Aufgaben zum freien Fall - Wuhnsen.de

Aufgaben zum freien FallAufgabe M11-242: (Höfling II, M40)Ein Stein fällt von der Hamburger Köhlbrand-Brücke ins Wasser. Die Flugzeit beträgt t =3,19 sec. Wie hoch ist die Brücke?Bei der Lösung soll der Luftwiderstand vernachlässigt werden.Aufgabe M11-245: (Höfling II, M43)Aus welcher Höhe h müsste man ein Auto auf die Straße stürzen lassen, damit man ähnlicheVerformungen erzielt, wie sie bei einem Zusammenprall des Fahrzeugs mit einemBrückenpfeiler bei der Geschwindigkeit v = 90 km/h auftreten?Aufgabe M11-246: (Höfling II, M44)Ein Sportler springt von einem h = 10 m hohen Sprungbrett ins Wasser. Im Wasser bremst erseine Geschwindigkeit auf dem s = 4 m langen Bremsweg zu null ab. Es soll angenommenwerden, dass das gleichförmig geschieht; die räumliche Ausdehnung des Menschen soll nichtberücksichtigt werden.Welche Beschleunigung a tritt beim Abbremsen im Wasser auf?Aufgabe M11-247: (Höfling II, M45)Auf der Marienfeste in Würzburg befindet sich ein s = 104 m tiefer Brunnen. Wenn man inden Brunnen einen Stein fallen ließe, so würde man den Aufschlag auf dem Wasser nach derZeit t (gemessen vom Zeitpunkt des Fallenlassens an) hören. Berechnen Sie die Zeit t!Bei der Lösung soll der Luftwiderstand vernachlässigt werden.Schallgeschwindigkeit in Luft bei 15°C: c Luft = 240 m/sec.Aufgabe M11-249: (Vogel, S.13, Bremsstrecke eines Autos)Der TÜV misst die Bremsverzögerung eines Autos in % der Fallbeschleunigung. Pkwsmüssen mindestens 60% davon haben. Ihr Auto habe gerade diese Verzögerung. Wie großsind Anhalte- und Bremsstrecke aus 50 km/h, 100 km/h bzw. 150 km/h? Als Reaktionszeitsoll die "Schrecksekunde" genommen werden. (Anhalteweg = Reaktionsweg + Bremsweg)Aufgabe M11-251: (Höfling II, M47)Zur Durchführung von Versuchen unter Schwerelosigkeit plante die Deutsche ForschungsundVersuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVLR) 1978 in Porz-Wahn bei Köln ein 210m tiefes, evakuierbares Bohrloch zu schaffen. Das Projekt wurde allerdings nicht realisiert.Die frei fallenden Versuchskörper sollten in der Nähe des Schachtbodens mit derBeschleunigung a = 50g abgebremst werden. Wegen der räumlichen Ausdehnung desFallkörpers und der experimentellen Vorrichtungen hätte ein h = 199 m langer Weg für denfreien Fall und die Bremsstrecke zur Verfügung gestanden.a) Welche Geschwindigkeit hätte der Körper bis zu dem Punkt erreicht, in dem derBremsvorgang einsetzte?b) Wie lange hätte der Versuchskörper frei fallen können?c) Welche Fallstrecke hätte er in dieser Zeit zurückgelegt?d) Wie lange hätte der Bremsvorgang gedauert?e) Wie lang wäre die Bremsstrecke gewesen?Wuhnsen, Phy 11, 28.09.2007

Aufgabe M11-256: (Höfling K, M8)Ein Tourist hat drei angefaulte Äpfel. Damit er noch zu einem minimalen Konsumspaßkommt, lässt er die Äpfel von einem hohen Aussichtsturm nacheinander zu den Zeitpunkten t 1= 0 sec; t 2 = 1 sec; t 3 = 2 sec fallen. Zum Zeitpunkt t 4 = 4 sec sind die Äpfel "unterwegs";denken Sie sich eine Momentfotografie der Situation. Stellen Sie eine entsprechende Skizzeher! Berechnen Sie für den Zeitpunkt t 4 den gegenseitigen Abstand der zu den Zeitpunkten t 1und t 2 gestarteten Äpfel und den gegenseitigen Abstand der zu den Zeitpunkten t 2 und t 3gestarteten Äpfel.Die Auswirkung des Luftwiderstandes soll unberücksichtigt bleiben.Aufgabe M11-257: (Höfling K, M9)Wer ohne Sicherheitsgurt mit der Geschwindigkeit v 1 = 90 km/h auf einen Betonpfeiler fährt,kann nicht damit rechnen, diesen Auffahrunfall lebend zu überstehen. Der Fahrer gleicht einerleichtsinnigen Hausfrau, die ungesichert beim Fensterputzen aus dem obersten Stockwerkeines Hochhauses auf die Straße fällt. Aus welcher Höhe h fällt die Frau bei vergleichbarenUnfallfolgen?Denken Sie sich nun das Hochhaus als Forschungsinstitut auf dem Mond stehen. Hier stürztein Mondforscher fahrlässig aus der gleichen Höhe h aus dem Fenster. Er kommt mit einigenKnochenbrüchen davon, wenn seine Aufprallgeschwindigkeit unterhalb des Doppeltenderjenigen Geschwindigkeit bleibt, mit der ein Fallschirmspringer auf der Erde aufsetzt.Fallschirmspringer landen mit v FS = 5,5 m/sec. Zeigen Sie, dass der leichtsinnigeMondforscher nach einem Krankenhausaufenthalt wieder der Mondforschung zur Verfügungsteht.Fallbeschleunigungen: g Erde = 9,81 m/sec² g Mond = 1,62 m/sec²Wuhnsen, Phy 11, 28.09.2007