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Übungsaufgaben zu Bewegungen 2 (Testaufgaben) (Der Luftwiderstand soll in allen Beispielen vernachlässigt werden) 1. In Dubai gibt es die höchsten Wasserfontänen der Welt, die das Wasser senkrecht nach oben in eine Höhe von 150 m spritzen (mehr als 50 Stockwerke!). Wie groß ist die Geschwindigkeit des Wassers aus den Düsen? Gib die Geschwindigkeit in m/s und in km/h an! 2. In Filmen kann man gelegentlich den Sprung eines Fahrzeugs von einer Brücke oder Rampe bewundern. Ein Motorrad springt von einer (horizontalen) Rampe (Höhe = 10 m) mit 100 km/h ab. In welcher Entfernung vom Fußpunkt der Rampe trifft das Motorrad auf? Wie groß ist die Geschwindigkeit beim Aufprall? 3. Ein Transportflugzeug fliegt mit einer Geschwindigkeit von 750 km/h in einer Höhe von 10000 m und soll ein Versorgungspaket in ein angegebenes Ziel werfen. Wie weit vor dem Ziel muss das Paket abgeworfen werden? 4. Ein Motorradfahrer springt von einer Rampe mit einem Absprungwinkel von 30° ab. Er überspringt dabei einen Graben von 32 m Breite und landet auf der anderen Seite des Grabens auf gleicher Höhe wie der Absprungpunkt der Rampe. Welche Mindestgeschwindigkeit muss der Motorradfahrer beim Absprung haben, um den Graben überspringen zu können? 5. Wie breit könnte der Graben maximal sein, wenn der Motorradfahrer aus Aufgabe 3 mit derselben Geschwindigkeit wie in Aufgabe 3 berechnet abspringt? Der Absprungwinkel ist dabei veränderlich! 6. Beim Biathlon schießen die Athleten auf eine Zielscheibe in 50 m Entfernung. Das verwendete Kleinkalibergewehr hat eine Geschossgeschwindigkeit von 380 m/s. Beim Stehendschießen ist der zu treffende Bereich auf der Zielscheibe ein Kreis mit einem Durchmesser von 11,5 cm. Nimm an, der Schütze schießt horizontal auf die Schießscheibe und zielt genau auf die Mitte des Trefferkreises. Trifft der Schütze den Kreis oder geht der Schuss daneben? Um wie viele cm unterhalb der Mitte des Kreises trifft der Schuss? Wohin muss der Schütze zielen, damit er in den Trefferkreis trifft? Lösungen Bewegungen 2: 1. H v 02 v0 2gH 2 10 150 54,8m s 1 197, 2km h 1 2g 2. Zeitdauer (freier Fall): H g 2 2H 2 10 t t 2 1, 4s 2 g 10 Weite: L s x ( 2) v 0 t Geschwindigkeit: 100 2 27, 78 2 39, 28m 3, 6 v y g t 10 2 14,1m s 1 39, 28 v 14,14 Betrag: v v 39, 282 14,142 41,8m s 1 3. Falldauer: H g 2 2H 2 10000 t t 44, 72s 2 g 10 Geschwindigkeit: 750 km h 1 Horizontale Weite: 750 m s 1 208,33m s 1 3, 6 L sx (44,72) v0 t 208,33 44,72 9316,5m Das Paket muss etwa 9316,5 m vor dem Ziel abgeworfen werden. sin 2α v02 gW 10 32 4. W v0 19, 22 m s 1 69, 2 km h 1 g sin 2α sin 2 30 Die Mindestgeschwindigkeit beträgt 69,2 km/h. 5. Maximale Weite bei einem Winkel von 45°: Wmaximal v 02 19, 222 36,9m g 10 Die Breite könnte maximal 36,9 m sein (bei einem Absprungwinkel von 45°). 6. Schusszeit: Freier Fall: s 50 0,1316s v 380 g t 2 10 0,13162 s y (0,1316) 0, 0866m 8, 66 cm 2 2 s vt t Der Schütze trifft das Ziel etwa 8,66 cm unterhalb des Kreismittelpunktes, also 2,9 cm außerhalb des Kreises! Damit er genau die Mitte trifft, müsste er auf einen Punkt, der um 8,66 cm über der Mitte des Kreises liegt, das heißt auf einen Punkt 2,9 cm oberhalb des Kreises, zielen. Um den Kreis zu treffen, genügt es aber auch, auf die obere Grenze des Kreises zu zielen, da er dann 2,9 cm unterhalb der Mitte des Kreises treffen würde, was aber immer noch innerhalb des Kreises liegt. Bemerkung: Genau genommen müsste man hier den schiefen Wurf behandeln mit einem gewissen Abschusswinkel α . Da aber die Schussgeschwindigkeit hier sehr groß im Vergleich zur Weite ist, führt das zum (fast) selben Ergebnis.