5. Lernzielkontrolle / Stegreifaufgabe

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1 Reibung 1. Ein Schlittschuhläufer der Gewichtskraft 0,80 kn muss mit einer Kraft von 12 N gezogen werden damit er seine Geschwindigkeit unverändert beibehält. a) Wie groß ist in diesem Fall die Reibungszahl am Schlittschuh? b) Wie muss sich bei sonst gleichen Verhältnissen die Zugkraft ändern, wenn die Reibungszahl größer wird? c) Was geschieht, wenn sich nur die Reibungszahl ändert? 2. Gegeben sind drei Quader. Zwei davon sind aus gleichem Holz und haben die gleiche Masse (75 g); der dritte Quader ist aus Eisen und hat die Masse 750 g. Bei allen Quadern sind je zwei gegenüberliegende Seitenflächen gleich groß. Um einen Quader mit konstanter Geschwindigkeit über eine horizontale Tischplatte zu ziehen benötigt man bei Holz eine Zugkraft von 0,30 N, bei Eisen von 0,75 N. Berechne die Zugkräfte bei den drei verschiedenen Anordnungen. (Rechne mit g = 10 N ) kg a) b) c) GP_A0360 **** Lösungen 2 Seiten (GP_L0360) 1 (1)

2 Kraftwandler, mechanische Arbeit, - Energie, - Leistung 1. Mit einem Flaschenzug (Anzahl der tragenden Seilstücke = 4) wird eine Last 4,5 m hochgehoben. Die Gewichtskraft der Last und der losen Rollen ist zusammen 1,2 kn. a) Welche Kraft muss beim Heben der Last mindestens aufgewendet werden? b) Welche Seillänge muss dabei gezogen werden? 2. Mit einem Flaschenzug (Gewichtskraft der losen Flasche 50 N) wird eine Last von 1,15 kn um 12 m hochgehoben. Dazu ist mindestens die Kraft 150 N erforderlich. a) Wie viele Rollen hat der Flaschenzug insgesamt? b) Welche Seillänge muss am Flaschenzug gezogen werden? 3. Eine Kiste mit Schrauben wird mit einer losen Rolle (Gewichtskraft 20 N) um 8,0 m hochgezogen. Der Kraftaufwand beträgt hierbei 0,25 kn. Wie viel kg Schrauben enthält die Kiste, wenn sie leer 10 N hat? 4. Ein Körper der Masse 150 kg wird 20 m hoch gehoben. a) Wie groß ist die verrichtete Hubarbeit? b) Welche Arbeit muss man verrichten, wenn man einen Flaschenzug mit zwei losen Rollen verwendet und die Gewichtskraft der losen Flasche 0,20 kn ist? 5. a) Welche Arbeit verrichtet ein Mann, der einen Koffer der Gewichtskraft 120 N um 25 cm hoch hebt? b) Welche Arbeit verrichtet er (am Koffer), wenn er den Koffer auf waagerechter Strecke 100 m weit fährt (µ = 0,015)? c) Welche Arbeit verrichtet er, wenn er anschließend den Koffer 10 min in der Hand hält? GP_A0361 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0361) 1 (1)

3 Kraftwandler, mechanische Arbeit, - Energie, - Leistung Rechne bei entsprechenden Aufgaben mit g = 9,8 N oder 9,8 m 2 kg s 1. Ein Auto der Masse 1,2 t fährt auf ebener Strecke mit konstanter Geschwindigkeit 1,5 km weit. In dieser Zeit wird eine Arbeit von 1,08 MJ verrichtet. Wie viel Prozent der Gewichtskraft beträgt in diesem Fall die Reibungskraft? 2. Ein Fahrzeug der Masse 1,5 t wird durch die konstante Kraft 1,5 kn auf gerader Strecke 200 m weit aus der Ruhelage beschleunigt. a) Welche Beschleunigungsarbeit wird dadurch verrichtet? b) Welche kinetische Energie besitzt das Fahrzeug nach dieser Strecke? c) Auf welche Geschwindigkeit wurde das Fahrzeug beschleunigt, wenn es vorher in Ruhe war? d) In welcher Höhe hätte das Fahrzeug eine Höhenenergie, die gleich seiner kinetischen Energie ist? 3. Eine elastische Feder der Federhärte 20 N / cm wird um 12 cm gedehnt. a) Welche Kraft ist dazu notwendig? b) Welche Spannenergie steckt in der gedehnten Feder? c) Welche Federhärte hat eine andere Feder, die bei 4,0 cm Dehnung eine Spannenergie von 12 J besitzt? 4. Ein Radfahrer übt beim Anfahren im Mittel eine beschleunigende Kraft von 0,15 kn über eine Strecke von 20 m aus. Welche Leistung bringt er auf, wenn er dazu 2,5 s benötigt? 5. a) Welche Leistung gibt ein Motor ab, der eine Kiste der Masse 100 kg mit der konstanten Geschwindigkeit 1,5 m / s hochzieht? b) Welche Leistung nimmt der Motor dabei auf, wenn sein Wirkungsgrad 70% beträgt? GP_A0362 **** Lösungen 3 Seiten (GP_L0362) 1 (1)

4 Energieumwandlung, Kraftwerk, Wirkungsgrad, Arbeit, Leistung 1. Ein LKW hat unbeladen die Masse 3,0 t, beladen 8,0 t. Er fährt mit der konstanten Geschwindigkeit 72 km / h. a) Welche konstante Bremskraft muss mindestens wirken, damit der Bremsweg im beladenen Zustand nicht länger als 100 m ist? b) Wie lang ist der Bremsweg, wenn der LKW unbeladen ist und die gleiche Bremskraft wie in a) wirkt? 2. Die Spannenergie der gespannten Feder einer Federpistole beträgt 1,0 J. Mit dieser Pistole wird eine Kugel der Masse 10 g senkrecht nach oben geschossen. a) Beschreibe alle auftretenden Energieumwandlungen bis die Kugel am Boden aufschlägt. b) Berechne die Geschwindigkeit mit der die Kugel die Pistole verlässt? c) Ermittle die maximale Flughöhe der Kugel (ohne Reibung). d) Um wie viel Zentimeter wurde die Feder in der Pistole vor dem Abschuss zusammengedrückt, wenn die Federhärte 8,0 N / cm beträgt? 3. Im Speicherkraftwerk Walchensee wird Strom erzeugt. Durch die Turbinen des Walchenseekraftwerks fließen täglich im Mittel 1,6 Milliarden Liter Wasser. Die Fallhöhe des Wassers vom Walchensee in den Kochelsee beträgt 200 m. Rechne mit g 10 N / kg! a) Welche Energie kann dieses Wasser höchstens an die Laufräder der Turbinen abgeben? b) Die Turbinen sind durchschnittlich 7 Stunden am Tag in Betrieb. Berechne die mittlere, vom Wasser abgegebene Leistung während der 7 Stunden. 4. Der Wirkungsgrad einer Maschine betrage 80%. Welche Arbeit muss aufgewendet werden, damit die Nutzarbeit 0,20 kj verrichtet werden kann? 5. Ein Körper der Masse 300 kg wird mit einem Flaschenzug 2,5 m hoch gehoben. Die lose Flasche des Flaschenzugs hat die Masse 20 kg. Rechne mit g 10 N / kg! a) Welche Arbeit ist zum Heben des Körpers alleine notwendig, welche zum Heben der losen Flasche? b) Welche Arbeit ist insgesamt zu verrichten, wenn der Wirkungsgrad 80% beträgt? Wie groß ist dabei die Reibungsarbeit? 6. Welche (physikalische) Leistung vollbringt ein Monteur (m = 100 kg), der in 1,5 min auf den 40 m hohen Mast einer Starkstromleitung klettert? 7. Wie weit könnte ein Pferd (P = 500 W) einen Wagen in einer Stunde mit der Kraft von 200 N ziehen? GP_A0363 **** Lösungen 4 Seiten (GP_L0363) 1 (1)

5 Energieformen, Energieumwandlung, Kraftwerk 1. a) Nenne fünf verschiedene Arten von Kraftwerken. b) Was wird in Kraftwerken erzeugt? c) Welche Maschinenart ist in allen Kraftwerken vorhanden und auf welche Weise werden diese Maschinen angetrieben? 2. Welche Rolle spielte die Sonne hinsichtlich der Verwendung von Energie im Körper wenn du aus dem Keller eine Kiste Wasser in den ersten Stock trägst? 3. In welcher Form kann Energie transportiert werden? Nenne jeweils ein Beispiel. 4. Nenne dir bekannte Energieformen. 5. Beschreibe vereinfacht die Energieumwandlungen am Tennisball wenn dieser beim Abschlag in das gegnerische Feld gespielt und wieder zurückgeschlagen wird. 6. Ein Aufzug transportiert einen Koffer der Masse 20 kg in den 10. Stock. Dabei erfährt der Koffer einen Höhenunterschied von 40 m. Berechne die Zunahme an Höhenenergie des Koffers. 7. Ein Eiswürfel wird bei entsprechender Wärmezufuhr erst zu Wasser und dann zu Dampf. Nenne die Gründe und beschreibe die Vorgänge im Innern des Eises, des Wassers und des Dampfes. 8. Wasser wurde um 50 C erwärmt. Dafür benötigte man die Energie 840 kj. Wie viel Liter Wasser wurden erwärmt? Wärmeverluste bleiben unberücksichtigt. c 4,2 kj Wasser = kg C GP_A0364 **** Lösungen 2 Seiten (GP_L0364) 1 (1)

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