Arbeit, Leistung und Energie¶
Mechanische Arbeit¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Mechanische Arbeit.
(*) Warum handelt es sich um Arbeit, wenn man eine
schwere Getränke-Kiste um
anhebt? Verrichtet man auch Arbeit, wenn man die Kiste längere Zeit in dieser Höhe hält? Handelt es sich um Arbeit, wenn die Kiste auf gleicher Höhe entlang einer
langen, ebenen Strecke getragen wird?
(*) Durch eine Kraft
wird ein Körper über eine
lange Strecke gezogen. Welche Menge an Arbeit wird dabei verrichtet? Wie groß ist die Arbeit der Schwerkraft auf diesem Weg, wenn der Körper eine Gewichtskraft von
hat?
(*) Ein Gewicht mit einer Masse von
soll um
angehoben werden. Wie viel Arbeit muss dafür aufgebracht werden?
(*) Ein Wanderer der Masse
trägt einen
schweren Rucksack auf einen um
höher gelegenen Gipfel eines Berges hinauf. Wie viel Hubarbeit verrichtet er am Rucksack, wie viel insgesamt?
(**) Welche Arbeit ist nötig, um zehn auf der Erde liegende,
hohe und
schwere Ziegelsteine aufeinander zu stapeln?
(*) Durch eine Kraft
wird ein Körper über eine
lange Strecke gezogen. Welche Menge an Arbeit wird dabei verrichtet?
(**) Zwei Jugendliche mit den Massen
und
sitzen auf einem Schlitten und werden von einem Pferd über ein ebenes,
langes Schneefeld gezogen. Der Schlitten wiegt
, die Reibungszahl von Metall auf Schnee beträgt
. Welche Arbeit verrichtet das Pferd?
(*) Ein Fahrzeug mit einer Masse von
wird von
konstant auf
(entspricht
) beschleunigt. Wie groß ist die dabei verrichtete Beschleunigungsarbeit?
(**) Ein Fahrzeug mit einer Masse von
wird aus dem Stand
lang mit einer konstanten Beschleunigung
beschleunigt. Wie groß ist die dabei verrichtete Arbeit?
(*) Welche Menge an Arbeit ist nötig, um ein Fahrzeug mit einer Masse von
von
auf
beziehungsweise von
auf
zu beschleunigen? Welche Menge an Arbeit ist nötig, um das Fahrzeug von
auf
zu beschleunigen?
Wirkungsgrad¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Wirkungsgrad.
(*) Wie groß ist der Wirkungsgrad eines „idealen“ (also reibungsfreien und gewichtslosen) Flaschenzugs? Inwiefern gilt in diesem Fall die „Goldene Regel der Mechanik“?
(*) Das Zugseil eines Flaschenzugs wird einer Kraft von
um eine Strecke
angezogen. Dadurch wird eine Last mit einer Gewichtskraft von
um die Höhe
angehoben. Wie groß ist der Wirkungsgrad
des Flaschenzugs?
(*) Einem Kraftwandler mit einem Wirkungsgrad von
wird eine Arbeit von
zugeführt. Welche Menge an Arbeit wird dabei von dem Kraftwandler abgegeben?
(*) Welche Menge an Arbeit muss in eine mechanische Vorrichtung mit einem Wirkungsgrad von
aufgewandt werden, wenn sie
an Arbeit abgeben soll?
Mechanische Leistung¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Mechanische Leistung.
(*) Wie groß ist die Leistung eines Sportlers mit einer Masse von
, wenn er zehn Klimmzüge mit einem Höhenunterschied von je
in einer Zeit von insgesamt
schafft?
(*) Welche Leistung liefert ein Motor, der eine Kiste mit einer Masse von
in
auf eine Höhe von
anheben kann?
(*) Welche Masse kann durch eine Leistung von
in einer Sekunde um einen Meter angehoben werden?
(**) Ein Löschfahrzeug der Feuerwehr pumpt mit einer Leistung von
Wasser in
Höhe. Wie viel Liter Wasser stehen den Feuerwehrleuten in einer Sekunde, wie viel in einer Minute zur Verfügung?
(**) Zum Ziehen eines Schlittens sei eine horizontale Kraft von
nötig. Wie groß ist die mechanische Leistung, wenn der Schlitten mit
gezogen wird?
(**) Ein Fahrzeug der Masse
wird beim Einfahren auf eine Autobahn in
konstant von
auf
beschleunigt. Wie groß muss die Beschleunigungs-Leistung des Motors dabei mindestens sein?
Mechanische Energie¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Mechanische Energie.
(*) Wie viel Energie besitzt
Wasser
, das aus einem Stausee
tief hinab fließt?
(*) Ein PKW mit einer Masse von
und ein LKW mit einer Masse von
fahren jeweils
. Wie groß sind die Bewegungsenergien der beiden Fahrzeuge? Wie groß ist die Bewegungsenergie des PWKs, wenn seine Geschwindigkeit verdoppelt bzw. verdreifacht wird?
(**) Angenommen, ein Fahrzeug würde mit
gegen ein festes Hindernis prallen. Aus welcher Höhe müsste das Fahrzeug stürzen, um – bei Vernachlässigung des Luftwiderstands – eine vergleichbare Wirkung zu erfahren?
(**) Ein Badegast springt von einem 5-m-Turm ins Wasser. Wie groß ist seine Geschwindigkeit
beim Eintauchen, wenn der Luftwiderstand vernachlässigt werden kann?
(*) Stimmt es, dass alle Lebensmittel gespeicherte Sonnen-Energie beinhalten?
(*) Welche Energieumwandlungen finden beim Trampolinspringen statt?