Physik und Chemie: Übungen zu Dynamik und Gasgesetzen

Impuls und Kraft

Ein Körper der Masse 14 kg bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s. Eine konstante Kraft wirkt für 1 Sekunde in die gleiche Richtung. Wenn der Körper am Ende eine Geschwindigkeit von 9 m/s erreicht:

• Impuls (P): P₀ = 14 kg * 3 m/s = 42 kg·m/s; P = 14 kg * 9 m/s = 126 kg·m/s
• Kraft (F): ΔP = 126 - 42 = 84 kg·m/s; F = ΔP / t = 84 N / 1 s = 84 N

Aktion und Reaktion

Bei einer Interaktion zwischen zwei Körpern wirkt eine Kraft (Aktion) auf den zweiten Körper, während eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft (Reaktion) auf den ersten Körper wirkt.

Dynamik: Masse und Beschleunigung

Zwei Körper (m₁ = 50 kg, m₂ = 60 kg) sind durch ein Seil verbunden. Körper 1 schiebt Körper 2 mit einer Kraft von 60 N.

• Beschleunigung: F = m * a → 60 N = 60 kg * a → a = 1 m/s²

Stoßvorgang

Ein Tennisball (0,125 kg) wird mit 12 m/s geschlagen und erreicht eine Geschwindigkeit von 20 m/s in entgegengesetzter Richtung. Bei einer Kraft von 400 N berechnet sich die Kontaktzeit (t) wie folgt:

F * t = m * Δv → 400 * t = 0,125 * (20 - (-12)) → 400t = 4 → t = 0,01 s

Chemie: Stöchiometrie

Atomgewichte: H=1, O=16, S=32, Na=23, C=12, N=14, I=127, Fe=56.

Reaktion von Natrium (Na) mit Chlor (Cl): Bei 4,02 g Na entstehen 10,2 g Natriumchlorid. Die Masse an Chlor beträgt: 10,2 g - 4,02 g = 6,18 g Cl.

Eisensulfid-Experiment

Experimentell reagieren 5,58 g Eisen mit 3,21 g Schwefel. Für 1,23 g Schwefel ergibt sich die benötigte Eisenmasse durch das Verhältnis: (5,58 * 1,23) / 3,21 = 2,14 g Eisen.

Gasgesetze

• Boyle-Mariotte: Bei konstanter Temperatur ist das Produkt aus Druck und Volumen konstant.
• Gay-Lussac: Bei konstantem Volumen ist der Druck proportional zur Temperatur.
• Dalton-Gesetz: In einem Gasgemisch verhält sich jedes Gas, als ob es das gesamte Volumen allein einnimmt.

Reibungskräfte und Bewegung

Reibungskräfte wirken immer entgegen der Bewegungsrichtung. Es wird zwischen Haftreibung (statisch) und Gleitreibung (dynamisch) unterschieden: Fᵣ = μ * N.

Beispiel: Horizontale Ebene

Ein Schrank (80 kg) auf einer Fläche mit μ = 0,25. Bei einer Kraft von 250 N:

• Reibungskraft (Fᵣ) = 0,25 * 80 kg * 9,8 m/s² = 196 N
• Beschleunigung: (250 N - 196 N) / 80 kg = 0,675 m/s²