Wachstum- und Zerfallsprozesse

1. Eine Bakterienkultur wird von einer Krankheit befallen, ihre Population nimmt daher stark ab: 10 Tage nach Beginn des Beobachtungszeitraums hat sie bereits um 40 % abgenommen, nach weiteren 8 Tagen umfasst sie nur mehr 40 000 Bakterien. Berechne die Anfangspopulation! Stelle die Entwicklung der Population N(t) durch eine Exponentialfunktion (und durch eine Differentialgleichung) dar! Um wie viel Prozent nimmt die Population täglich ab? Um wie viel Prozent nimmt sie in 5 Tagen ab? In welchem Zeitraum nimmt sie um die Hälfte ab? Nach wie viel Tagen ist die Population unter ein Bakterium gesunken, also praktisch ausgestorben?
2. U131 ist ein β-Strahler mit einer Halbwertszeit von 6 Tagen. Gib das Zerfallsgesetz auf zwei Arten an! Wenn von einer Probe nach 16 Tagen noch 50 mg vorhanden sind, wie viel mg waren es dann am Anfang? Nach wie viel Tagen ist nur mehr 1 mg vorhanden? Berechne die prozentuelle Änderung vom Ende des 5. bis zum Ende des 10. Tages! Leite aus dem Zerfallsgesetz eine Differentialgleichung her, die diesen Zerfall beschreibt! Beschreibe, was diese Differentialgleichung inhaltlich aussagt!
3. Wenn Licht in einen durchsichtigen Stoff eintritt, wird ein Teil des Lichts beim Durchlaufen des Stoffes absorbiert Die Abnahme der Lichtintensität I(d) beim Durchgang durch eine Schicht der Dicke d erfolgt exponentiell. Licht wird beim Durchdringen einer Schicht von 10 mm Dicke auf 80 % des ursprünglichen Wertes geschwächt. Berechne, um wie viel Prozent das Licht pro mm geschwächt wird! Bei welcher Schichtdicke ist eine Abschwächung um 70 % zu erwarten?
Wie viel Prozent werden von einer 100 mm dicken Schicht absorbiert?
Welche Beziehung besteht zwischen der Intensität bei der Schichtdicke d und der Änderungsrate der Intensität bei derselben Schichtdicke? Stelle diese Beziehung durch eine Formel dar!
4. Die Bevölkerung Oberösterreichs ist von 1 289 000 im Jahr 1986 auf 1 315 000 im Jahr 2000 angewachsen. Beschreibe die Bevölkerungsentwicklung a) mit Hilfe eines linearen Modells; b)mit Hilfe eines exponentiellen Modells. Untersuche jeweils, wann nach diesen beiden Modellen Oberösterreich menschenleer gewesen wäre! Stelle in einer Zeichnung die Bevölkerungsentwicklung nach beiden Modellen vom Jahr 2000 bis zum Jahr 2500 dar und vergleiche! Ermittle aus der Zeichnung, ab wann die nach den beiden Modellen prognostizierten Bevölkerungszahlen um mehr als 200 000 differieren!
5. In einem Gefäß befindet sich heißes Wasser mit der Temperatur T2 = 80°C. Die Umgebung hat die Temperatur T1 = 20°C. Die Abkühlung auf die Temperatur T erfolgt nach dem Gesetz (T in Celsiusgraden und t in Minuten) Welche Temperatur hat das Wasser nach a) 10 min, b) 40min?
6. Frau Süss erhält eine Tasse mit besonders heißem Tee (90°C) serviert. Da sie ihn gezuckert liebt, möchte sie zwei Stück Zucker hineinwerfen. Dadurch wird der Tee, vor allem durch den Lösungsvorgang um etwa 15 °C abgekühlt. Frau Süss liebt eine Trinktemperatur von etwa 35°C. Ist es nun klüger, den Zucker sofort hineinzuwerfen oder abzuwarten, bis der Tee auf eine Temperatur von 50°C abgekühlt ist und dann erst zu zuckern? Verwende die Formel und die Umgebungstemperatur vom Beispiel 5.