ÜBUNGEN ZUR
EXPERIMENTALPHYSIK I (BACHELOR-STUDIENGANG MEDIZINPHYSIK) WINTERSEMESTER 2011/2012
– BLATT 3 –
Ausgabe am 01.11.2011
Abgabe am 07.11.2011 um 12:00 (Kästen im Foyer des Physik-Gebäudes)
Lösungen bitte handschriftlich und dokumentenecht (Kuli o.ä.) in Papierform. Maximal vier Teilnehmer/innen können eine gemeinsame Lösung einreichen. Bitte heften Sie alle Blätter zusammen, geben Sie auf der ersten Seite alle Namen und die Übungsgruppe an sowie auf den folgenden Seiten mindestens einen Namen. Der Lösungsweg muss nachvollziehbar sein.
Aufgabe 1: Sonne, Mond und Erde (4 Punkte)
a) Nachdem Sie neulich am Strand den Erdradius bestimmt haben (s. Blatt 1, R = 6370 km) und Ihnen inzwischen die Gravitationskonstante bekannt ist, können Sie mit Hilfe einer weiteren Größe, die Ihnen ebenfalls aus der Vorlesung wohlbekannt ist, die Masse der Erde berechnen.
b) Der Abstand der Erde zur Sonne ist aus Radarmessungen sehr gut bekannt und beträgt 149,6 Millionen km. Berechnen Sie die Masse der Sonne.*)
c) Welche Gravitationsbeschleunigung üben Sonne und Erde auf den Mond aus (Abstand Erde-Mond ca. 370000 km)? Warum wird der Mond nicht von der Erde weggezogen?
d) Berechnen Sie noch einmal die Erdmasse, ohne den Erdradius zu verwenden.*)
*) Die hier benötigten Zusatzinformationen sind Allgemeinwissen.
Aufgabe 2: Attwood’sche Fallmaschine (2 Punkte)
In der Vorlesung wurde ein Beispiel einer „Attwood’schen Fallmaschine“ vorgeführt. Hierbei wurde ein Wagen (Masse M1) auf einer Luftkissenbahn durch ein Gewichtstück (Masse M2) beschleunigt, das an einem Faden hing. Der Faden wurde so über Rollen geführt, dass die beschleunigende Kraft horizontal auf den Wagen wirkte.
a) Fertigen Sie eine Skizze an und berechnen Sie die Beschleunigung zunächst allgemein.
Was geschieht in den Fällen M1 << M2 , M1 = M2 und M1 >> M2 ?
b) Berechnen Sie die jeweilige Beschleunigung für die im Versuchsaufbau realisierbaren Fälle M1 = 218 g bzw. 436 g kombiniert mit M2 = 20 g, 40 g und 80 g. Fertigen Sie eine Tabelle an. Welche Ungenauigkeiten treten beim Experiment auf?
(bitte wenden)
Aufgabe 3: Lost in Space (2 Punkte)
Sie schweben 50 m neben Ihrem Raumschiff und ärgern sich, dass Sie das Sicherungsseil vergessen haben. Über Ihr Handfunkgerät haben Sie zwar Kontakt zu den Kollegen im Raumschiff, aber die haben gerade keine Lust, Ihnen zu helfen und verweisen nur auf die Gravitation, die Sie ja schließlich zurückholen wird. Beeilen Sie sich mit den folgenden Überlegungen, denn Ihr Luftvorrat reicht nur noch für 10 Minuten:
a) Schätzen Sie anhand folgender Angaben ab, ob die Gravitationswirkung des Raumschiffs Sie retten wird: Masse des Raumschiffs 1400 Tonnen, Ihr „Körpergewicht“ (eigentlich Masse) 75 kg, Raumanzug 53 kg, Funkgerät 2 kg.
b) Wie könnten Sie sich sonst noch retten? Schätzen Sie die Zeit ab, in der Sie das Raumschiff erreichen würden.
