Lösungen zum Fach Physik-1

Skript-Version Sommersemester 2011

1. Messen, Maßsysteme und Vektoren

    1. 5000 kg
    2. 20 cm3
    3. 20 m/s
    4. 31,2928 m/s
  1. Ihr PKW verbraucht mit 6,1 l/100km weniger Benzin als der des Briten mit 6,73 l/100km. Vorsicht: Hätte das gleiche Gespräch mit einem US-Amerikaner stattgefunden, so wäre wegen der kleineren US-Gallone sein PKW mit 5,60 l/100km sparsamer.
    1. Falsch: Strecke und Zeit können nicht addiert werden.
    2. Korrekt: Es müssen nur die Einheiten der Strecken angepasst werden.
    3. Falsch: Das Argument der Sinunsfunktion darf keine Einheit haben.
    4. Korrekt: Die Einheit Meter kann eliminiert werden.
  2. Alle vier Gleichungen sind korrekt.
  3. 2,1 m ±0,425 m
    1. a = √5 ≈ 2,236; φa = arctan(2) ≈ 1.107
    2. b = 2; φb = -π/2 ≈ -1.571
    3. c = √2 ≈ 1,414; φc = -3π/4 ≈ -2,356
    1. ax = 1; ay = 1
    2. bx = (5√3)/2 ≈ 4,330; by = 2,5
    3. cx = -1/√2 ≈ -0,707; cy = -1/√2 ≈ -0,707
    1. (3  ,  0)
    2. (1  ,  2)
    3. (8  ,  4)
    4. 1
    5. kann nur dreidimensional gelöst werden: (0  ,  0  ,  -3)
    1. (4  ,  4  ,  -1)
    2. (2  ,  0  ,  3)
    3. (6  ,  4  ,  2)
    4. 5
    5. (-6  ,  7  ,  4)

2. Bewegung auf einer Geraden

  1. 50 cm
  2. 42195/7439 m/s ≈ 5,672 m/s
  3. 5/17 s ≈ 0,294 s
  4. 150 km/h
  5. √(2·10m·9,81m/s2) ≈ 14,01 m/s
  6. 9789/800 m ≈ 12,24 m

3. Bewegung im Raum

  1. 4√2 m Richtung Nord
  2. (2|1|1)
  3. φ=0°
  4. |v|≈253,2 m/s   φ≈9,09°
  5. |a|≈2,09   φ≈16,7°
    1. t=5
    2. y=28,75
    3. v(5)={-5 ; 9,5}
    1. -
    2. |v(t)|=√(v02+a2t2)   φv=arctan(at/v0)
    1. Die Äpfel kommen gleichzeitig auf dem Boden an.
    2. 5,11 m
  6. 1,48 m
  7. 49 nm
  8. 2335 km/s
  9. 80 km/h
  10. 7500 g0
  11. r=20,1 cm (Bei dem Durchmesser einer LP von 30,48 cm kann sich der Käfer überall halten.)
  12. 30 m

4. Newtonsche Axiome

  1. 22,4
  2. 2200 N
  3. 150 g
  4. FZP=1420 N zur Achse der Rasenmähers, FZF=1420 N von der Achse des Rasenmähers weg.
  5. 1 kg
  6. 1,4 m/s
  7. |F|=43,6 N, φ=-156,5°
  8. arcsin(0,5*sinφ1)
  9. a) 1,47 kN; b) 981 N
  10. μ0=0,158; μ=0,123

5. Arbeit, Energie und Leistung

  1. 1200 J
    1. 5000 J
    2. 11,5 N
    1. 2600 J
    2. 800 kJ
    3. 2,650*1033 J
  2. 62,5 s
  3. 49,05 kJ
  4. 540 kJ
  5. 240 J
  6. 10 m/s
  7. Ekin=7,36 kJ, v=14 m/s
  8. 21,4 cm/s
  9. 14 kW
  10. 1,75
  11. 204 m

6. Impuls und Stoß

  1. 25 kNs
  2. 50 Ns; 125 J
  3. 12 Ns; 12 J; 2 m/s
  4. a) 1,7 Ns; b) 85 N
  5. 3,98 Ns
  6. 0,062 km/h
  7. 68,6 km/h
  8. 1,26%
  9. 400 m/s
    1. Die recht Münze bewegt sich mit v1, die anderen liegen still.
    2. v1/4
  10. 314,2 s-1; 261,8 s-2
  11. 9,81 Nm
  12. 20 s-1; 20 gm2; 0,4 Js; 4 J
  13. 0,6 Js; 0,04 kg m2
  14. 5,10 m
  15. 4 s-1
  16. 4/15 s-1 ≈ 0,267 s-1
  17. 3,18 g m2

7. Schwingungen

  1. Die Kugel befindet sich gerade in ihrer Ruheposition.
  2. 1,59 Hz
  3. 80 Hz
  4. 325 V; 207 V
  5. ScheitelwertMittelwertEffektivwert
    Position10 nm6,37 nm7,07 nm
    Geschwindigkeit62,8 μm/s40,0 μm/s44,4 μm/s
    Beschleunigung395 mm/s2251 mm/s2279 mm/s2
  6. 6,21 m
  7. 6,39 s-1; 1,136; 0,0203; 0,169
    1. 8,346 Hz
    2. 37,7 %
    3. 22,36 mm/Ns
  8. 39 Hz

8. Starre Körper

  1. F=6 N; positive x-Richtung; (x ; 0 ; 0)
  2. 0,01ez Nm
  3. 2/7 m=28,6 cm gemessen von der linken Masse m2
  4. (0,5 ; 0,6 ; 0,7)
  5. 2,10 kg cm2
  6. 1,59 Hz
  7. 1,000 Hz
  8. 1110 J; 56,6 m
  9. 1 s-1
  10. 95,5 Nm
  11. 1,67 m/s; 67,0 s-1
  12. 18,4 s
  13. ; 1,11 s
  14. 7 cm
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