11. Physikolympiade des Landes Sachsen-Anhalt Schuljahr 2014/ Endrunde Lösungen Klasse 8

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Maximilian Weber
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1 Hinweise für die Korrektoren: - Kommt eine Scülerin oder ein Scüler bei der Bearbeitun der Aufaben auf einem anderen als dem aneebenen We zum rictien Erebnis, so ist das als ricti zu werten. - Die Punkte je Aufabe sind verbindlic. Die aufefürte Verteilun der Punkte inneralb einer Aufabe at empfelenden Carakter. - Den Scülern ist miteteilt worden, dass Konzepte als solce zu kennzeicnen sind und nict mit zur Bewertun eranezoen werden. Aufabe 1: Experiment a) Im ersten Teilversuc et die Knete unter, im zweiten scwimmt sie. b) Im ersten Teilversuc et die Knete unter, weil ire Dicte rößer ist, als die von Wasser. Oder: weil ire Gewictskraft rößer als ire Auftriebskraft ist. Im zweiten Teilversuc verdränt sie durc ire Form mer Wasser, dadurc sind Auftriebskraft und Gewictskraft leic roß. Oder: die Durcscnittsdicte von Knete und Luft ist kleiner als die von Wasser. Insesamt: 3 P Aufabe 2: Scnellflutaube e.: vv RR 42 kkkk ss 150 kkkk tt 0 10 mmmmmm vv YY 36 kkkk vv TT 45 kkkk es.: ss YY (Yellow Dove) ss TT (Taube) Lös.: a) In der Zeit t 0 let Red Rocket bereits eine Strecke zurück. Übri bleiben ss 0 ss vv RR tt kkkk 42 kkkk 10 mmmmmm ss kkkk Für die Zeit bis zum Zusammenstoß t T ilt: ss 0 vv RR tt TT + vv YY tt TT (vv RR + vv YY )tt TT tt TT ss kkkk vv RR +vv YY 42 kkkk +36kkkk tt TT 110 mmmmmm Die Entfernun ab Silver Creek berecnet sic zu ss TT vv YY tt TT 36 kkkk 110 mmmmmm ss TT 66 kkkk Seite 1 von 5

2 b) Diaramm Je Grap : Yellow Dove, Red Rocket, Ruepase: 3 P c) Die Lanstreckenscnellflutaube fliet die Zeit t T mit der Gescwindikeit v T. Dass sie ständi die Rictun wecselt ist irrelevant. Ir Fluwe berecnet sic zu: ss TT vv TT tt TT 45 kkkk 110 mmmmmm ss TT 82,5 kkkk Die Taube let 82,5 km zurück. Insesamt: 10 P Aufabe 3: Jonas Indian und der Quecksilbersee e: mm JJ 85 kkkk ρρ JJ 1,01 ρρ HH 13,53 cm 3 19,3 cm 3 cm 3 es: p (Prozentsatz) mg (Masse Gold) Lös.: a) Berecnun des einetaucten Anteils Die esucte Größe p ist das Verältnis aus dem einetaucten Volumen V 1 und dem Gesamtvolumen V 0. pp VV 1 VV 0 mit VV 0 mm JJ 85 kkkk ρρ JJ 1,01 84,16 dddd 3 3 und ρρ HHHH VV 1 mm JJ pp 6,282 dddd3 84,16 dddd 3 VV 1 mm JJ ρρ HHHH 85 kkkk 13,53 3 6,282 dddd 3 pp 7,46 % Nur etwa 7,5% des Eienvolumens een unter. Seite 2 von 5

3 b) Berecnun der benötiten Goldmasse Die esamte Gewictskraft muss dem esamten Auftrieb entsprecen. mm JJ + mm GG ρρ HHHH (VV 0 + VV GG ) mm JJ + mm GG ρρ HHHH (VV 0 + mm GG ) mit VV GG mm GG mm JJ + mm GG ρρ HHHH VV 0 + ρρ HHHH mm GG mm GG VV 0ρρ HHHH mm JJ 1 ρρ HHHH 84,16 dddd3 13, kkkk 1 13, ,3 3 mm GG 3524,5 kkkk Die Indios müssen über 3,5 t Gold eranscleppen. c) Jonas wirft die Krone an einer flacen Stelle in den See. Ist sie aus Gold, et sie unter, ist sie aus Silber, scwimmt sie, weil Silber nur eine Dicte von 10,5 at. 3 Aufabe 4: Faden und Federn a) Wertetabelle Insesamt: 1 F in N 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 s in cm Die Anabe von 2 Werten für F 2,5 N ist nict erforderlic. Um das Problem des Zerreißens zu bearbeiten, soll akzeptiert werden, wenn der Scüler einen zweiten Wert ser nae an 2,5 N verwendet. s-f-diaramm Je Abscnitt (nur Zufeder, Faden, beide Federn). Der Sprun im Grapen bei F 2,5 N ist erforderlic. 3 P Seite 3 von 5

4 b) Federkombination e.: xx 1 3,5 xx 2 7,0 DD ZZ 0,8 NN DD DD 1,0 NN es.: F 1 für x 1 F 2 für x 2 F- s-diaramm 11. Pysikolympiade des Landes Sacsen-Analt Lös.: FF 1 DD ZZ xx 1 FF 1 0,8 NN 3,5 FF 1 2,8 NN Die Kraft F 2 setzt sic zusammen aus der Kraft F Z zum Denen der Zufeder und der Kraft F D zum Staucen der Druckfeder. FF ZZ DD ZZ xx 2 FF ZZ 0,8 NN 7,0 FF ZZ 5,6 NN FF DD DD DD xx 2 FF DD 1,0 NN 3,5 FF DD 3,5 NN FF 2 FF ZZ + FF DD FF 2 5,6 NN + 3,5 NN FF 2 9,1 NN F- s-diaramm F in N ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 s in cm Insesamt: 1 Seite 4 von 5

5 Aufabe 5: Länenänderun zweier Metallstäbe e.: αα FFFF 1, KK 1 αα CCCC 1, KK 1 ll FFFF ll CCCC + 0,05 mm es.: ll FFFF ll CCCC Lös.: Damit der Länenunterscied von 5 cm auc bei einer Erwärmun und der damit verbunden Länenänderun beider Metallstäbe konstant bleibt, muss elten Δll CCCC Δll FFFF mit Δll αα ll 0 ΔTT αα CCCC ll CCCC ΔTT αα FFFF ll FFFF ΔTT αα CCCC ll CCCC αα FFFF ll FFFF αα CCCC ll CCCC αα FFFF (ll CCCC + 0,05 mm) αα CCCC ll CCCC αα FFFF ll CCCC + 0,05 mm αα FFFF αα CCCC ll CCCC αα FFFF ll CCCC 0,05 mm αα FFFF ll CCCC (αα CCCC αα FFFF ) 0,05 mm αα FFFF ll CCCC 0,05 mm αα FFFF αα CCCC αα FFFF 0,05 mm 1, KK 1 ll CCCC 1, KK 1 1, KK 1 ll CCCC 0,15 mm und somit auc ll FFFF 0,20 mm. Insesamt: 6 P Seite 5 von 5

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