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Physikalischer
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Oberstufe: Aufgaben zu Arbeit, Leistung und dem Wirkungsgrad V

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1. Wie schnell fuhr der Autofahrer, der bei einer Vollbremsung mit blockierenden Rädern und einer Gleitreibungszahl von µ = 0,5 einen Bremsweg von 40 m verursachte? Wie lang dauerte der Bremsvorgang? Lösung

2. Ein Fertiggericht wird in der Mikrowelle mit 800 W in 2 Minuten erhitzt.
Welche Energie in Joule und kWh wird an die Speise übertragen?
Lösung

3. Ein Sportler ( m = 60 kg ) hat sich an einem Seil eingehakt, das über eine Rolle läuft.  
  a) Mit welcher Kraft muss er am anderen Seilende mit den Händen ziehen, um sich in der Schwebe zu halten?  
  b) Wie viel Seil muss er "durch die Hand ziehen", damit er 3 m höher kommt?  
  c) Welche Energie setzt er dabei um? Lösung

4. Ein Bergwanderer ( Masse mit Gepäck 90 kg ) leistet 150 W.
Um wie viel Meter steigt er im Gebirge in 1/2 h höher?
Lösung

5. Eine Geröll-Lawine der Masse 10 t donnert mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 20 m/s einen Abhang hinunter und kommt unten zum Stillstand. Der Höhenunterschied beträgt 100 m.
Welche Energie in kWh wird dabei umgesetzt?
Lösung

6. Eine Turbine liegt 20 m unter der Wasseroberfläche. Pro Sekunde fließen 4 m3 Wasser hindurch.
Welche Leistung gibt die Turbine ab, wenn der Wirkungsgrad 85 % beträgt?
Lösung

7. Die Leistungsaufnahme eines Kühlaggregates beträgt P = 2,5 kW. Die effektive Kühlleistung hingegen nur 1625 W.
Wie groß ist der Wirkungsgrad?
Lösung

8. Ein Containerkran hat eine maximale Leistungsaufnahme von 230 kW. Der Kran kann eine Last von 30 t in maximal 30 s 20 m hoch heben.
Wie groß ist der Wirkungsgrad des Antriebs?
Lösung

9. Ein Feuerlöschboot kann in der Minute 6000 Liter Wasser 80 m hoch fördern.
Wie groß ist die Pumpenleistung?
Lösung

10. Die besten Dampfmaschinen hatten bereits um 1910 einen sehr hohen Wirkungsgrad und erreichten mit Steinkohle mittlerer Güte einen Verbrauch von etwa 0,5 kg pro PS-Stunde (1 PS-Stunde = 735 W * 3600 s). Der Heizwert von Steinkohle beträgt etwa 30 MJ/kg.
Wie groß ist der Wirkungsgrad der Dampfmaschine, wenn man die abgegebene Leistung mit dem Heizwert der Steinkohle vergleicht.
Lösung

11. Ein 60 m hoher Wasserfall führt 1,6 m3 Wasser pro Sekunde.
Welche Leistung kann ihm entnommen werden?
Lösung

12. Im Braunkohletagebau transportiert ein Förderband stündlich 350 t Braunkohle auf eine Höhe von 15 m.  
  a) Wie groß ist die Leistung der Anlage?  
  b) Wie groß muss bei einem Wirkungsgrad von 80% die Antriebsleistung sein? Lösung