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Aufgaben zum Gravitationsgesetz

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Physik * Jahrgangsstufe 10 * <strong>Aufgaben</strong> <strong>zum</strong> <strong>Gravitationsgesetz</strong> * Lösungen<br />

1. a) Für die Gewichtskraft einer Masse m auf der Erdoberfläche gilt<br />

m<br />

6 2<br />

2 9,8 ⋅(6,37 ⋅10 m)<br />

2<br />

* m ⋅MErde<br />

g ⋅R Erde<br />

24<br />

m ⋅ g = F s<br />

G<br />

= Fgrav = G ⋅ ⇒ M<br />

2 Erde<br />

= = = 6,0⋅10 kg<br />

*<br />

3<br />

R<br />

Erde<br />

G<br />

−11<br />

m<br />

6,67 ⋅10<br />

2<br />

kg ⋅s<br />

2 * mMond ⋅MErde<br />

b) FZentripetal = Fgrav ⇔ mMond ⋅ω ⋅ r = G ⋅ ⇔<br />

2<br />

r<br />

2 3 2 3<br />

2 6 3<br />

ω ⋅ r 4 π ⋅(60,3⋅<br />

R<br />

E<br />

) 4 π ⋅(60,3⋅6,370 ⋅10 m)<br />

24<br />

MErde = = = = 6,03⋅10 kg<br />

* 2 * 2 −11 3 −1 −2<br />

G T ⋅G (27,1⋅ 24⋅3600s) ⋅6,67 ⋅10 m kg s<br />

2.<br />

2 * mErde ⋅MSonne<br />

FZentripetal = Fgrav ⇔ mErde ⋅ω ⋅ d = G ⋅ ⇔<br />

2<br />

d<br />

2 3 2 3 2 11 3<br />

ω ⋅d 4π ⋅d 4 π ⋅(1,496 ⋅10 m)<br />

30<br />

MSonne = = = = 1,99 ⋅10 kg<br />

* 2 * 2 −11 3 −1 −2<br />

G T ⋅G (365, 26⋅ 24⋅3600s) ⋅6,67 ⋅10 m kg s<br />

3. Bestimme zunächst die Masse des Mars<br />

2 * mPhobos ⋅MMars<br />

FZentripetal = Fgrav ⇔ mPhobos ⋅ω ⋅ d = G ⋅ ⇔<br />

2<br />

d<br />

2 3 2 3 2 6 3<br />

ω ⋅d 4π ⋅d 4 π ⋅(9,3⋅10 m)<br />

23<br />

MMars = = = = 6, 23⋅10 kg<br />

* 2 * 2 −11 3 −1 −2<br />

G T ⋅G (0,32 ⋅24⋅3600s) ⋅6,67 ⋅10 m kg s<br />

⋅ ⋅ ⋅<br />

F = m ⋅ g = G ⋅ = 6,67 ⋅10 ⋅ = 36 N<br />

3 23<br />

* m MMars<br />

11 m 10kg 6, 23 10 kg<br />

G,grünesMännchen Mars 2 2 6 2<br />

R<br />

Mars<br />

kg ⋅s (6,76 ⋅10 m : 2)<br />

4. a)<br />

b)<br />

2<br />

mDeimos ⋅ v * mDeimos ⋅MMars<br />

= G ⋅ ⇔<br />

2<br />

r<br />

r<br />

* −11 3 −1 −2 23<br />

G ⋅ MMars<br />

6,67 ⋅10 m kg s ⋅6, 40⋅10 kg km<br />

v = = = 1,35 ⋅<br />

6<br />

r 23,5 ⋅10 m s<br />

3<br />

2π⋅ r 2π⋅r 2π⋅23,5 ⋅10 km<br />

v = ⇒ T = = = 30,4h<br />

1<br />

T v 1,35kms −<br />

5. Die Umlaufdauer des Satelliten muss genau 24,0 Stunden betragen.<br />

2 * mSat ⋅MErde 3 * MErde G ⋅ MErde<br />

⋅T<br />

FZentripetal = Fgrav ⇔ mSat ⋅ω ⋅ r = G ⋅ ⇔ r = G ⋅ =<br />

2 2 2<br />

r ω 4π<br />

* 2<br />

* 2 −11 3 −1 −2 24 2<br />

G ⋅M 3 Erde<br />

⋅T 6,67 ⋅10 m kg s ⋅5,977 ⋅10 kg ⋅(24⋅3600s)<br />

r = = 3<br />

= ⋅<br />

2 2<br />

4π<br />

4π<br />

6 6 6<br />

h = r − R<br />

Erde<br />

= 42,24 ⋅10 m − 6,37 ⋅ 10 m = 36⋅<br />

10 km<br />

6<br />

42, 24 10 m<br />

6. a)<br />

b)<br />

*<br />

* m ⋅MErde G ⋅ MErde<br />

1<br />

m ⋅ g(r) = G ⋅ ⇒ g(r) = ∼ also<br />

2 2 2<br />

r r r<br />

m R<br />

Erde<br />

m 6370km m<br />

g(500km über der Erde) = 9,8 ⋅ = 9,8 ⋅ = 9,1<br />

2 2 2<br />

s r s (6370 + 500)km s<br />

1 g(R + h) R 5,0 m / s R<br />

g(r) ∼ also = also<br />

= ⇒<br />

r g(R ) (R h) 9,8 m / s (R h)<br />

2 2<br />

2<br />

Erde Erde Erde<br />

2 2 2 2<br />

Erde Erde<br />

+<br />

Erde<br />

+<br />

9,8 ⎛ 9,8<br />

5,0 ⎜<br />

⎝ 5,0<br />

3<br />

R<br />

Erde<br />

+ h = R<br />

Erde<br />

⋅ ⇒ h = R<br />

Erde<br />

⋅⎜<br />

− 1⎟<br />

= 2,55⋅10 km<br />

⎞<br />

⎟<br />

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