Abschlussprüfung Berufliche Oberschule 2014 Physik 12 Technik - Aufgabe III - Lösung

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1 Abchuprüfung Berufiche Oberchue 204 Phyik 2 Technik - Aufgabe III - Löung Teiaufgabe 0 Ein Faden und eine keine Kuge it der Mae 0 20g a Pendekörper biden ein Fadenpende it der Pendeänge Wird da Fadenpende augeenkt und dann ogeaen, o chwingt die keine Kuge in einer vertikaen Ebene u die Geichgewichtage O hin und her Die Mae de Faden und die Däpfung der Schwingung ind vernachäigbar kein Da Bezugniveau für die potentiee Energie der Erdanziehung ei die Horizontaebene durch den Punkt O Teiaufgabe 0 die Abhängigkeit der Periodendauer T der Pendechwingung von der Pendeänge wird für keine Auenkwinke experiente unterucht Bei der durchführung de Veruch erhät an fogende Meergebnie: " in " "T in " Teiaufgabe (5 BE) Betätigen Sie durch graphiche Auwertung der Mereihe, da git: T ~ Wertetabee T AP 204, Phyik 2 Kae, A III - Löung Seite von 7

2 T Wurze Die Mewerte iegen i Rahen der Megenauigkeit auf einer Urprunggeraden T ~ Teiaufgabe 2 (3 BE) Geben Sie die Abhängigkeit der Periodendauer T von der Pendeänge in For einer Geichung an und betien Sie die auftretende Kontante k au de Diagra von T k k Δ ΔT Teiaufgabe 20 Da Fadenpende it der Pendeänge 55 wird u den Winke φ ax 75 nach recht augeenkt Au dieer Poition wird der Pendekörper zu Zeitpunkt t 0 0 au der Ruhe herau ogeaen Der Pendekörper chwingt haronich it der Periodendauer T und der Apitude Teiaufgabe 2 (4 BE) Berechnen Sie 0 und geben Sie die Geichung, die die Abhängigkeit der Eongation de Pendekörper von der Zeit t bechreibt, it eingeetzten Zahenwerten an [ Teiergebni: 0 20c ] Bogen zu Winke φ ax aurechnen: φ ax π 0 φ ax 2π 360 φ ax π π gerundet: 0 20c AP 204, Phyik 2 Kae, A III - Löung Seite 2 von 7

3 Ageeiner Anatz: Konkrete Geichung: t () 0 co( ω t) 0 co 2π T t 2π t () 20cco t 20cco 0800π t 250 Teiaufgabe 22 (3 BE) Berechnen Sie die axiae kinetiche Energie de Pendekörper bei dieer haronichen Schwingung de Fadenpende vt () d dt ( t ()) 0800 π 20c in 0800π t 0800π Apitude: v 0 20c v E kin () t 2 ( vt () )2 E ax 2 v 0 2 E ax 2 020kg E ax 005 J Teiaufgabe 23 (6 BE) I rechten Ukehrpunkt übt der Faden auf den Pendekörper die Kraft F F Berechnen Sie ithife eine Kräftepan, der ae auf den Pendekörper wirkenden Kräfte enthät, den Betrag F F der Kraft F F au φ φ ax co( φ) F F it F F F F F und F G F G G F F F G co( φ) g coφ ax F F 020kg98 2 co( 75 ) F F 2 N AP 204, Phyik 2 Kae, A III - Löung Seite 3 von 7

4 Teiaufgabe 30 Gaiei'che Heungpende I Abtand d 35c unterhab de Aufhängepunkt de Pende wird ein Stift angebracht Da Pende it der Pendeänge 55 wird noch eina u den Winke φ ax 75 nach echt augeenkt Dabei wird der Pendekörper in die Höhe h 3c über der Geichgewichtage angehoben Der Pendekörper wird wieder zu Zeitpunkt t 0 0 au der Ruhe herau ogeaen Teiaufgabe 3 (5 BE) Betätigen Sie durch Rechnung, da bei der Schwingung de Gaiei'chen Heungpende der Pendekörper i inken Ukehrpunkt nur u 8 c au der Geichgewichtage augeenkt it Mögichkeit zur Berechnung: über geoetriche Beziehungen: Energieerhatungatz: E pot ink E pot recht Wegen de Energieerhatungatze chwingt da Pende auf der inken Seite genau o hoch wie auf der rechten Seite, die Höhe der Ukehrpunkte it geich groß Bezeichnung: Pendeänge ink vo Stift: 0 d φ ax ink φ 0 axiae Auenkung nach ink: 0 ink H H 0 φ ax ink ( d) φ ax ink coφ 0 0 h 0 d h φ d 0 arcco d h d φ 0 aco ( 003) φ ( ) H ( ) 844 H 08 H 8c 2 Mögichkeit zur Berechnung: über Energieerhatung 0 g E pot E pann 0 gh x 2 h 2 0 x x ink 2 0 h x ink x ink 08 x ink 8c AP 204, Phyik 2 Kae, A III - Löung Seite 4 von 7

5 Teiaufgabe 32 (3 BE) Berechnen Sie ithife geeigneter Meergebnie au 0 die Periodendauer T H der Schwingung de Gaiei'chen Heungpende Wenn da Heungpende zurück chwingt, hat ich eine potentiee Energie bei Durchgang durch die Geichgewichtage votändig in kinetiche Energie ugewandet Da Pende chwingt ao auf der rechten Seite o weiter, a wäre e nicht abgeknickt worden Die Geatchwingungdauer T ergibt ich dann au der Sue der haben Teichwingungdauern Verringerte Pendeänge: 0 2 Tabee: T 0 22 gegeben: T 25 T ge 2 T 2 T 0 T ge 235 Teiaufgabe 33 (4 BE) Zeichnen Sie ithife geeigneter Punkte da t--diagra zur Schwingung de Gaiei'chen Heungpende für 0 t T H Verwenden Sie dabei den Maßtab: 025 entpricht c ; 50 c entpricht c ; 25 t--diagra Gaiei'che Heungpende Apitude in c Zeit t in AP 204, Phyik 2 Kae, A III - Löung Seite 5 von 7

6 Teiaufgabe 20 Eine Hohkuge K (Radiu r K 45c ) wird kurzzeitig eitend it de Pupo einer Geichpannungquee verbunden Die Kuge K nit dabei die Ladung Q K auf Jede Punkt P i eektrichen Fed der geadenen Kuge it ein eektriche Potentia φ zugeordnet Da eektriche Potentia in eine von der Kuge unendich weit entfernten Punkt ei geich Nu Die Abhängigkeit de eektrichen Potentia φ vo Abtand r eine Punkte P vo Mittepunkt der Hohkuge wird ithife einer Faenonde unterucht Dabei it r r K Teiaufgabe 2 (4 BE) Fertigen Sie eine bechriftete Skizze de Veruchaufbau it aen notwendigen Geräten an Teiaufgabe 22 (6 BE) Erkären Sie die Funktionweie einer Faenonde Mit einer Metaonde, die ir eine tatichen Voteter verbunden it, o da Potentia in eine eektrichen Fed geeen werden I E -Fed enttehen an der Spitze der Sonde Infuenzadungen, die da zu eende Fed verändern, e it keine exakte Meung ögich Durch die Gafae wird die Luft u die Sonde ioniiert, oda die Infuenzadungen abfießen können Jetzt it eine ungetörte Meung i E -Fed ögich AP 204, Phyik 2 Kae, A III - Löung Seite 6 von 7

7 Teiaufgabe 230 Die Hohkuge trägt die Ladung Q K A Der Punkt B iegt auf der Oberfäche der Hohkuge Der Punkt P befindet ich in der Entfernung r P 85c vo Mittepunkt der Hohkuge Teiaufgabe 23 (3 BE) Berechnen Sie da eektriche Potentia φ B de Punkte B und da eektriche Potentia φ P de Punkte P Q K Potentia: φ B it r 4πε 0 r B r P B A i Punkt B: φ B φ 4π A 0045 B V V A i Punkt P: φ P φ 4π A 0085 P V V Teiaufgabe 232 (4 BE) Ein Staubteichen it der Mae kg und der Ladung q A befindet ich i Punkt P und beitzt eine vernachäigbar keine Gechwindigkeit Die Gewichtkraft de Staubteichen it i Vergeich zur eektrichen Karft, durch die da Staubteichen zur Hohkuge hin becheunigt wird, verchwindend kein Auftriebkraft und Luftwidertand ind zu vernachäigen Berechnen Sie den Betrag v K der Gechwindigkeit v K, it der da Staubteichen auf die Hohkuge auftrifft Die potentiee Energie einer Ladung i unendich fernen Punkt ei Nu E kin B E pot B E pot P 2 v K 2 qφ B qφ P 2q φ P φ B Auföen: v K A V 70 3 V v K v K 0 kg AP 204, Phyik 2 Kae, A III - Löung Seite 7 von 7