Eingangstest

Zum Einstieg können Sie mit diesen Aufgaben testen, wo Sie in der Physik noch Lücken haben, die Sie schließen sollten. Dabei steht jede Aufgabe für ein Kapitel im Buch. Sollten Sie feststellen, dass Sie eine Aufgabe nicht lösen können, ist es vielleicht schlau, zuerst dieses Kapitel durchzuarbeiten, wenn Sie nur noch wenig Zeit haben.

Aufgabe zu Kapitel 2

Sie stehen auf einer Wiese und lassen ein Spielzeugflugzeug um sich kreisen. Das Seil ist 8 m lang, das Flugzeug braucht 5 s für eine Umdrehung.

Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs? In welche Richtung zeigt der Geschwindigkeitsvektor? Begründen Sie, warum es sich um eine beschleunigte Bewegung handelt. In welche Richtung zeigt die Beschleunigung? Wie groß sind Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung?

Aufgabe zu Kapitel 3

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich auf einer Luxusyacht an einem Poolbillardtisch und haben einen Drink in Ihrer Hand. Auf dem Tisch vor Ihnen liegen nur noch zwei Kugeln, eine weiße und eine schwarze. Allerdings stammt die weiße Kugel von einem Karambolagespiel und ist schwerer als die schwarze (niemand weiß, wie sie dahingekommen ist. Vielleicht hat der Drink etwas damit zu tun). Plötzlich stößt die Yacht aus irgendeinem Grund gegen eine Hafenmauer. Was passiert auf dem Billardtisch? Benutzen Sie für Ihre Beschreibung alle drei Newton'schen Gesetze.

Aufgabe zu Kapitel 4

Stellen Sie sich vor, Sie heben eine Glaskugel von 1 kg um einen Meter hoch, um sie an einer Feder aufzuhängen. Wie groß ist die dazu erforderliche Arbeit? Danach passiert Folgendes: Irgendwie löst sich die Kugel aus ihrer Halterung, fällt zu Boden und zerschellt. Beschreiben Sie diese Vorgänge aus energetischer Sicht. Wenn man statt einer Glaskugel einen Gummiball der gleichen Masse verwendet: Wird er nach dem Aufprall auf dem Boden wieder die ursprüngliche Höhe von 1 m erreichen?

Aufgabe zu Kapitel 5

Abbildung 1.1: Zur Rotation von Körpern

Die obige Abbildung zeigt drei Körper, die in eine Rotation um eine Achse durch den Mittelpunkt versetzt werden sollen. Welche Größe ist für den Erfolg dieser Bemühungen ausschlaggebend? Bei welchem der drei Angriffspunkte wird man den größten Erfolg erzielen? Welcher der drei Körper rotiert bei Anwendung der gleichen Kraft am schnellsten, wenn alle drei Körper die gleiche Masse besitzen?

Aufgabe zu Kapitel 6

Das ideale Gasgesetz lautet:

Dabei ist V das Volumen und R eine Konstante. Erläutern Sie die drei verbleibenden Größen des Gesetzes. Betrachten Sie zudem 1 mol Helium und 1 mol Schwefelhexafluorid (SF 6). Welches der beiden Gase besitzt bei gleichen Bedingungen das größere Volumen?

Aufgabe zu Kapitel 7

Abbildung 1.2: Ein Dewargefäß

Die folgende Abbildung zeigt ein Dewargefäß, das der Wärmeisolierung dient. Erläutern Sie anhand der Abbildung, worauf die isolierende Wirkung beruht. Nach dem gleichen Prinzip sind im Übrigen auch Thermoskannen aufgebaut.

Aufgabe zu Kapitel 8

Stellen Sie sich vor, sie sollten eine Wärmekraftmaschine betreiben, die bei 500 °C (773,15 K) arbeitet. Diese Maschine besitzt eine Wärmesenke, deren Temperatur 20 °C (293,15 K) beträgt. Warum ist diese Wärmesenke erforderlich? Nennen Sie mindestens zwei Gründe, warum der Wirkungsgrad dieser Maschine kleiner als eins ist. Wie groß ist der maximal erreichbare Wirkungsgrad?

Aufgabe zu Kapitel 9

Abbildung 1.3: Geladene Sauerstoffmoleküle durchqueren einen Plattenkondensator

Ein Strahl von einfach geladenen Sauerstoffmolekülionen () gelangt mit einer Geschwindigkeit von v = 8 × 10 4 m/s durch die Öffnung auf der linken Seite des in Abbildung 1.3 gezeigten Plattenkondensators. Er soll den Kondensator mit der Länge l = 7,5 cm durchlaufen und ihn durch die Öffnung auf der rechten Seite, die um d = 2 cm nach oben versetzt ist, wieder verlassen. In welche Richtung muss der Kondensator gepolt sein, damit dies möglich ist? Wie groß muss das elektrische Feld in dem Kondensator sein?

Aufgabe zu Kapitel 10

Abbildung 1.4: Eine Ladung in einem homogenen Feld

Ein positiv geladener Körper mit einer Ladung von q = 5,3 × 10 –9 C wird in einem homogenen elektrischen Feld mit der Feldstärke E = 241 V/m, das von einer negativ geladenen Platte hervorgerufen wird, vom Punkt r 1 = 2,9 cm zum Punkt r 2 = 5,7 cm gebracht. Wie groß ist die Kraft auf die Ladung, in welche Richtung zeigt sie? Wie ändert sich die potentielle Energie des Körpers? Welche Potentialdifferenz hat er durchlaufen? Welche Arbeit musste dafür aufgebracht werden?

Aufgabe zu Kapitel 11

Die Massenspektrometrie dient zur Identifizierung und Quantifizierung der in einem Material vorhandenen chemischen Elemente. Dabei werden die Elemente in dem Material zunächst ionisiert (also elektrisch aufgeladen). Danach folgt die Identifizierung mithilfe von elektrischen und magnetischen Feldern. Versuchen Sie zu skizzieren, wie das Verfahren im Detail aussieht (Hinweis: Überlegen Sie sich, welche Auswirkungen Felder auf Ladungen haben, und in welchen Fällen elektrische bzw. magnetische Felder wirken. Ziel ist es im Endeffekt, die Teilchen ihrer Masse entsprechend zu trennen.)

Aufgabe zu Kapitel 12

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