=6kg
a) Ein Ball der Masse m=2.6kg werde aus einer Höhe von h=55cm auf eine entspannte, senkrecht
stehende Feder fallen gelassen. Die Feder wird beim Fallen um 15cm zusammengedrückt. Berechnen Sie
die Federkonstante der Feder. Die Masse der Feder sei hier vernachlässigt.
b) Nehmen Sie einmal an Ihr Sitznachbar werfe Sie auf einer Wiese senkrecht nach oben. Ihre Masse sei
m=60kg. In der Höhe von 5m besitzen Sie noch eine kinetische Energie von 200J. Wie hoch können Sie
maximal noch steigen?

4. Fahren im Looping
Ein Auto sei auf einer Rampe festgebunden, die im Winkelαzur Horizontalen geneigt ist. Löst man die Befestigung
rollt das Auto reibungsfrei die Rampe herunter und durchfährt einen Looping des Radius’ R.
a) Welche Geschwindigkeit hat das Auto am Punkt B?
b) Welche Geschwindigkeit hat das Auto an Punkt C?
c) Wie groß darf das Verhältnis R
höchstens sein, damit das Auto sich nicht von der Looping-Bahn löst? Wie
h
groß ist dann seine minimale Geschwindigkeit vmin? 5. Haftreibung von Metallquadern
Ein Metallquader befindet sich auf einer schiefen Ebene. Der Haftreibungskoeffizient beträgtµ=0.2.
a) Welche Neigung darf die schiefe Ebene haben, damit der Quader nicht rutscht?
b) Die Neigung betrage nun 20 ◦ . Wie schnell rutscht der Quader nach t= 5s, wenn man Reibung vernachlässigt?
Bei t= 0s sei der Quader in Ruhe.
c) Wie lange muss der Quader rutschen, um die gleiche Geschwindigkeit zu erreichen, wenn der Gleitreibungskoeffzient
0.15 beträgt und sich die Neigung nach 20m entlang der Schrägen auf 30 ◦ ändert? (Am
Übergangspunkt der beiden schiefen Ebenen, soll der Quader die Haftung nicht verlieren, d.h. er hüpft
nicht.)
6. Mathematisches Pendel
An einem Pendel der Länge L hängt eine Masse m. Das Pendel sei um den Winkelα 0 ausgelenkt.
a) Das Pendel sei in Ruhe, also werde am Auslenkpunkt festgehalten. Berechnen Sie die Geschwindigkeit
der Masse am niedrigsten Punkt des Pendels, wenn man das Pendel loslässt.
b) Welche Anfangsgeschwindigkeit muss das Pendel beiα 0 haben, damit es bis zu einer Auslenkung von
α=90 ◦ ausschlägt?
A. Leistung eines Autos
Hausübungen
Stefan kauft ein Auto für Harry aus dem Oberklassesegment. Durch neueste Rahmenkonstruktionen beträgt
die Masse des Autos nur m=1400kg. Nachdem Harry den Wagen für Stefan vorgefahren hat, fahren beide mit
konstanter Geschwindigkeit zu einem Tatort.
a) Die Straße zum Tatort steige zunächst kontinuierlich mit 10◦ an und das Auto schafft eine konstante
Geschwindigkeit von v= 100 km
. Welche Leistung bringt das Auto während der Steigung auf? Berechnen
h
Sie die Leistung zunächst ohne und dann mit Reibung.
b) Sobald das Auto die Steigung hinter sich hat, setzt Stefan zu einem Überholmanöver an. Er beschleunigt
von 100 km
km
auf 120 in 6 Sekunden. Berechnen Sie die dazu benötigte maximale Leistung des Autos.
h h
Berechnen Sie die Leistung zunächst ohne und dann mit Reibung.
Nehmen Sie in den entsprechenden Fällen an, dass eine Reibungskraft von F R= 700N auf das Auto wirke.

B. Horizontaler Wurf
Zwei Kinder spielen ein Spiel, in dem es darum geht, eine kleine Kiste auf dem Fußboden mit einer Murmel
zu treffen, die von einem federbetriebenen Gewehr abgefeurt wird. Das Gewehr ist auf einem Tisch befestigt.
Die zu treffende Kiste steht 2.20m von der Tischkante entfernt. Bobby drückt die Feder um 1.1cm zusammen,
die Murmel schlägt jedoch 27cm vor dem Mittelpunkt auf den Boden auf. Wie weit muss Timmy die Feder
zusammendrücken, damit er die Kiste trifft? Nehmen Sie an, dass alles reibungsfrei abläuft.