Physikalische Aufgabensammlung 9783111360867, 9783111003566

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SAMMLUNG

GÖSCHEN

BAND

243

PHYSIKALISCHE AUFGABENSAMMLUNG von

G. M A H L E R f Professor d e r M a t h e m a t i k u n d Physik am G y m n a s i u m in U l m

Neu bearbeitet von PROF.

K.

MAHLER

Ober&tudiendirektor

Mit

den

Ergebnissen

Zehnte Auflage

WALTER DE GRUYTER & CO. vormals G. J. Goschen'sche V e r l a g s h a n d l u n g • J . G u l t e n t a g , V e r l a g s b u c h h a n d l u n g • Georg Heimer • Karl J. T r ü b n e r • Veil ü Comp.

BERLIN

1959

© Copyright 1959 by Walter de Gruyter & Co., Berlin W35, Genthiner Str. 13 Alle Redite, einschl. der Redite der Herstellung von Photokopien und Mikrofilmen, von der Verlagshandlung vorbehalten — Ardiiv-Nr. 110243. Drudi: Lindemann & Lüdecke, Berlin SO 36 — Printed in Germany.

Inhaltsverzeichnis

Seite 5 6

Literatur Vorbemerkungen

I. Kapitel. Mechanik des materiellen Punktes und der starren Körper 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Maß und Messen Gleichförmige und gleichförmig beschleunigte Bewegung Freier Fall, schiefe Ebene, Wurf Masse und K r a f t Arbeit, Energie, Leistung, Impuls Zusammensetzung und Zerlegung der Kräfte Schwerpunkt, Standfestigkeit Gleichgewicht an den einfachen Maschinen Zentralbewegung Mathematisches Pendel. Harmonische Bewegung Physlscheß Pendel. Trägheitsmoment Gravitation .• Elastizität und Festigkeit Der Stoß

7' 8 10 13 15 17 18 20 23 25 27 29 30 31

15. 16. 17. 18. 19. 20.

Gleichgewicht und Druck in Flüssigkeiten Auftrieb in Flüssigkeiten und spezifisches Gewicht Druck in Gasen und Boylesches Gesetz Auftrieb in Gasen, spezifisches Gewicht, Freiballon Ausfluß in Flüssigkeiten und Gasen Strömung. Flächen in Luft und Wasser. Wasserkraftmaschinen

II. Kapitel. Mechanik der Flüssigkeiten und Gase

.

33 35 37 39 41 43

III. Kapitel. Molekularphysik 21. Kapillarität und Oberflächenspannung 22. Kinetische Theorie der Gase

46 47

IV. Kapitel. Wärme 23. 24. 25. 26. 27.

Ausdehnung von festen und flüssigen Körpern Ausdehnung von Gasen. Allgemeine Gasgleichung Spezifische Wärme Änderung des Aggregatzustandes Wärme und Arbeit

28. 29. 30. 31.

Wellenlehre Schwingungszahlen Tonquellen Fortpflanzung des Schalles

48 50 52 54 57

V. Kapitel. Wellenlehre und Akustik 61 62 63 65 1*

4

Inhaltsverzeichnis VI. Kapitel.

32. 33. 34. 35. 36.

Optik

a) G e o m e t r i s c h e O p t i k Ausbreitung und Geschwindigkeit des Lichtes Reflexion des Lichtes Brechung des Lichtes. Platten. Prismen Linsen Optische Instrumente

37. Photometrie 38. Farbenzerstreuung 39. Wellenlängenmessung

b) O p t i B c h e

Strahlung

Seite 6" G8 71 73 75 7a 79 81

VII. Kapitel. Elektrizität und Magnetismus 40. 41.

a) E l e k t r i s c h e s F e l d Kräfte und Arbeit im elektrischen Feld Kapazität. Kondensator

83 85

42. 43. 44. 45.

b) E l e k t r i s c h e S t r ö m u n g Ohmschcr Widerstand Die Gesetze von Ohm und Kirchhoff Stromenergie und Joulesche Wärme Chemische Wirkungen des Stromes

87 89 93 95

c) M a g n e t i s c h e s F e l d 46. Magnetische Felder Btromdurchflossener Leiter 47. Dauermagnete. Erdmagnetismus d) I n d u k t i o n 48. Induktion und Selbstinduktion 49. Elektrische Maschinen. Energieübertragung 50. Wechselstrom. Elektrische Schwingungen 51. KathodenjBtrahlung.

Ergebnisse

96 98 100 102 103

e) E l e k t r i s c h e S t r a h l u n g Energiequantum

107

Vorbemerkungen Soweit nicht in einzelnen Aufgaben andere Angaben gemacht sind, gelten allgemein folgende Festsetzungen: Zahlenwert von 7r:3,14; Logarithmus von n : 0,4971. Dichte des Wassers 1 g/cm3 ,, „ Quecksilbers 13,6 g/cm3 „ der Luft bei 0° C und 760 Torr 0,001293 g/cm3. Erdbeschleunigung g = 981 cmsek-2. Normaldruck 760 mm Quecksilbersäule (760 Torr) entsprechend 1,033 kpcm-2. Normaltemperatur (bei Gasen) 0°C. Absoluter Nullpunkt — 273,2° C. Raumausdehnungszahl der Gase 0,00366 bzw. Mechanisches Wärmeäquivalent 1 Kcal entspricht 427 mkp. Schallgeschwindigkeit in Luft bei 0° 331 msek -1 , bei Zimmertemperatur 340msek _1 Normal-a («') 440 Hertz Lichtgeschwindigkeit in Luft e = 300000 kmsek -1 . 1 Ohm Widerstand besitzt ein Quecksilberfaden von 106,3 cm Länge und 1 mm2 Querschnitt bei 0° C. 1 Ampere scheidet in 1 Sekunde 1,118 mg Silber aus. Atomgewicht des Silbers 107,88. Loschmidtsche Zahl für 1 Mol 6,02 • 1023. Elektrisches Elementarquantum 1,6 • 10~19 Coulomb. E.M.K, bedeutet Elektromotorische Kraft. Absolute Dielektrizitätskonstante 8,86 • 10 -14 Ampsek/Voltcm. Absolute Permeabilität 1,256 • 10 -8 Voltsek/Ampcm. Das g- Gewicht ist in der neuen Auflage mit p (pond) statt wie bisher mit g* bezeichnet.

Literatur Bei der großen Zahl von Aufgaben, die in dem vorliegenden Band der Sammlung Göschen enthalten sind, mußten die Lösungen sich im wesentlichen auf die Angabe der Schlußresultate beschränken. Ausführlichere Anleitung findet der Leser In der sehr ausgedehnten physikalischen Literatur, aus der einige wenige Werke namentlich genannt seien: B c r g m a n n - S c h a e f e r , Lehrbuch der Experimentalphysik. Berlin: Walter de Gruyter & Co. B o h n und M a t t h i , Sammlung physikalischer Aufgaben. Leipzig: Quelle & Meyer. B u d d e , Physikalische Aufgaben. Braunschwelg: Vieweg & Sohn. E b e r t , Lehrbuch der Physik. Berlin: Walter de Gruyter & Co. ! < ' l i e d n e r - K r e b s , Aufgaben aus der Physik. Braunschwelg: Vieweg & Sohn. G o t t s b a c h e r , Physikalische Aufgabensammlung. Leipzig und Wien: Deuticke. G r l m s e h l , Lehrbuch der Physik. Leipzig: Teubner. H a h n , Lehrbuch der Physik. Braunschweig: Westermann J ä g e r , Theoretische Physik. Sammlung Göschen 76—78, 374, 1017. M a h l e r , Physikalische Formelsammlung. Sammlung Göschen 136. P o h l , Einführung in die Mechanik und Akustik. Berlin: Springer. P o h l , Einführung in die Optik. Berlin: Springer. P o h l , Einführung in die Elektrizltätslehre. Berlin: Springer. P o s k e - B a v 1 n k , Lehrbuch der Physik. Braunschweig: Vieweg u. Sohn I t e g l e r , Physikalische Aufgabensammlung. Leipzig: Barth. K o s e n b e r g - H a u s c h u l z , Lehrbuch der Physik. Leipzig: Freytag. I t i e c k e - L e c h e r , Lehrbuch der Physik. Berlin: Walter de Gruyter & Co. S c h a e f e r , Einführung In die theoretische Physik. Berlin: Walter de Gruyter & Co. Z e c h - C r a n z , Sammlung von Aufgaben aus der theoretischen Mechanik. Stuttgart: Mctzler.

I. Kapitel Mechanik des materiellen Punktes und der starren Körper § 1. Malt und Messen

1. Die Länge eines m (cm) ist in f i , m/u und A.E. umzurechnen. 2. Aus genauen Messungen ergibt sich, daß auf einer Strecke von einem m die Zahl von 1553164 Wellenlängen der roten Kadmiumlinie liegen. Wieviel m/u bzw. A.E. beträgt danach die Wellenlänge dieser Linie? 3. Der Stern