Aufgabe 2: Laufkatze mit schwingender Last

Diese Aufgabe behandelt eine praktische Anwendung von mechanischen Schwingungen am Beispiel einer Laufkatze, die eine schwere Last transportiert.

Definition: Laufkatze - Ein bewegliches Hebezeug, das sich horizontal auf einem Träger oder einer Schiene bewegt.

Die Aufgabe gliedert sich in mehrere Teilschritte:

a) Es wird begründet, warum die an einem Seil hängende Last eine Schwingung ausführt.

b) Die Höhendifferenz, die der Körper zurücklegt, wird berechnet.

c) Der maximale Auslenkwinkel und die Amplitude der Schwingung werden ermittelt.

d) Die Zulässigkeit der Kleinwinkelnäherung wird diskutiert und begründet.

Highlight: Die Kleinwinkelnäherung ist für Winkel kleiner als 3° zulässig, da hier sin(α) ≈ α gilt.

e) Die Periodendauer der ungedämpften Schwingung wird berechnet.

f) Abschließend wird die maximale Kraft berechnet, mit der das Seil während der Schwingung belastet wird.

Diese Aufgabe demonstriert die praktische Anwendung von Schwingungen in der Physik und verbindet theoretische Konzepte mit realen Situationen.

Aufgabe 3: Körpermassenmessung im Weltraum

Die letzte Aufgabe beschäftigt sich mit der Messung der Körpermasse von Astronauten im Weltraum mittels des "Body Mass Measurement Device" (BMMD).

a) Es wird erläutert, warum eine normale Bodenwaage im Weltraum nicht funktioniert.

Highlight: Im Weltraum wirkt keine Gewichtskraft, daher kann eine normale Waage keine Masse messen.

b) Die Funktionsweise des BMMD wird erklärt. Das Gerät nutzt eine Schraubenfeder, um die Masse des Astronauten zu bestimmen.

c) Abschließend wird diskutiert, ob die Orientierung des Geräts relativ zur Erde eine Rolle spielt.

Diese Aufgabe zeigt eine interessante Anwendung von Schwingungen und Wellen in der Raumfahrt und verdeutlicht, wie physikalische Prinzipien genutzt werden können, um alltägliche Probleme in außergewöhnlichen Umgebungen zu lösen.