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zu den Fragen und Aufgaben zur Mechanik IV


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Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
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1. An einem Wagen greifen 5 Kräfte an.
F1 = 100 N, F2 = -50 N, F3 = 80 N, F4 = -100 N, F5 = 70 N
  a) Zeichne den Wagen mit den Kräften maßstabsgerecht.
  b) Bestimme durch richtiges aneinanderreihen der Kraftpfeile die Resultierende FR.
  c) Bestimme FR durch Rechnung.
  Ausführliche Lösung
  a) Vereinbarung:
Alle Kräfte mit positiven Vorzeichen weisen nach rechts. Alle Kräfte mit negativen Vorzeichen weisen nach links. Maßstab: 1 cm = 20 N.
  01a_des_l
  b) 01b_des_l
Zeichnerische Lösung ( Maßstab: 1 cm = 20 N):
Die resultierende Kraft beträgt FR = 100 N
  c) Rechnerische Lösung:
01c_l
Die Resultierende Kraft beträgt FR = 100 N. Sie weist nach rechts.

2. Was verstehst du unter Arbeit im Sinne der Physik?
Mit welcher Formel kann man sie berechnen?
In welcher Einheit wird die physikalische Größe Arbeit gemessen?
  Ausführliche Lösung
  Wirkt eine Kraft F in Richtung eines Weges s, so wird dabei Arbeit verrichtet. Man berechnet die Arbeit mit der Formel:
Arbeit = Kraft x Weg ( W = F x s ).
Die physikalische Größe Arbeit wird in der Einheit Newtonmeter( Nm ) gemessen.

3. Jemand hält eine Tasche 5 Minuten am ausgestreckten Arm? Wie viel Arbeit wird dabei verrichtet? Begründe deine Antwort.
  Ausführliche Lösung
  Das halten einer Tasche am ausgestreckten Arm mag zwar anstrengend sein, ist aber im Sinne von Physik keine Arbeit, da kein Weg zurückgelegt wird. Arbeit = Kraft x Weg.

4. Ein Schüler der Masse m = 50 kg steigt auf einen 100 m hohen Turm. Welche Arbeit muss er dabei verrichten?
  Ausführliche Lösung
  Vorüberlegung:
Wenn jemand einen Turm besteigt, verrichtet er Höhenarbeit, wobei die Gewichtskraft mit der zu überwindenden Höhe multipliziert wird.
04_l
Der Schüler verrichtet die Arbeit W = 49050 Nm.

5. Die Masse 10 kg wird in einer Minute 20 mal hochgestemmt. Die Hubhöhe beträgt 50 cm. Wie groß ist die gesamte, in einer Minute geleistete Arbeit?
  Ausführliche Lösung
  Vorüberlegung:
Ob die Masse 20 mal 0,5 m oder 1 mal 10 m angehoben wird, spielt für die Arbeit keine Rolle.
05_l
Die in einer Minute verrichtete Arbeit beträgt W = 981 Nm.

6. Was verstehst du unter dem Begriff Leistung in der Physik? Welche Einheit hat die physikalische Größe Leistung? Wie lautet die Formel für die Leistung?
  Ausführliche Lösung
  Die Leistung gibt an, wie schnell eine Arbeit verrichtet wird. Wir berechnen sie, indem wir die Arbeit durch die Zeit, in der sie verrichtet wird teilen.
Die Einheit der Leistung ist das Watt (W).
Die Formel für die Leistung lautet: Leistung = Arbeit/Zeit ( P = W/t ).

7. Ein Kraftfahrzeugmotor hat eine Leistung von 100 Ps. Wieviel kW sind das?
  Ausführliche Lösung
  07_l
Die Leistung des Kraftfahrzeugmotors beträgt 73,6 kW.

8. Ein Bauarbeiter hebt mit Hilfe eines Flaschenzuges in 6 Minuten einen Eisenträger mit Fg = 1500 N um 15 m in die Höhe. Wie groß ist seine Leistung?
  Ausführliche Lösung
  08_l
Die Leistung des Bauarbeiters beträgt p = 62,5 Watt.

9. Eine Lokomotive zieht einen Güterzug mit der Zugkraft F = 100000 N. Sie legt dabei in der Sekunde 10 m zurück. Wie groß muss die Leistung der Lokomotive mindestens sein, damit sie das schafft?
  Ausführliche Lösung
  09_l
Die Lokomotive muss mindestens eine Leistung von 1000 kW aufbringen können.

10. Wie lautet das Hebelgesetz?
  Ausführliche Lösung
  Das Hebelgesetz lautet: Kraft mal Kraftarm = Last mal Lastarm.

11. Ergänze den Satz: Am größeren Hebelarm wirkt immer die xxxxxx Kraft.
  Ausführliche Lösung
  Am größeren Hebelarm wirkt immer die kleinere Kraft.

12. Zeichne einen zweiseitigen Hebel und trage alle physikalischen Größen ein (FK, FL, aK, aL).
  Ausführliche Lösung
  12_des_l

13. Ein 1800 N schwerer Schrank soll mit einer 1,5 m langen Eisenstange angehoben werden. Der Lastarm wird 30 cm lang gemacht. Zeichne. Wie groß ist die Kraft, die man zum Heben braucht?
  Ausführliche Lösung
  13_des_l
  13_l
Zum Heben braucht man eine Kraft von 450 N.