Energie und Energieerhaltung

Eine Zusammenfassung zum Thema.

1 Masse im Gravitationsfeld
L

Eine Masse m = 75 kg wird in einer Höhe von 4 m fallen gelassen.

Welche potentielle und kinetische Energie hat die Masse in der Höhe h = 1 m?

Welche Geschwindigkeit hat die Masse bei dieser Höhe?

Zeichne in ein Diagramm als Funktion der Höhe h den Verlauf der potentiellen Energie, der kinetischen Energie und der Geschwindigkeit v.

2 Pendel
M

An einem dünnen Faden der Länge l = 50 cm schwingt eine Masse m = 200 g. Die Masse wird bei einer Auslenkung phi = 30 ° losgelassen. Welche Geschwindigkeit hat die Masse bei phi = 0° ?

3 Potentielle Energie und Wärmeenergie
L

Nehmen wir an, potentielle Energie könnte vollständig in Wärmeenergie umgewandelt werden.

Aus welcher Höhe müßte Wasser fallen, damit es sich dann um 1 °C erwärmt?

4 Tee kochen
L

Ein Holzofen kann die Verbrennungswärme des Heizmaterials zu 60 % dem Wasser in einem Teekessel zuführen.

Wieviel Holz mit einem Heizwert von 15 000 kJ/kg muss verbrannt werden, um 1.5 Liter Teewasser zu erzeugen. Das Teewasser muss von 12 °C auf 100 °C erwärmt werden.

5 Computer
L Ein Computer benötigt für den Betrieb bei U = 230 V einen Strom von 0.4 A. Welche Energie in kWh benötigt er, wenn er 6 Stunden in Betrieb ist? ( Hinweis: 1 J = 1 Ws ). Was kostet der Betrieb in Euro , wenn 1 kWh 0.15 Euro kostet?
6 Energieressourcen
L

200 Liter Wasser sollen um ca. 40 °C erwärmt werden. Das Warmwasser wird erzeugt durch

a) einen elektrischen Heizstab mit 5 kW, Wirkungsgrad 95% Wie lange muss der Heizstab in Betrieb sein?

b) über den Wärmetauscher einer Ölheizung ( Heizwert = 10,0 kWh / Liter), Wirkungsgrad 80% Wie viel Liter Öl müssen verbrannt werden?

c) durch Sonnenenergie über 8 m² Kollektorfläche Solarkonstante = 1,38 kW / m2 (= von der Sonne eingestrahlte Leistung) Wirkungsgrad 60% bezogen auf die eingestrahlte Leistung Wie lange muss die Sonne das Wasser aufheizen?

7 Rammbock
M

Ein Rammbock mit m1 = 2000 kg fällt aus einer Höhe von 1 m auf einen Piloten mit der Masse m2 = 2000 kg. Nehmen wir an, daß 50 % der Energie in Wärme umgeformt wird, und Rammbock und Pilot sich gleichmäßig erwärmen.

Wie oft muß der Rammbock am Piloten auftreffen, damit dieser sich um 5 °C erwärmt? (spez. Wärme von Rammbock und Pilot: c = 460 J / kg K)

8 Galoppierendes Pferd
M

Welche kinetische Energie hat ein galoppierendes Pferd samt Reiter wenn die Gesamtmasse 500 kg und die Geschwindigkeit 30 km/h beträgt?

Wie weit fliegt der Reiter, wenn er bei einer plötzlichen Richtungsänderung des Pferdes infolge seiner Trägheit aus dem Sattel fliegt? Der Schwerpunkt des Reiters ist in einer Höhe von 2 m.

Wie lange dauert sein Flug?

Welche Geschwindigkeit hat er beim Aufprall am Boden? Gibt diese Geschwindigkeit auch als Vektor an!

Zahlenwerte für individuelles Übungsblatt erzeugen: Originalwerte
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