Übungsaufgaben Experimentalphysik

Übungsaufgaben Experimentalphysik
Ausgabe 02.05.2016
Lehramt Chemie
Aufgabe 1 (4 Punkte): (a) Eine Gewehrkugel der Masse m1 = 10 g wird in einen ruhenden,
an vier Fäden aufgehangenen, Holzklotz der Masse m2 = 3 kg geschossen, in dem sie stecken
bleibt. Nach dem Beschuss schwingt der Holzklotz bis zur Höhe h0 = 0,1 m hoch. Berechne
die Geschossgeschwindigkeit v0.
(b) Ein Holzklotz ist an einer Feder befestigt (k= 10 N/m) die mit ihrem festen Ende an einer
Wand fixiert ist. Der Holzklotz mit der Masse M= 1 kg kann reibungsfrei über eine horizontal
Unterlage gleiten. Eine Kugel mit der Masse m = 10 g dringt mit der Geschwindigkeit v = 200
m/s in den anfangs ruhenden Holzklotz ein und bleibt dort stecken. Berechne die Amplitude A
der horizontalen Schwingung, mit der der Klotz anschließend hin und her schwingt.
Aufgabe 2 (3 Punkte): Ein ungedämpfter harmonischer Oszillator hat die Eigenfrequenz 0 =
10 s-1. Nun erhält der Oszillator einen relativ starken Stoßdämpfer mit der Reibungskraft
FR  cx , so dass sich die Eigenfrequenz auf  = 8 s-1 erniedrigt. Um welchen Faktor nimmt
die Schwingungsamplitude infolge der Reibung innerhalb einer Periode ab?
Aufgabe 3 (3 Punkte): Ein mathematisches Pendel wird hergestellt, indem man einen 2 kg
schweren Stein an einem 4 m langen Seil befestigt. Der Stein und das gespanntes Seil werden
aus ihrer Ruhelage um 60° bezüglich der Vertikalen ausgelenkt. Aus dieser Position wird der
Stein schräg nach oben geworfen. Wenn er wieder den tiefsten Punkt seiner Pendelbewegung
passiert, hat der Stein eine Geschwindigkeit von 8 m/s. (a) Welche Anfangsgeschwindigkeit
hatte der Stein? (b) Welchen größten Winkel bildet das Seil mit der Vertikalen während der
Pendelbewegung des Steins? (c) Wie groß ist die mechanische Gesamtenergie des Systems,
wenn die potentielle Gravitationsenergie am tiefsten Punkt der Bewegung null gesetzt wird?
Aufgabe 4 (3 Punkte): Ein Körper mit der Masse m = 0,1 kg fällt mit der
Anfangsgeschwindigkeit v0 = 0 aus einer Höhe von 3,2 cm auf eine vertikal stehende Feder
mit der Federkonstante K = 50 N/m. Um welche Strecke wird die Feder maximal
zusammengedrückt?