Klausur Physik 1 (GPH1) am

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1 Name, Matrikelnummer: Klausur Physik 1 (GPH1) am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau Zugelassene Hilfsmittel: Beiblätter zur Vorlesung Physik 1 ab WS 99/00 (Prof.Sternberg, Prof.Müller) ohne Veränderungen oder Ergänzungen, Taschenrechner (ohne drahtlose Übertragung mit einer Reichweite von größer als 30 cm wie Funkmodem, IR-Sender), kein PDA oder Laptop Dauer: 2 Stunden Maximal erreichbare Punktezahl: 100. Bestanden hat, wer mindestens 50 Punkte erreicht. Bitte beginnen Sie die Lösung der Aufgabe unbedingt auf dem betreffenden Aufgabenblatt! Falls Sie weitere Blätter benötigen, müssen diese unbedingt deutlich mit der Aufgabennummer gekennzeichnet sein. Achtung! Bei dieser Klausur werden pro Aufgabe 1 Punkt für die Form (Gliederung, Lesbarkeit, Rechtschreibung) vergeben! Verwenden Sie bei Berechnungen nach Möglichkeit zunächst die gegebenen symbolischen Größen und setzten Sie erst am Schluss die Zahlenwerte (mit Einheiten!) ein. Bitte kennzeichnen Sie dieses Blatt und alle weiteren, die Sie verwenden, mit Ihrem Namen und Ihrer Matrikelnummer. AUFGABE MÖGLICHE PUNKTZAHL 1.a 5 1.b 5 1.c 8 1.d 6 2.a 9 2.b 9 2.c 6 3.a 6 3.b 6 3.c 8 3.d 4 4.a 9 4.b 10 4.c 5 Form 4 Summe 100 ERREICHTE PUNKTZAHL Seite 1 von 9

2 1. Mopedfahrer Ein Moped mit einer Person beschleunigt von 0 auf 50 km/h in 15 s. Dabei wiegt das Moped 75 kg und der Fahrer auch 75 kg. a) Welche Kraft muss das Moped erzeugen, wenn die Beschleunigung als konstant angenommen wird? b) Nun nimmt der Mopedfahrer noch einen Beifahrer mit, der 85 kg wiegt. Wie lange braucht er jetzt bei gleicher Kraft (wie unter a), um von 0 auf 50 km/h zu kommen. c) Würde die Beschleunigung a während des Beschleunigungsvorganges linear gemäß a = k * t ([k] = m/s³) zunehmen, so hätte man welche Beschleunigung nach 15 s? d) Zu Beginn einer Vollbremsung löst sich die Lampe (0,5 kg) und wird mit 50 km/h gegen einen Baum geschleudert. Welche Kraft muss der Baum aushalten, wenn die Lampe (idealisiert) in t =0,75 s zum Stillstand kommt? Seite 2 von 9

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4 2. Tour de France Sie sehen hier das Höhenprofil der 16. Etappe der letzten Tour de France (2006). a) Unter dem Idealfall, dass keine Reibung vorhanden ist, hat ein Fahrer (85 kg Ersatzmasse Fahrer/Fahrrad) vom Start bis zum Col du Galibier welche Arbeit verrichtet? b) Wenn während der Fahrt eine konstante Reibkraft von F r = 20 N wirkt, würde der Fahrer von Start bis zum Col du Galibier welche Leistung aufbringen, wenn er für diese Strecke 2 h braucht. c) Was passiert mit der gespeicherten Energie, wenn der Fahrer bergab fährt. Seite 4 von 9

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6 3. Spiel mit einem Fahrradreifen. Die Kinder haben ein Fahrrad (Raddurchmesser 20 Zoll (1 Zoll = 2,54 cm)) auf die Seite gelegt, sodass sich die Räder (reibungs-) frei bewegen können. a) Die Kinder beschleunigen das Vorderrad auf 20 Umdrehungen pro Minute. Dazu brauchen sie 1 Minute. Wie groß war die mittlere Winkelbeschleunigung? Welcher Drehimpuls steckt jetzt in diesem Vorderrad, wenn das Massenträgheitsmoment I = 2 * 10-6 kg m² beträgt? b) Die Luft in dem Reifen erfährt eine Zentripedalbeschleunigung. Mit welcher Kraft wird ein Luftmolekül (m = 5,3 * kg) gegen die Reifendecke gedrückt, wenn die Luft mitrotiert? c) Die Kinder lassen einen (punktförmigen) Stein (m = 100 g) in die Felgen fallen, der sich in den Speichen verhakt. Der Abstand des Steines zur Achse beträgt 10 cm. Welche Winkelgeschwindigkeit hat die Felge jetzt? d) Der Stein löst sich doch und fällt durch die Speichen. Wie hoch ist die Winkelgeschwindigkeit jetzt (Begründung)? (einige Massenträgheitsmomente: I zylindermantel = ½ m (R i ²+R a ²); I Steiner = m R²; I zylinder = ½ m R², I kugel = 2/5 m R²) Seite 6 von 9

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8 4. Kurvenfahrt eines Fahrrads Sie fahren mit einem Fahrrad mit 20 km/h geradeaus. Dann fahren Sie mit gleicher Geschwindigkeit um eine Linkskurve mit einem Radius von 50 m. Die Felge hat einen mittleren Durchmesser von 28 Zoll. (1 Zoll = 2,54 cm). a) Berechnen Sie das Massenträgheitsmoment der Stahlfelge (Dichte ρ = 7,85 g/cm³) unter der Annahme, dass die Felge eine Dicke von 4 mm und eine Breite von 15 mm hat (Zylindermantel). b) Berechnen Sie das Drehmoment, welches Sie aufbringen müssen, damit Sie das Vorderrad um die Kurve lenken können. c) Warum verwenden Profiradler Alu-Felgen (Begründung)? (einige Massenträgheitsmomente: I zylindermantel = ½ m (R i ²+R a ²); I Steiner = m R²; I zylinder = ½ m R², I kugel = 2/5 m R²) Seite 8 von 9

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