Übungsaufgaben Mechanik Oberstufe

Andrea94 · Anmeldungsdatum: 25.05.2013 Beiträge: 4

Meine Frage:
Hey,
ich schreibe bald eine Physikarbeit und ich habe Übungsaufgaben bekommen. Wir müssen uns alles selbst erarbeiten und ich komme bei einigen Themen nicht weiter.
Folgende Themen kann ich bereits wiedergeben und anwenden: Modelle in der Physik - Massepunkt und Feldlinienbilder, Keplersche Gesetze, Gravitationsgesetz
Hilfe brauche ich bei den Themen: Fluchtgeschwindigkeiten (1. und 2. kosmische Geschwindigkeit), Arbeit im Gravitationsfeld, Bezugssysteme und Kreisbewegung aus der Sicht verschiedener Bezugssysteme.

Ich habe zu jedem Thema einige Übungsaufgaben, die ich hier gleich reinstellen werde. Ich habe meistens Grundideen, weiß aber nicht wie ich das rechnen soll. Vielleicht ist/sind ja jemand/welche bereit mit mir die einzelnen Aufgaben zu besprechen. Danke schonmal im Voraus!

Fluchtgeschwindigkeiten:
1. Zeigen Sie, dass für die 1. Fluchtgeschwindigkeit auch gilt:

.

ist der Erdradius.

2. Leiten Sie die Formel zur Berechnung der 1. und 2. kosmischen Geschwindigkeit her.

3. Zeigen Sie, dass die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonne, in einem Abstand, der dem Abstand zur Erde entspricht,

mal so groß wie die Geschwindigkeit der Erde um die Sonne ist.

4. Die Masse des Planeten Saturn ist 95,2 mal so groß wie die Erde und sein Radius ist 9,47 mal größer als der Erdradius. Bestimmen Sie die Fluchtgeschwindigkeit von Körpern nahe der Saturnoberfläche.

Arbeit im Gravitationsfeld:
5. Berechnen Sie die Energie eines Meteoroiden mit der Masse 500 kg, der aus dem Weltall auf die Erdoberfläche fällt.

6. Ein Wettersatellit mit einer Masse von 2000 kg fliegt auf einer geostationären Bahn (bleibt exakt über einem Punkt auf der Erdoberfläche) in 35800 km Höhe.
Ermitteln Sie:
a) die potenzielle Energie im Gravitationsfeld der Erde
b) die Arbeit, die zum Heben des Satelliten von der Erdoberfläche bis auf seine Umlaufbahn erforderlich war
c) die kinetische Energie des Satelliten

7. Ein Körper wird von der Erde mit doppelter Fluchtgeschwindigkeit abgeschossen. Berechne die Geschwindigkeit, wenn der Körper sehr weit von der Erde entfernt ist.

Kreisbewegung aus der Sicht verschiedener Bezugssyteme:
8. Die Erde bewegt sich mit den Abstand einer Astronomischen Einheit nahezu auf einer Kreisbahn um die Sonne. Berechnen Sie a) die Winkelgeschwindigkeit der Erde und b) die Bahngeschwindigkeit (Tangentialgeschwindigkeit) der Erde.

9. Begründen Sie, dass es sich bei der Kreisbewegung um eine beschleunigte Bewegung handelt.

10. Zeigen Sie, dass für die Radialkraft gilt:

.

11. Erläutern Sie die Kreisbewegung aus Sicht eines mitbewegten Beobachters. Fertigen SIe dazu auch eine Skizze an, in der SIe die wirkenden Kräfte maßstabsgetreu eintragen.

12. In einer Achterbahn befindet sich ein Looping. Beschreiben Sie diese Bewegung aus Sicht eines Fahrgastes und aus Sicht eines Beobachters außerhalb der Achterbahn.

Meine Ideen:
So, ich werde jetzt mal meine Ideen zu den ersten beiden Frage aufschreiben:
1.
Die 1. kosmische Geschwindigkeit hat die Formel:

Irgendwie muss sich da dann ja das m auflösen, aber wo?

2.
Zetnripetalkraft=Gravitationskraft

aber wie geht es dann weiter?

pLatinum · Anmeldungsdatum: 27.04.2013 Beiträge: 42

Andrea94 · Anmeldungsdatum: 25.05.2013 Beiträge: 4

Hey, danke für deine Antwort. Aufgabe 1 hab ich verstanden.

2. Leiten Sie die Formel zur Berechnung der 1. und 2. kosmischen Geschwindigkeit her.
Ist das für die 1. KG richtig:

Hier nehme ich das r mal und kürze dann die m1 miteinander. Anschließend ziehe ich die Wurzel und hab dann die 1. KG.

pLatinum · Anmeldungsdatum: 27.04.2013 Beiträge: 42

Andrea94 · Anmeldungsdatum: 25.05.2013 Beiträge: 4

Ahh okay, das habe ich auch verstanden. smile

Dann zur Arbeit im Gravitationsfeld. Die Formel habe ich ja bereits gebraucht für die Herleitung der 2. KG. Wäre die Herleitung der Formel für die Arbeit im Gravitationsfeld diese oder passt die nur für das Beispiel mit der KG ?

pLatinum · Anmeldungsdatum: 27.04.2013 Beiträge: 42

Andrea94 · Anmeldungsdatum: 25.05.2013 Beiträge: 4

Hmm ok. Danke!!!!
Hast du eine Idee für Aufgabe 7?
Bezieht sich das auf die 2. KG, die man dann doppelt nimmt?
Aber wie kann ich da eine Geschwindigkeit berechnen, wenn ich nichtmal die Entfernung habe?

Zu dem Thema Kreisbewegung aus der Sicht verschiedener Bezugssysteme

Aufgabe 8:
Berechne ich das mit der Radialbeschleunigung:

und b) mit:

Aufgabe 10:
Radialkraft:

Wenn ich für das v² die Formel aus 8b einsetze, kommt das richtige raus, aber was passiert mit dem m?

Zu den Aufgaben 9, 11 und 12 habe ich keine Ideen. Kannst du mir Ansätze geben?

Danke für deine Hilfe!!!

pLatinum · Anmeldungsdatum: 27.04.2013 Beiträge: 42

Bei Aufgabe 7 fehlt mir grade der Durchblick...tut mir leid...
Zu Aufgabe 8.)
Richtige Ansätze hast du ja bereits.
Zu Aufgabe 9.)
Beschleunigung ist streng genommen definiert als Änderung der Geschwindigkeit. Bei der Kreisbewegung ändert sich zwar nicht der Betrag der Geschwindigkeit (die ist ja konstant), aber ständig die Richtung (so entsteht ja letzendlich die Kreisbahn). Damit "ändert" sich die Geschwindigkeit und man spricht von einer beschleunigten Bewegung.
Zu Aufgabe 10.)
Die Aufgabenstellung ist meiner Meinung nach falsch. Links steht die Kraft und rechts kommt als Einheit nur

heraus. Das heißt, es fehlt, wie du schon bemerkt hast, die Masse. Entweder du ignorierst die Aufgabe oder du schreibst die Formel einfach richtig mit m auf.
Für 11./12.)
Stell dir z.B. eine Person auf einer rotierenden Scheibe vor, die eine Kugel beobachtet, die auf der Scheibe liegt. Wie sieht das für Außenstehende aus, und wie für den Beobachter? Welche Kraft wirkt hauptsächlich bei der Kreisbewegung? Ist die Bewegung gleichförmig oder beschleunigt? usw. Hilfreich:
http://m.schuelerlexikon.de/phy_abi2011/Kraefte_bei_der_Kreisbewegung.htm