LZK Mechanik

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• 1.Wie lautet die Formel für die potentielle/kinetische Energie? Wie ist die Einheit der Energie in SI-Einheiten?

• 2.Was beschreibt der Energieerhaltungssatz?

• 3.Ein Springbrunnen mit einem bis zu 14m hohen Wasserstrahl ( zählt 4x)

  1. Berechne die Geschwindigkeit v0 (in km/h), mit der das Wasser aus der Düse strömen würde, wenn keine mechanische Energie verloren ginge.

  2. Berechne die Geschwindigkeit v1 (ebenfalls in km/h) des Wassers in halber Höhe.

  3. Berechne welche Höhe die Fontäne erreichen würde, wenn v0 nur halb so groß wie der in Aufgabenteil a)berechnete Wert wäre.

  4. Die Anlage stößt pro Sekunde 50ℓ Liter Seewasser aus und wird von zwei Pumpen mit einer Gesamtleistung von ca. 100kW betrieben. Untersuche, ob diese Pumpleistung ausreicht.

• 4.Was ist Arbeit? Wie hängen Arbeit und Energie zusammen?

• 5.Wie hängt Arbeit mit Kraft und Weg zusammen? Kommt es auf den Winkel zwischen Kraft und Weg an?

• 6.Ibrahim schiebt seine auf einem Schlitten sitzende Schwester (Reibung kann vernachlässigt werden) und hat eine Geschwindigkeit von 3,6km/h erreicht. Nun kommt ihm sein großer Bruder zur Hilfe und innerhalb einer Strecke von 16,0m verdoppeln sie die Geschwindigkeit von Schlitten samt Schwester (m=40kg). Berechne die Beschleunigungsarbeit, die die beiden Brüder verrichteten. Berechne den Betrag der Kraft, die sie auf den Schlitten ausübten.

• 7.Wie hängen Hubarbeit und potentielle Energie zusammen? Wie hängen Beschleunigungsarbeit und kinetische Energie zusammen?

• 8.Ein Hochschaubahnwagen der Masse 100kg durchläuft die skizzierte Bahn von A über B nach C. Die Gesamtlänge der Bahn (grün) beträgt 375m. Die Geschwindigkeit des Wagens in A ist Null. ( zählt 3x) a.Erläutere die Energieumwandlungen, die zwischen A und B bzw. zwischen B und C stattfinden, falls der Wagen reibungsfrei fährt.b.Berechne die Bewegungsenergie des Wagens in C für den reibungsfreien Fall. c.In Wirklichkeit hat der Wagen in C wieder die Geschwindigkeit Null. Berechne die mittlere Reibungskraft, die auf den Wagen wirkt.

• 9.Nenne 3 Kraftwandler. Beschreibe ausführlich Einsatzzweck und Nutzen. Wie hängen die Energie, die Kraft und der zurückgelegte Weg dabei zusammen?

• 10.Warum ist es praktischer aus Serpentinen einen Berg hinaufzufahren als direkt?

• 11.Warum ist es einfacher einen Felsen mit einer Schaufel zu bewegen als direkt anzuheben?

• 12.Was versteht man unter Leistung? Wie lautet Abkürzung und Einheit?

• 13.Ein ca. 1000kg schwerer Ferrari beschleunigt in 3,0s von 0kmh auf 72km/h. Berechne die zur Beschleunigung notwendige Leistung.

• 14.Ein Bergwanderer hat einschließlich Rucksack die Masse 100kg und wandert pro Stunde 500 Höhenmeter, d.h. er ist am Ende der Stunde 500m höher als zu Beginn. Berechne die physikalische Leistung, die er durch Hubarbeit vollbringt.

• 15.einem regnerischen Wochenende im Sommer fielen im Wiener Osten innerhalb kurzer Zeit so viel Regen, dass in allen Töpfen das Wasser 10 mm hoch stand. ( zählt 5x)

  1. Berechne, wie viele Liter pro Quadratmeter dies waren.
  2. Die beregnete Fläche war ca. 40 km2 groß, die Wolken befanden sich in einer Höhe von ca. 2 km. Berechne, wie viel Energie bei diesem Platzregen insgesamt freigesetzt wurde.
  3. Berechne, wie lange das Kernkraftwerk Freudenau bei einer Leistung von P=1000MW benötigt, um die gleiche Menge Energie bereitzustellen, die der Platzregen in b) hatte.
  4. Regentropfen erreichen Fallgeschwindigkeiten in der Größenordnung von v_Fall=10ms. Berechne, wie groß ihre gesamte kinetische Energie war.
  5. Vergleiche die Resultate von b) und d). Kommentiere das Ergebnis.
• 16. Was versteht man unter reversiblen und irreversiblen Vorgängen? Wie hängen diese mit der Reibung zusammen? Was ist Reibung wenn man die Vorgänge auf atomarer Ebene betrachtet?

• 17.Wie hängt der Verlust nutzbarer Energie mit dem Ende des Universums zusammen?

• 18.Was versteht man unter Wirkungsgrad bei Energieumwandlung. Wie kann man den Gesamtwirkungsgrad bei mehreren Umwandlungen berechnen?

• 19.Ein BMX-Fahrer wagt den Sprung in die skizzierte Halfpipe und macht an ihrem Ende in Punkt P2 einen Sprung senkrecht nach oben. Während der gesamten Fahrt in der 25,0m langen Pipe wirkt auf ihn eine konstante Reibungskraft von F_Reib=50,0N. Fahrer und Fahrrad wiegen zusammen 60,0kg. (zählt 3x)

  • Berechne den Betrag der Wärmeenergie, die der BMX-Fahrer auf dem Weg von P1 nach P2 umsetzt.
  • Berechne die Geschwindigkeit des BMX-Fahrers am Punkt P2.
  • Berechne, wie hoch der BMX-Fahrer am anderen Ende der Halfpipe über die Kante hinaus bis zum Punkt P3 springen kann. Die Luftreibung wird dabei als vernachlässigbar klein angenommen.