Übungen zur Physik I, WS 2002/03

Übungen zur Physik I, WS 2002/03
Prof. Dr. Th. Walcher mit Dr. M. Distler und Assistenten
Φ
Serie 3
Abgabe der Übung bis Montag, den 25. 11. 2002, 10.15 Uhr im Fächerkasten des Instituts für
Kernphysik, oder bis 9.30 Uhr per Fax an Nr. (06131) 39-23825.
Bitte mit »Physik I«, Gruppennummer und deutlich lesbarem Namen kennzeichnen!
Aufgabe 10
(4 Punkte)
Man nehme an, dass die Erde mit einer undurchsichtigen Wolkendecke umgeben sei. Beschreiben
Sie ein Experiment, mit dem man eindeutig bestimmen kann, ob die Erde ein Inertialsystem,
ein linear beschleunigtes oder ein rotierendes System darstellt.
Aufgabe 11
(4 Punkte)
Man betrachte zwei Nichtinertialsysteme K ′ und K ′′ , die mit einem Inertialsystem K zur Zeit
t = 0 mit ihren Ursprüngen O, O ′ , O ′′ zusammenfallen. Das System K ′′ soll für t = 0 die
Geschwindigkeit v 0 haben, während K ′ in Ruhe sein soll. Beide Systeme K ′ und K ′′ sollen die
gleiche Beschleunigung a bezüglich K erfahren.
a) Welches sind die Orte von O ′ und O ′′ bezüglich O als Funktion der Zeit?
b) Welches ist die Transformation für einen Körper mit den Koordinaten x ′ bzw. x ′′ bzgl. K ′
bzw. K ′′ in die Koordinate x bzgl. K?
c) Man schreibe die Bewegungsgleichung eines Körpers unter dem Einfluß einer konstanten
Kraft F im System K hin. Welche Beziehung zwischen ausgeübter Kraft und erzielter
Beschleunigung gilt in K ′ ? Treten irgendwelche »Scheinkräfte« in den transformierten
Gleichungen auf?
d) Sind die äußere und die Scheinkraft in beiden bewegten Systemen K ′ und K ′′ die gleichen?
Welches ist die Geschwindigkeit von K ′′ bezüglich K ′ ?
Aufgabe 12
(4 Punkte)
Ein mit Wasser gefüllter Eimer des Radius R = 20 cm werde mit der Winkelgeschwindigkeit
ω = 5 Hz um seine Achse gedreht. Welche Oberflächenform stellt sich ein?
Hinweis: Lösung bitte mit detaillierter Skizze.
(b. w.)

Aufgabe 13
(5 Punkte)
In der Stratosphäre werden durch hochenergetische stabile Teilchen (Protonen, α-Teilchen,
etc.) aus dem Weltraum π + -Mesonen erzeugt. Diese zerfallen in π + −→ µ + + ν µ mit einer
mittleren Lebensdauer in ihrem eigenen Ruhesystem von 2,6·10 −8 s. Die Müonen µ + zerfallen
ihrerseits µ + −→ e + + ν e + ν µ mit 2,2 · 10 −6 s.
a) Welches ist die mittlere Lebensdauer von π + -Mesonen, die mit β = 0,95 in Richtung
Erde fliegen?
b) Welche Strecke legen diese π + -Mesonen im Mittel zurück?
c) Wie weit würden sie fliegen, wenn die Galilei-Transformationen gälten?
d) Man beantworte die Fragen a)–c) für Müonen der Geschwindigkeit β = 0,999, mit der
sie häufig in der Höhenstrahlung auftreten.
e) Um welche Teilchen handelt es sich (überwiegend) bei der im Labor nachgewiesenen
Höhenstrahlung?