Kinematk + Kraft

A1 Ein Auto beschleunigt gleichmäßig in 12 s von 0 auf 100 km/h.
Welchen Weg hat es in dieser Zeit zurückgelegt?
Welche Kraft wirkt dabei auf den 85 kg schweren Fahrer?
A2 Ein Radfahrer beschleunigt in 4 s von 0 auf 9 ms-1 und
übt dabei eine Kraft von 191,25 N aus. Wie viel wiegt der Fahrer?
A3 Eine Rakete soll in 2,5 min die Geschwindigkeit 5 km/s erreichen.
Wie groß ist die Beschleunigung und welchen Weg legt die Rakete in
dieser Zeit zurück? Welche Kraft üben ihre Triebwerke aus bei einer Masse
von 20 Tonnen? (Antwort in Kilo Newton)
A4 Die Beschleunigung des ICE-Höchstgeschwindigkeitszuges der Deutschen
Bahn AG kann bis zu 1,2 ms-2 erreichen.
a) Nach welcher Zeit würde danach der Zug seine Höchstgeschwindigkeit
von 360 km/h erreichen?
b) Welche Strecke hat er dann zurückgelegt?
c) Wie groß ist die elektrische Kraft bei einer Gesamtmasse des Zuges
von 235 Tonnen? (Antwort in Mega Newton)
A5 Ein PKW fährt mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h. Der Fahrer
sieht auf der Strasse einen toten Hirsch und bremst auf Null innerhalb
4 Sekunden.
Mit welcher Kraft druckt der 75 kg schwere Fahrer dabei auf Lenkrad?
A6 Welche Geschwindigkeit erreicht ein Körper, der aus dem Stand heraus
12 Sekunden lang mit 2,5 ms-2 beschleunigt wird?
Wie gross ist seine Masse, wenn auf ihn eine Kraft von 25 kN wirkt?
A7 Ein Zug mit der Gesamtmasse 600 t erreicht beim Anfahren von der
Haltestelle aus auf der Strecke von 2,45 km die Fahrgeschwindigkeit
120 km/h. Wie groß ist die Kraft, mit der die Lokomotive den Zug zieht?
A8 Ein Auto mit der Masse 900 kg wird auf einer Strecke von 50 m
durch die konstante Kraft 1200 N bis zum Stillstand abgebremst.
Wie groß war die Anfangsgeschwindigkeit?
A9 Ein Rammbär mit der Masse 450 kg fällt aus 3,9 m Höhe herab
und trifft auf einen Pfahl, wobei der Rammbär in 0,01 s gleichmäßig
abgebremst wird. Mit welcher Kraft drückt er den Pfahl in den Boden?
(Antwort in Mega Newton)
A10 Ein Auto der Masse 450 kg erfährt beim Start eine Beschleunigung
von 1,2 ms-2 Wie groß ist die Kraft, die das Auto in Bewegung setzt?
A11 Bei einem Torschuss schießt ein Spieler den Fußball mit der Masse
120 g mit einer Schusskraft von 5000 N aufs Tor. Welche
Geschwindigkeit erreicht der Fußball, wenn das Abschießen 3 s
dauert?
A12 Welche Kraft ist nötig, um ein Auto der Masse 450 kg in 10 s.
auf eine Geschwindigkeit von 100 km/h zu beschleunigen?
A13 Ein Zug der Masse 450 t fährt mit der Beschleunigung 0,080 ms-2
aus der Ruhe an. Welche Kraft braucht man zum Beschleunigen?
A14 Ein Schlitten, der zusammen mit einer darauf sitzenden Person die Masse
75 kg hat, wird mit der Kraft 80 N aus dem Stand beschleunigt.
Berechnen Sie für den Fall, dass keine Reibungskräfte zu überwinden sind:
a) Die Beschleunigung, die der Schlitten erfährt.
b) Die Beschleunigungsstrecke, die in den ersten 20 Sekunden
zurückgelegt wird.
c) Die erreichte Geschwindigkeit (in km/h) nach 40 Sekunden.
Wiederholen Sie obige Rechnung für den Fall, dass beim Ziehen
des Schlittens eine konstante Reibungskraft 450 N zu überwinden
 ist.
A15 Die Kolben eines Verbrennungsmotors werden ais Aluminium hergestellt,
also aus einem sehr leichten Metall. Warum müssen die Kolben so leicht
wie möglich sein?
A16 Wie lautet der Trägheitssatz? Weshalb kommt trotzdem ein antriebsloses
Fahrzeug auf ebener gerader Strecke nach einer bestimmten Zeit zum
Stillstand?
A17 Beim Abschleppen eines Fahrzeugs besteht die Gefahr, dass das
gespannte Zugseil durch ruckartiges Anfahren reißt. Begründen Sie dies.
A18 Ein Mittelklassewagen (Masse: 800 kg) beschleunigt in 15 s
von 60 auf 200 km/h.
a) Wie groß ist die mittlere Beschleunigung?
b) Wie groß die mittlere Kraft auf das Auto?
A19 Auf dem Flugzeugträger Enterprise können Flugzeuge bis zu einer Masse
von 550 kg mit dem Katapult gestartet werden. Dabei werden sie auf
einer Strecke von 300 m auf eine Geschwindigkeit von 150 km/h
gebracht.
a) Welche Kraft muss das Katapult ausüben?
b) Wie groß ist die Kraft im Verhältnis zur Gewichtskraft (F/G)?
c) Wie groß ist die Kraft, die auf den Piloten wirkt (m = 78 kg).
A20 Was besagt das Newtonsche Kraftgesetz?
A21 Ein 750 kg schweres Auto wird mit einer Bremskraft von 1350,6 N
gebremst.  Wie groß ist die Bremsverzögerung?
A22 Welche durchschnittlichen Kräfte haben die Kniegelenke auszuhalten,
wenn ein Mann (m=82kg) von einer 4 m hohen Mauer herunterspringt?
Gehen Sie von einer Bremsstrecke von 30 cm aus.
A23 Bei einem Unfall wird ein Autofahrer mit der Masse 94 kg durch
einen Sicherheitsgurt auf einer Strecke von 40 cm von 150 km/h
auf 10 km/h abgebremst. Berechnen Sie:
a) Die Verzögerung (negative Beschleunigung).
b) die auf den Fahrer wirkende Kraft im Vergleich zur Gewichtskraft
A24 Beim Fußballspielen erreicht ein straff geschossener Ball eine
Geschwindigkeit von 130 km/h. Wenn der Torwart einen solchen
Ball fangen will, muss er auf einer Strecke von etwa 10 cm die
Geschwindigkeit des Balles auf 0 km/h herabsetzen. Wie groß ist die
durchschnittliche Kraft, die der Ball auf den Torwart ausübt?
(Masse des Balles: 410 g).
A25 Ein unbeladenes Verkehrsflugzeug der Masse 36 t hebt nach dem
Start mit einer Geschwindigkeit von 280 km/h ab. Die Startbahn
ist 3,5 km lang.
a) Wie lange dauert es bis zum Abheben (a = konstant)?
b) Welche Beschleunigung muss es beim Start erfahren?
c) Welche Kraft muss es beim Start erfahren?
d) Um wie viel muss die Startbahn verlängert werden, wenn die Zuladung
12 t beträgt und Abhebgeschwindigkeit so wie Beschleunigungs-
kraft gleich bleiben sollen?
A26 Im Roman von Jules Verne (Die Reise zum Mond) wurde die Mondrakete
aus einer Kanone abgeschossen. Wäre das technisch möglich?
Daten: Masse des menschlichen Körpers: 75 kg
Nötige Startgeschwindigkeit: 1,68 km/s
Länge des Kanonenrohres: 6 m
A27 Die Masse des Spaceshuttles beträgt beim Start zusammen mit der
Trägerrakete 1570 t.
a) Wie groß ist die Schubkraft, wenn die Rakete in 10 Sekunden nach
dem Start schon mit einer Geschindigkeit von 0,15 km/s besitzt ?
b) Die tatsächliche Schubkraft der Rakete beträgt 35,325 MN. Welche
Beschleunigung kann der Rakete damit verliehen werden?
c) Wie lange benötigt die Rakete für den ersten Kilometer?
d) Welche Geschwindigkeit hat sie am Ende dieser Strecke erreicht?
e) Warum kann über eine längere Flugstrecke die Beschleunigung
nicht mehr als konstant angenommen werden?
A28 Ein LKW verliert 6 Sekunden nach den Start einen Stein. 4 Sekunden
später einen zweiten. Die Zugkraft des Wagens beträgt 2700 N und
er trägt zusätzlich 2 Tonnen Schotter. Wie gross ist die Beschleunigung
wenn die verlorene Steine in einem Abstand von 24 liegen?
Welche Masse hat der unbeladener Wagen ?
A29 Ein liegengebliebenes Auto mit der Masse 560 kg wird von seinem
Fahrer mit einer konstanten Kraft angeschoben.
Nach 90 s hat sich das Auto um 15 m bewegt.
a) Wie groß ist die Beschleunigung?
b) Das Auto wurde mit einer Kraft von 2,48889 N angeschoben.
Berechnen Sie die Beschleunigung mit Hilfe der Kraft.
Wodurch kommt der Unterschied zustande?
A30 Die Masse eines beladenen Boeing 747 beträgt 250 t.
Die 4 Triebwerke erzeugen zusammen eine Antriebskraft von 1800,0 kN.
Wie lang muss die Startbahn des Flughafens sein, damit das Flugzeug
die nötige Geschwindigkeit von 280 km/h erreichen kann?
A31 Ein Arbeiter zieht über eine feste Rolle Backsteine 25 m hoch.
Je Ladung befördert er 50 kg Steine und braucht dafür 12 Sekunden.
Berechnen Sie Arbeit und Leistung.
A32 Wie lange braucht ein Junge, der auf Dauer 240 W leistet, um
50 kg Kohlen 12 m hoch zu ziehen ?
A33 Ein Matrose mit der Masse 83 kg behauptet in 12 Sekunden
einen 12 m hohen Mast erklimmen zu können.
Welche Leistung müsste er dazu vollbringen?
A34 Der Motor eines PKW mit der Masse 600 kg leistet maximal 95 kW.
In welcher Zeit könnte das Fahrzeug theoretisch einen Höhenunterschied
von 150 m bergauf überwinden?
A35 Welche Lageenergie (Höhenenergie) hat ein Eisenträger ( m = 95 t )
im 4. Stock eines Hauses ( h = 12 m ) gegenüber dem Erdboden?
A36 Bei welcher Geschwindigkeit hat ein Pkw ( m = 480 kg ) die
Bewegungsenergie 1 MJ?
A37 Ein Ball ( m = 480 g ) wird von einem 150 m hohen Turm mit einem
Geschwindigkeitsbetrag v1= 15 m/s weggeworfen. Mit welcher
Geschwindigkeit v2 erreicht er den Erdboden?
A38 Ein Auto prallt mit 100 km/h gegen eine feste Mauer. Aus welcher Höhe
müsste es frei herabfallen, um die gleiche zerstörende Energie zu
bekommen ?
A39 Ein Radfahrer kommt mit 10 m/s an einen Abhang, stürzt 10 m
hinunter und prallt auf eine Mauer. Welche Geschwindigkeit hat er kurz
vor dem Aufprall?
A39 Während ein Auto mit der Geschwindigkeit 100 km/h eine Straße
LK mit 16 % Steigung aufwärts fährt, kuppelt Fahrer den Motor aus.
Wie weit kommt das Auto dann noch (ohne Reibung)?
A40 Ein Auto ( m= 1200 kg ) wird von null auf 54 km/h, dann von
54 auf 108 km/h beschleunigt.
Wird jeweils die gleiche Menge Treibstoff benötigt?
A41 Wie schnell ist ein 25 kg schwerer Körper, der aus der Ruhe, linear und
reibungslos für 120 Sekunden mit einer Leistung von 75 Watt
beschleunigt wird?
A42 Wie schnell kommt ein Körper unten auf, wenn er – aus der Ruhe und
reibungslos  in einem homogenen Gravitationsfeld der Größe 1,45 ms-2
aus einer Höhe von 25 m nach unten fällt?
A43 Welche Masse hat ein Körper, wenn er durch einen Kraftstoss von 76 N.s
aus der Ruhe auf eine Geschwindigkeit von 35 m/s beschleunigt wird?
A44 Welche Masse und Geschwindigkeit hat ein Körper mit einem kinetischen
Impuls von 32 kg.m/s, und einer kinetischen Energie von 120 J?
A45 Welche Leistung muss ein Radfahrer abgeben, wenn bei einer Geschwindigkeit
von 42 km/h die Summe aus Roll- und Luftwiderstand mit einer Kraft von
120 N (gegen die Fahrtrichtung) wirken?
A46 Nach welcher Zeit erreicht in einem nach unten gerichteten homogenen
Schwerefeld der Größe 3,6 ms-2 ein mit 46 m/s nach oben geworfener
Körper seinen oberen Umkehrpunkt?
A47 Ein Auto beschleunigt innerhalb von 15 Sekunden von 60 km/h.
Welche Geschwindigkeit v2 erreicht es,
dieses Manövers einer Strecke von 500 zurückgelegt ist?
A48 Wie schnell ist ein Körper, wenn er – aus der Ruhe – für 15 Sekunden mit
1,25 ms-2 linear beschleunigt wird?
A49 In wieviel Sekunden beschleunig ein Porsche von 120 auf 240 km/h,
wenn bekannt ist, dass es innerhalb dieses Manövers einer Strecke von
500 zurückgelegt ist?
Mit welcher Kraft drückt der 80 kg schwerer Fahrer dabei auf den Sessel?
A50 Welche Leistung ist nötig, um einen 320 kg schweren Körper aus der Ruhe,
linear, gleichmässig und reibungslos innerhalb 3 Sekunden auf 120 m/s
 zu beschleunigen?
A51 Wie lange braucht eine Rakete, wenn sie aus der Ruhe mit 1,7 ms-2
auf 125 m/s beschleunigen soll?
A52 Wie groß ist die Arbeit, die ein Schüler (m= 62 kg) verrichtet, wenn er auf
einen 3,2 km hohen Berg steigt ?  Welcher Leistung entspricht es, wenn
er diese Strecke in 2 Stunden schafft ?
A53 Ein Gewichtheber „reißt“ 320 kg zur Hochstrecke (2,1 m) und hält sie dort
3,2 Sekunden lang.
a) Überlegen Sie, in welcher Phase er Arbeit im Sinne der Physik, bzw. im
umgangssprachlichen Sinne verrichtet.
b) Berechnen Sie die Arbeit.
c) Berechnen Sie die Leistung, wenn die Zeit 3,2 Sekunden beträgt.
A54 In einer Schleuse wird ein Lastkahn (m= 20,75 t ) um 18 m gehoben.
a) Wie groß ist die Arbeit ?
b) In welcher Zeit schaft es ein Motor mit der Leistung von 0,12 MW ?
A55 Eine Schülerin zieht einen Expander mit der Kraft Fmax = 25,8 N.
54 cm aus. Wie groß ist die Arbeit ?
A56 Was versteht man unter Lageenergie, Spannenergie, Bewegungsenergie ?
Geben Sie jeweils ein Beispiel.
A57 Welche Kraft wirkt im Motor eines Fahrzeuges mit der Geschwindigkeit von
128 km/h und einer Leisung von 48 kW ?
A58 Wie groß ist die potentielle Energie eines Steins (m= 2,5 kg) 126 Meter über
dem Erdboden, bezogen auf den Erdboden?
A58 Wie groß ist die kinetische Energie eines Autos der Masse 430 kg bei
220 km/h?