1. Physikschulaufgabe

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1 1. Ein Wanderer (mit Rucksack 90 kg) geht von einer 1400 m hoch gelegenen Hütte zum Gipfel eines Berges in 2100 m Höhe. Welche Arbeit verrichtet er dabei? Spielt es für das Rechenergebnis eine Rolle, wie steil der Weg zum Gipfel ist? Begründe deine Antwort. 2. Eine elastische Schraubenfeder hat die Federhärte 0,5 N/cm Zeichne das Kraft-Weg-Diagramm der Schraubenfeder.. Eine Schraubenfeder hat im ungespannten Zustand die Länge 18,0 cm und sie hat die Gewichtskraft 6,0 N. Hängt man an sie die genau gleiche Feder, so ist die Anordnung nun 40,0 cm lang. a) Berechne die Federkonstante der einzelnen Feder. b) Berechne die Federhärte der gesamten Anordnung. 4. An einen Flaschenzug mit insgesamt 8 Rollen wird eine Last von 152,0 N angehängt. Das Gewicht der einzelnen Rolle beträgt 11,0 N. An das andere (lose) Ende des Flaschenzuges wird ein Gewichtsstück von 22 N gehängt. Was geschieht? Begründe die Antwort durch eine Rechnung. 5. Ein homogener Quader mit der quadratischen Grundfläche A = 220,0 cm 2 und der Höhe h = 18 cm hat eine Gewichtskraft F G = 850 N. a) In welchem Punkt des Quaders greift die Gewichtskraft F G (idealisiert) an? b) Aus welchem Material könnte der Quader gefertigt worden sein? (Rechne mit 1 kg 10 N) Einige Dichtewerte Holz: = 0,6 g/cm, Gummi: = 1,8 g/cm, Aluminium: = 2,7 g/cm, Marmor: = 2,8 g/cm, Stahl: = 7,9 g/cm, RP_A0140 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0140)

2 1. Beschreibe einen Versuch, mit dem man nachweisen kann, dass die Wirkung einer Kraft von ihrem Angriffspunkt abhängig ist. (Aufbau Durchführung Ergebnis) 2.0 Bei einer Schraubenfeder ergab eine Messreihe folgende Wertetabelle: F in N 0 2,5 4,0 5,2 6,6 9,0 1,0 l in cm 0 4,2 6,7 8,6 11,0 12,0 14,0 2.1 Nenne das Hookesche Gesetz im Wortlaut. 2.2 Übertrage die Wertetabelle aus 2.0 auf dein Blatt und ermittle rechnerisch den Gültigkeitsbereich des Hookeschen Gesetzes. Begründe deine Antwort kurz! 2. Welche Dehnung erzielt man mit einer Kraft von,0 N bei der Feder aus 2.0? Vollständiger rechnerischer Lösungsweg! 2.4 Wie verhalten sich zwei Schraubenfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten bei Einwirkung derselben Kraft? Begründe deine Antwort kurz!.1 Was versteht man in der Physik unter dem Begriff Trägheit?.2 Ein Bleiwürfel hat auf der Erde die Masse 10,0 kg. Welche Masse und welche Gewichtskraft hat der Würfel auf dem Mond? Gib die jeweiligen Maßzahlen mit Einheit an! 4. Eine Messflasche nimmt bei vollständiger Füllung mit Flüssigkeit genau 10,0cm³ Flüssigkeit auf. Mit Hilfe einer solchen Messflasche soll die Dichte von Benzin bestimmt werden. Die Messflasche hat leer die Masse m1 5,7g, mit der Benzinfüllung (vollständig gefüllt) die Masse m2 42,9g. Wie groß ist die Dichte von Benzin? (Vollständige rechnerische Lösung der Aufgabe!) 5. Wann sind zwei Kräfte im Gleichgewicht? Gib die dazu nötigen Bedingungen an. 6. Ein 70 kg schwerer Mann steigt 1998 im Berliner Fernsehturm die 987 Stufen, das sind etwa 200 m, in 6 Minuten hinauf. Welche Arbeit verrichtet er dabei? Wie groß ist seine Leistung? RP_A0141 **** Lösungen Seiten (RP_L0141)

3 1.1 Welche Bestimmungsstücke einer Kraft können mit Hilfe einer Kombination aus loser Rolle, fester Rolle und Seil verändert werden? 1.2 Stelle dir die kreisförmige Bewegung eines Fahrradpedals vor und zwar eine volle Umdrehung vom höchsten Punkt über den vordersten Punkt zum tiefsten Punkt und über den hintersten Punkt zurück. a) In welchen Stellungen des Pedals ist ein Tritt mit antreibender Kraftwirkung auf das Pedal nur sinnvoll? Begründe deine Antwort! b) Der Fuß soll das Pedal vertikal nach unten treten. In welcher Stellung kann das größte Drehmoment ausgeübt werden? (Kurze Begründung deiner Antwort!) c) Das obere Pedal steht beim Anfahren fast oben, jedoch etwas nach vorn. Wie muss der Fuß das Pedal treten, damit ein möglichst großes Drehmoment ausgeübt wird? 1. Zwei Kinder mit den Gewichtskräften F 1 200N und F2 00N sitzen auf verschiedenen Seiten einer Wippe, jeweils in 1,5 m Abstand vom Drehpunkt. Wo muss sich ein drittes Kind ( F 150N) hinsetzen, damit die Wippe im Gleichgewicht ist? Rechnerische Bestimmung mit allgemeinem Ansatz!! 1.4 Mit einer Hebelstange sollen die drei möglichen Gleichgewichtsarten demonstriert werden. a) Skizziere diese drei Gleichgewichtsarten und benenne sie! b) Gib die jeweilige Lage von Drehpunkt und Schwerpunkt an! c) Wie bewegt sich der Schwerpunkt, wenn die Hebelstange aus diesen Gleichgewichtsarten gebracht wird? 2.1 Gib den Energieerhaltungssatz im Wortlaut an! 2.2 Erkläre, was man unter dem Wirkungsgrad einer Maschine versteht. (Wortlaut, keine Formel!) 2. Aus der Höhe h fällt ein Gummiball auf den Boden und springt wieder hoch. a) Beschreibe die dabei auftretenden Energieumwandlungen. (Skizze mit Beschriftung!) b) Warum springt der Ball nicht mehr bis in die Ausgangshöhe h zurück? 2.4 Ein Bierfass ( F G 1200N) wird über eine 2,5 m lange schiefe Ebene auf die 0,90 m hohe Ladefläche eines Lieferwagens gerollt. Dabei müssen die Brauereiarbeiter 450 N Kraft aufwenden. Berechne den Wirkungsgrad dieser einfachen Maschine. RP_A0142 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0142)

4 1. Ein Körper mit der Gewichtskraft 2500 N wird an zwei Seilen in eine Grube hinabgelassen. (siehe Skizze) Ermittle durch Konstruktion, wie groß die Haltekräfte an den freien Seilenden sein müssen, um K in Ruhe zu halten! Gib die Beträge von F 1 und F 2 an. Für die Konstruktion: Maßstab: 500 N 1 cm 2.1 Durch welchen Versuch haben wir den Zusammenhang zwischen der Reibungskraft und der Normalkraft eines Körpers bestimmt? (Aufbau Durchführung Auswertung Ergebnis) 2.2 Warum ist der Bremsweg eines Autos mit blockierenden Rädern länger, als beim Bremsen mit gerade nicht blockierenden Rädern? (Kurze physikalische Erklärung!) 2. Ein Straßenbahnwagen hat die Gewichtskraft F N 80kN. Er wird von zwei Arbeitern mit der Kraft F = 160 N geschoben. Wie groß ist die Reibungszahl?.1 Warum ist bei der Beschreibung des Bewegungszustandes eines Körpers ein Bezugssystem notwendig?.2 Ein Hamster läuft in seinem Laufrad und scheint nicht von der Stelle zu kommen. Beschreibe den Bewegungszustand des Hamsters a) in Bezug auf die Innenfläche des Laufrades b) in Bezug auf die Erdoberfläche. Was versteht man unter Momentangeschwindigkeit? Gib ein Beispiel an, wo die Messung der Momentangeschwindigkeit eine Rolle spielt!.4 Ein Motorradfahrer legt in 0, s eine Strecke von 10 m zurück. Berechne seine Geschwindigkeit in m/s und km/h..5 Welcher Zusammenhang besteht bei einer gleichförmig beschleunigten Bewegung zwischen a) Weg und Zeit? b) Geschwindigkeit und Zeit? RP_A014 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L014)

5 1. Ist es sinnvoller, einen beladenen Handwagen zu schieben oder zu ziehen? Begründe die Antwort mit Hilfe geeigneter Kräfteparallelogramme. (Jeweils Zeichnung mit zugehöriger Erklärung!) 2. Kann ein Mann einen Kleiderschrank ( F N verschieben ( 0, N) auf einem PVC-Fußboden ), wenn er höchstens eine Verschiebekraft von 1000 N aufbringen kann? (Rechnerische Lösung!).1 Wovon hängt die Größe der Drehwirkung eines Hebels ab?.2 Wann spricht man von einem a) einseitigen Hebel b) zweiseitigen Hebel?. Bei einem Hebel hängt links von der Drehachse in 20 cm Abstand ein Körper mit 0,75 N Gewichtskraft. Wie groß muss der Abstand eines Körpers auf der anderen Seite der Drehachse mit 0,60 N Gewichtskraft sein, damit der Hebel im Gleichgewicht ist? (Rechnerische Lösung mit Lösungsansatz!) 4. Warum fällt es einem leichter, einen schweren Gegenstand mit Hilfe einer Schiefen Ebene auf einen Wagen zu befördern, als ihn direkt hinauf zu heben? Welchen Nachteil muss man dabei aber in Kauf nehmen? 5.1 Was verstehen wir unter dem Begriff Energie? 5.2 Auf welche Weise kann einem Körper mechanische Energie zugeführt werden? 5. Wann gibt ein Körper Energie ab? 6.0 Beim Schaukeln wird ständig Energie umgewandelt. 6.1 In welchem Punkt wird das Maximum der kinetischen Energie erreicht? 6.2 Wann wird Beschleunigungsarbeit verrichtet? 6. Auf welche Weise können Energieverluste, die zum Stillstand der Schaukel führen würden, ausgeglichen werden? 7. Erkläre, was man bei Energiewandlern unter dem Wirkungsgrad versteht. Wie kann man diesen berechnen? Was bedeutet 0,80? RP_A0144 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0144)

6 1. Ein Pkw ( F G 8,4kN ), besetzt mit drei Personen ( F G jeweils 700 N), fährt auf einen 500 m hohen Berg. a) Berechne die dabei verrichtete Hubarbeit. b) Welchen Wirkungsgrad hat der Motor, wenn ihm werden? kj Arbeit zugeführt 2. Ein Pkw fährt mit einer Durchschnittsleistung von 15 kw 1,5 Stunden lang. Der Motor muss dabei eine Kraft von 600 N aufbringen. Welche Strecke hat der Pkw zurückgelegt?. Was versteht man unter dem Begriff Energie? 4. Welche mechanischen Energieformen gibt es? Gib zu jeder Energieform jeweils ein Beispiel an und gib an, welche Art von Arbeit ein Körper mit dieser Energie verrichten kann Warum setzt sich eine Kugel auf einer geneigten Unterlage in Bewegung? 5.1 Eine Kugel wird auf einer gekrümmten Bahn losgelassen (siehe Skizze rechts). Beschreibe ausführlich den Bewegungsablauf der Kugel mit Hilfe von Energieumwandlungen. 5.2 Warum kommt die Kugel schließlich zur Ruhe? 6.0 Der Flaschenzug in nebenstehender Abbildung besitzt zwei lose und zwei feste Rollen. Die Gewichtskraft des angehängten Körpers ist FK 500N, die Gewichtskraft einer losen Rolle ist FR 100N. 6.1 Bestimme jeweils den Betrag der Kraft in den Seilabschnitten 1 bis 5, damit sich die Anordnung im Gleichgewicht befindet. 6.2 Berechne nun das Verhältnis der Gewichtskraft F K des Körpers zur Zugkraft F Z. RP_A0145 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L0145)

7 Thema: Mechanik 1.0 Ein Skifahrer fährt nach einer Schussfahrt in einen waagrechten Hang 0,12 ein. Dort wird er mit einer Kraft von 6 N gebremst. 1.1 Wie heißt die Kraft, die ihn bremst? Nenne die genaue Art. 1.2 Welche beiden anderen Arten dieser Kraft kennst Du? Ordne die drei Arten von der größten zur kleinsten Kraft. 1. Wie groß ist die Gewichtskraft des Skifahrers? 1.4 Wie groß ist seine Masse? 1.5 Wie groß wäre seine Masse auf dem Mond? 2.0 Ein Sandsack mit der Gewichtskraft 240 N wird mit Hilfe eines Flaschenzuges hochgezogen. Dabei wendet man eine Kraft von 540 N auf. 2.1 Wie viele Rollen hat der Flaschenzug? 2.2 Berechne die Länge des Seilstückes, das durch die Hände des Ziehenden geht, wenn der Sandsack um 6,2 m hochgezogen wird. 2. Welche Arbeit wird dabei verrichtet?.0 Max (75 kg) läuft in 5 Minuten vom ersten in den vierten Stock seines Hauses..1 Berechne die dabei verrichtete Arbeit, wenn die Höhe eines Stockwerkes 2,80 m ist..2 Welche Leistung erbringt Max dabei?. Welche Art von Arbeit hat Max verrichtet und wie heißt die Energie, die er jetzt zusätzlich gespeichert hat? (Nenne beide Begriffe und gib dafür das Symbol an).4 Welche anderen Arten von Energie kennst Du noch? (Übertrage die untenstehende Tabelle auf Dein Blatt und nenne alle Begriffe und ordne die Arten der Arbeit zu, aus der sie entstehen.) Arten der Arbeit Energie (beide Begriffe und Symbol) RP_A0146 **** Lösungen Seiten (RP_L0146)

8 Thema: Mechanik 1. a) Gib die Formel zur Berechnung der Dichte an. b) Wie groß ist das Volumen einer Kupferschale ( Dichte 8,9 g / cm ), wenn sie eine Masse von 65 g hat? c) Schnee besitzt eine Dichte von 0,2 g / cm Welche Masse hat ein Schneehaufen mit einem Volumen von 15 m? 2. Gilt die unter 1b) gemachte Angabe für die Dichte von Kupfer auch auf dem Mond? Begründe deine Antwort.. Nenne ein Beispiel für technische Anwendungen, bei denen Reibung unerwünscht ist. Erkläre physikalisch, wie man die Reibung verringern kann. 4. Wie viel Kraft ist erforderlich um eine Steinskulptur ( m 90kg) auf einem Holzfußboden zu verschieben? Reibungszahlen für das Stoffpaar Stein - Holz: Gleit 0,0 und Haft 0,70 5. a) Wozu dienen sogenannte Kraftwandler? Gib eine allgemein gültige Beschreibung. b) Was ist ein Flaschenzug? c) Was versteht man in der Physik unter einem Hebel? 6. Formuliere die goldene Regel der Mechanik und erläutere sie am Beispiel der schiefen Ebene. 7. Handelt es sich um physikalische Arbeit oder nicht? Begründe deine Antwort kurz. a) Lernen von Vokabeln b) Tragen einer schweren Tasche auf gleich bleibender Höhe c) Ziehen eines Schlittens d) Festhalten eines schweren Balkens 8. Max (m 45kg) trainiert für die Meisterschaft im Trampolinspringen. Er springt von einem Podest auf das 2,5 m tiefer gelegene Trampolin. Das Trampolin schleudert Max wieder hoch jedoch nur noch um 2,2 m. a) Zähle die stattfindenden Energieumwandlungen in der richtigen Reihenfolge auf. b) Berechne den Wirkungsgrad der stattgefundenen Energieumwandlung. RP_A0147 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0147)

9 Thema: Mechanik Kräfte, Masse, Dichte, Volumen 1. Folgende Längenmessungen wurden mit bestimmten Längenmessgeräten durchgeführt. Notiere jeweils ein geeignetes Messgerät. Gemessene Länge Messgerät L = 16,5 m L = 0,02 m L = 6,4 mm 2. Wann sind zwei Kräfte gleich?. Nenne die Bestimmungsstücke einer Kraft. 4. Erläutere den physikalischen Kraftbegriff. 5. Skizziere und beschreibe einen Versuch mit dem man das Volumen eines Kieselsteins (Überlaufmethode) und damit seine Dichte bestimmen kann. Beschreibung nur mit kurzen Sätzen oder stichpunktartig! 6. Von einem Metallwürfel mit 17 mm Kantenlänge wurde durch Messung die Masse 51,8 g bestimmt. Um welches Material handelt es sich? Wodurch erklärst du dir die Abweichung gegenüber dem Tabellenwert? Material Dichte g / cm Material Dichte Aluminium 2,70 Nickel 8,90 Blei 11,5 Platin 21,45 Eisen 7,87 Silber 10,49 Gold 19,2 Titan 4,54 Kupfer 8,96 Zink 7,14 Magnesium 1,74 Zinn 7,0 g / cm 7. Gegeben ist ein quaderförmiger Körper aus Aluminium mit der Gewichtskraft 60 N. Berechne das Volumen des Körpers. g 9, a) Was kannst du über Masse und Volumen der beiden Würfel 1 und 2 aussagen, die auf der nebenstehenden Waage liegen? Anmerkung: Die Waage ist im Gleichgewicht. Würfel 1 links ist kleiner als Würfel 2 auf der rechten Seite. b) Triff eine Aussage über die unterschiedliche Dichte der beiden Körper. 9. Hält man einen Teller mit Suppe in der Hand, so verschüttet man bei plötzlichen Bewegungen einen Teil davon. Erläutere. RP_A0148 **** Lösungen Seiten (RP_L0148)

10 Thema: Mechanik Kräfte 1. Zwei Kräfte sind im Gleichgewicht, wenn 2. An eine handelsübliche Federwaage (Kraftmesser) hängt Metzgermeister Knack einen Korb mit Würsten. Die Federwaage zeigt ein Gewicht von 12,5 kg an. Warum zeigt die Federwaage eine Masse an, obwohl doch die Gewichtskraft gemessen wird?. Berechne die Masse, die an einem Kraftmesser hängen muss, damit dieser 98 N anzeigt. g 9,8N/kg 4. Während der Materialprüfung einer Schraubenfeder wurde auch die Längenausdehnung der Feder bei Belastung untersucht. Man erhielt folgende Messreihe. F in N 2,2 4,6 6,8 9,0 11,2 l in cm 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Führe die rechnerische und grafische Auswertung durch und formuliere das Ergebnis. 5. Was versteht man unter der Federkonstanten, wie ist sie definiert, was gibt sie an, welche Einheit hat sie? Dichte, Volumen 6. Wie bestimmt man die Dichte eines unregelmäßig geformten Festkörpers? g kg 7 Rechne die Einheit 1 in die Einheit cm m um. 8. Von einer unbekannten Ölsorte wird 1,5 kg in einen Messzylinder gegeben. An der Skala liest man 1775 cm ab. Berechne die Dichte dieser Ölsorte. 9. Eis hat bei 0 C eine Dichte von 0,90 g / cm. Ein Eisblock ist 50 cm breit, 6 dm hoch und 1,40 m lang. Berechne seine Masse (in kg) bei 0 C. RP_A0149 **** Lösungen Seiten (RP_L0149) 1 (1)

11 Thema: Mechanik Kräfte 1. Zwei Kräfte sind gleich, wenn sie 2. Vergleicht man zwischen Erde und Mond, so kann man feststellen: wahr Die Gewichtskraft einer Tafel Schokolade bleibt gleich. Die Masse eines Hammers bleibt gleich. Die Trägheit eines Steins bleibt gleich. Ein Astronaut kann auf dem Mond die Masse eines Körpers mit Hilfe einer Balkenwaage ohne Umrechnungen bestimmen. Ein Astronaut kann auf dem Mond die Masse eines Körpers mit Hilfe einer Federwaage ohne Umrechnungen bestimmen. Die Masse eines Körpers beträgt auf dem Mond etwa 1/6 der Masse, die er auf der Erde besitzt. Die Gravitationskräfte sind gleich. falsch. Emma (60 kg) hat sich eine Personenwaage gekauft und probiert sie bereits im Fahrstuhl des Kaufhauses aus. Verärgert über das angezeigte Gewicht von 72 kg möchte Emma die Waage zurückgeben. Was könnte die Ursache dafür sein, dass die Waage zu viel Gewicht anzeigt? Gib zwei unterschiedliche Möglichkeiten an, die mit dem Fahrstuhl im Zusammenhang stehen. RP_A0150 **** Lösungen Seiten (RP_L0150) 1 ()

12 Teilchenmodell, Dichte Volumen Realschule 4. Vergleiche die Teilcheneigenschaften von Festkörpern und Gasen mit Hilfe des Teilchenmodells. Beweglichkeit der Teilchen Festkörper Gas Abstände zwischen den Teilchen 5. Eine Schuhschachtel ist 5,0 cm lang, 22,0 cm breit und 14,0 cm hoch. Berechne die Masse der Luft (in g), die sich in der Schachtel befindet. 0,001 g / cm Luft 6.1 Nenne zwei Methoden um das Volumen eines Kieselsteins zu bestimmen. 6.2 Welches Prinzip liegt beiden Messmethoden zugrunde? 7.1 Ergänze im nebenstehenden Diagramm die Gerade für die Dichte von Wasser. 7.2 Berechne die Dichte von Glycerin mit Hilfe der Formel und der Diagrammdaten. RP_A0150 **** Lösungen Seiten (RP_L0150) 2 ()

13 Reibung 8. Nenne die drei Arten von Reibungskräften und beschreibe zu jeder von ihnen eine Anwendung aus dem Alltag. 9. Versuch: Ein Quader aus Holz (m 200 g) wird an einen Kraftmesser gehängt und mit Hilfe eines Motors gleichförmig über eine waagerechte Tischplatte gezogen. Dabei liest man die Zugkraft = Reibungskraft am Kraftmesser ab. Der Versuch wird dreimal wiederholt, wobei man jeweils ein Massestück mit 100,0 g hinzugibt. 9.1 Vervollständige in der Tabelle die Werte der Gewichtskraft F G und ermittle in der dritten Zeile der Tabelle die Gleitreibungszahl G. Beachte die Anzahl der gültigen Ziffern. F G in N 2,00 F Rg in N 0,5 0,8 1, 1,6 RP_A0150 **** Lösungen Seiten (RP_L0150) ()

14 Thema: Mechanik 1. Wandle folgende Größen in die angegebenen Einheiten um; achte dabei auf die Anzahl der gültigen Ziffern. 0,85 m... km... cm... m 0,04 mm... m...m...km m... cm... mm...km 2. Ergänze die Tabelle Masse Gewichtskraft Formelzeichen Einheit Messgerät Eigenschaft Welchen Einfluss hat der Ort, an dem sich der Körper befindet?. Welche Werte zeigen die Federkraftmesser (auf der Erdoberfläche) jeweils an? Rechne mit 10...! a) b) RP_A0151 **** Lösungen Seiten (RP_L0151) 1 (2)

15 4. a) Warum gehört die schiefe Ebene zu den physikalischen Kraftwandlern? Erläutere anhand einer Skizze! b) Nenne zwei Beispiele aus Umwelt oder Technik, bei der die schiefe Ebene genutzt wird. 5. Eine Kugel (Masse 0 kg) befindet sich auf einer schiefen Ebene, die 25 zur Waagerechten geneigt ist. Wie groß ist die Hangabtriebskraft F H und die Anpresskraft F N der Kugel? Fertige für die Bestimmung der Kräfte eine geeignete Zeichnung an. 6. a) Erläutere ausführlich den Begriff Gravitation b) Beschreibe allgemein, wie die Kräfte der Gravitation wirken. c) Nenne zwei Beispiele für die Wirkung der Gravitation. RP_A0151 **** Lösungen Seiten (RP_L0151) 2 (2)

16 Thema: Mechanik 1. Nenne zwei Fehlerarten, die bei einer Längenmessung auftreten können. 2. Fülle die leeren Felder mit den richtigen Angaben aus. Länge l Anzahl der gültigen Ziffern Anzahl der sicheren Ziffern Die unsichere Ziffer ist die 5,8 mm 5,820 mm 9,86 m 0,00759 cm km 0,2 m 4 8,1 10 m 0,560 m. Max und sein Freund Moritz möchten den Durchmesser von drei gebrauchten 1-EURO Münzen messen. Jeder von ihnen misst die drei Münzen mit einer Mikrometerschraube. Sie erhalten folgende Messwerte: d in mm 2,2 2,26 2,28 2,25 2,24 2,2 Berechne den Mittelwert (wahrscheinlichen Wert) der Durchmesser. Ermittle die größte Abweichung. Nenne das Ergebnis der Messreihe (wahrscheinlicher Wert des Durchmessers mit möglicher Abweichung) RP_A0152 **** Lösungen Seiten (RP_L0152) 1 ()

17 4. An einem Federkraftmesser hängt ein Behälter mit 0,5 Liter Wasser. Wie hoch ist der Betrag der Gewichtskraft, die am Federkraftmesser abgelesen werden kann? Zeichne die beteiligten Kräfte ein. 5.0 Ein Brauch zu Silvester war das Bleigiessen. Dabei wird geschmolzenes Zinn in kaltes Wasser geschüttet. 5.1 Wie nennt man in der Physik allgemein den Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand? 5.2 Vergleiche mit Hilfe des Teilchenmodells, wie sich die Merkmale des Zinns dabei ändern. Form flüssig fest Kräfte zwischen den Teilchen 5. Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Temperatur des Zinns und der Bewegung seiner kleinsten Teilchen? RP_A0152 **** Lösungen Seiten (RP_L0152) 2 ()

18 6. Nenne jeweils ein Beispiel aus dem Alltag bei dem Reibung erwünscht bzw. unerwünscht ist. 7. Wie kann man Reibung erhöhen bzw. verringern? Nenne zwei Beispiele. 8. Beschreibe einen Versuch zur Bestimmung der Gleitreibungszahl in Abhängigkeit von der Normalkraft für das Materialpaar Kunststoff - Holz. RP_A0152 **** Lösungen Seiten (RP_L0152) ()

19 Thema: Mechanik 1. Rechne folgende Größen in die in ( ) angegebene Einheit um. Achte dabei auf die Anzahl der gültigen Ziffern. 6,4 mm km 7,028 dm 2 mm 2 12,4 cm Liter mm km 2. Unter welchen Bedingungen sind zwei Kräfte F 1 und F 2 gleich?. Ein Radfahrer rollt einen Berg hinab und bremst dabei mit seiner Hinterradbremse. Es wirkt zwischen Rad und Straße eine Kraft von 45 N. Zeichne diese Kraft im Maßstab 10 N 10 mm ein. 4. Ein leeres Zimmer ist doppelt so breit wie es hoch ist. Gegeben sind folgende Maße des Zimmers: Länge 8,8 m, Höhe 2,5 m. Berechne die Masse der im Zimmer enthaltenen Luft. 0,00120 g / cm Luft RP_A015 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L015) 1 (2)

20 5. In der Physik unterscheidet man zwischen physikalischen Grundgrößen (auch Basisgrößen genannt) und abgeleiteten Größen. Nenne je zwei Beispiele. physikalische Grundgröße: abgeleitete Größe: 6. a) Gib drei verschiedene Arten von Kräften an. b) Nenne zwei verschiedene Kraftwirkungen. Gib jeweils ein Beispiel an. 7. Beschreibe die Kräfte, die bei folgendem Vorgang wirken: Einen Ball vom Boden aufheben, ihn anschließend senkrecht hochwerfen und wieder auffangen. 8. Was besagt der Trägheitssatz? 9. Warum muss man für eine Autofahrt den Sicherheitsgurt anlegen? RP_A015 **** Lösungen 2 Seiten (RP_L015) 2 (2)

21 Thema: Mechanik Dichte 1. a) Gib die beiden Haupteigenschaften der Dichte an. b) Was gibt die Dichte an? c) Warum ist die Dichte ortsunabhängig? d) Wodurch wird die Dichte eines Körpers beeinflusst? e) In einen Behälter passen genau 2,50 kg Wasser hinein. Welche Masse hätte eine Benzinfüllung ( 0,7 g / cm )? Benzin Reibung 2. a) Nach ihrer Entstehung unterscheidet man drei Reibungsarten. Wie heißen sie? b) Welche Reibungskraft ist am größten, welche am geringsten? c) Reibung tritt auf, wenn man z.b. ein Möbelstück verschieben will. Von welchen Größen hängt es ab, wie groß die Reibungskraft ist? d) Wie groß ist die Gewichtskraft eines Skifahrers, der beim Skilanglauf in der Ebene eine Reibungskraft von 60 N überwinden muss ( 0,08 )? Kraft, Kraftwandler. a) Was versteht man in der Physik unter dem Begriff Kraft? b) Welche Eigenschaften hat die Gewichtskraft? c) Was versteht man in der Physik unter einem Kraftwandler? d) Nenne zwei alltägliche Kraftwandler und gib an, welche Bestimmungsstücke der Kraft sie verändern. e) Mit einem Kraftmesser kann man Kräfte messen. Welche Eigenschaft muss die Feder innerhalb des Kraftmessers haben? Trägheit 4. a) Du transportierst einen fast randvollen Teller Gemüsesuppe von der Küche ins Esszimmer. Dabei läuft dir die Hauskatze über den Weg und du bleibst plötzlich stehen. Was passiert mit der Suppe? Beschreibe auch die Ursache für das was mit der Suppe passiert. b) Welche Beobachtung kann man machen, wenn im nebenstehend skizzierten Versuch das Blatt Papier, auf dem eine 1 - Münze liegt, ruckartig weggezogen wird? Begründe deine Beobachtung. RP_A0154 **** Lösungen Seiten (RP_L0154) 1 (2)

22 Aggregatzustand, Teilchenmodell 5. a) Welche Zustandsformen (Aggregatzustände) kann ein Stoff annehmen? b) Wie nennt man den Übergang eines gasförmigen Stoffes in seinen flüssigen Zustand? c) In welchem der beiden Aggregatzustände flüssig bzw. gasförmig sind die Teilchen beweglicher? d) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Eigenbewegung der kleinsten Teilchen und der Temperatur / dem Wärmezustand eines Körpers? Arbeit, Leistung, Energie 6. a) Wie lautet in der Physik die Definition der mechanischen Arbeit? Was muss dabei beachtet werden? b) Nenne drei verschiedene Arten von mechanischer Arbeit. c) Gib vier verschieden wirkende einfache Maschinen an. d) Ein Monteur auf einer Baustelle nimmt zum Anheben eines Stahlträgers einen mechanischen Flaschenzug mit 8 tragenden Seilen. Welche Kraft am Zugseil muss er aufwenden, wenn der Stahlträger eine Gewichtskraft von 1,80 kn aufweist? Welche Seillänge muss aus dem Flaschenzug herausgezogen werden, um den Stahlträger um 0,6 m anzuheben? e) Eine Kiste wird durch die Kraft F 2kN um die Strecke s 6m verschoben. Wie groß ist der Arbeitsaufwand an der Kiste? RP_A0154 **** Lösungen Seiten (RP_L0154) 2 (2)

23 Thema: Mechanik Länge, Längenmessung 1. Die Länge eines Werkstücks wurde mehrmals mit einem Messgerät gemessen. l in cm 6,82 6,80 6,8 6,79 6,81 6,82 a) Welches Messgerät könnte verwendet worden sein? Begründung! b) Berechne die wahrscheinliche Länge dieses Werkstücks (Mittelwert). c) Gib die größte Abweichung einer Einzelmessung an. d) Nenne das Gesamtergebnis der Messreihe. Reibung 2. a) Nenne jeweils ein Beispiel für erwünschte bzw. unerwünschte Reibung. Gib für beide Fälle eine Maßnahme an, um die Reibung zu erhöhen bzw. zu verringern. b) Warum kann man die Reibung nicht vollständig verhindern? c) Für das Stoffpaar Holz Stahl sind die möglichen Reibungszahlen,, vom größten bis zum kleinsten Wert zu ordnen. gleit haft roll d) Eine Kiste (m 40kg) wird über einen waagerechten Steinboden gezogen. Die Zugkraft ( F Zug Reibungszahl. 120 N ) ist parallel zum Boden gerichtet. Berechne die Dichte. a) Warum spielt bei der Angabe der Dichte auch die Temperatur eine Rolle? b) Vervollständige richtig: Zwei Körper haben die gleiche Dichte. Der erste Körper hat die doppelte Masse des zweiten Körpers; dementsprechend ist das Volumen des ersten Körpers c) Ein kleiner Barren aus reinem Gold ( Gold 19,...) wird von einem Händler zum Kauf angeboten. Um die Echtheit des Goldbarrens zu überprüfen, misst der Käufer die Masse (0,850 kg) und das Volumen ( 44,0 cm ) des Barrens. (1) Kann der Barren aus reinem Gold sein? (2) Mit welcher Messmethode könnte das Volumen bestimmt werden? Beschreibe den Ablauf der Messung in Stichpunkten. () Durch welche einfache Maßnahme kann die Genauigkeit der Volumenmessung erhöht werden? RP_A0155 **** Lösungen Seiten (RP_L0155) 1 (2)

24 Kraft, Gewichtskraft 4. a) Wie nennen wir die Kraft, mit der ein Körper von der Erde angezogen wird? Was ist die Ursache dafür? b) Wann spricht man von einer statischen, wann von einer dynamischen Kraftwirkung? Trägheit, Masse 5. a) Welche Erscheinungsformen bezüglich Trägheit und Schwere hat die Masse eines Körpers? b) Durch welche Vorgänge kann der Bewegungszustand eines Körpers geändert werden? c) Stelle die Masse eines bestimmten Körpers jeweils gegenüber, wenn er sich auf der Erde, auf dem Mond oder auf der Venus befindet. Aggregatzustand, Teilchenmodell 6. a) Wie wird im Teilchenmodell die Temperatur eines Körpers erklärt? b) Welche Eigenschaft der Gase führt dazu, dass sie sich frei im Raum ausbreiten? Arbeit, Leistung, Energie 7. Bei einem Motorboot muss der Motor ausgetauscht werden. Zum Herausheben des Motors aus dem Schiffsrumpf steht ein Flaschenzug mit 8 tragenden Seilen zur Verfügung. Der Motor hat eine Gewichtskraft von FG,2kN. Der Monteur zieht aus dem Flaschenzug insgesamt 20 m Seil zu sich her. a) Wie hoch ist die Zugkraft am Seil und wie hoch wird der Motor angehoben? b) Berechne die physikalische Arbeit, die der Monteur am Flaschenzug verrichtet. c) Wie heißt diese Arbeit und welche Energie wird dadurch beim Motor erhöht? d) Der Monteur hat den Motor innerhalb von 2 Minuten angehoben. Welche physikalische Leistung erbrachte er damit? RP_A0155 **** Lösungen Seiten (RP_L0155) 2 (2)

25 Thema: Mechanik Länge, Längenmessung 1. a) Bei Längenmessungen können Fehler auftreten. Gib eine mögliche Fehlerquelle an. b) Mit welchem Messgerät kann die Dicke eines Blatt Papiers sicher bestimmt werden? c) Die Messung einer Länge mit einem Längenmessgerät, das eine Millimetereinteilung aufweist, ergab einen Wert von 98,5 mm. Worauf muss bei der Umrechnung des Messwerts in cm und dm geachtet werden, wenn die letzte Ziffer unsicher ist? Rechne anschließend um. d) Was versteht man unter dem in der Astronomie üblichen Lichtjahr? Dichte 2. a) Nenne 4 Materialien mit großer Dichte: Nenne 4 Materialien mit geringer Dichte: kg b) Petroleum hat eine Dichte von 0,85. dm Welche Information kann man dieser Angabe entnehmen? c) Ein quaderförmiger Öltank (aus Stahlblech) ist mit 7,5 t Heizöl vollständig gefüllt. Abmessungen des Öltanks: L 0 dm; B 2,5 m; H 125 cm. Berechne die Dichte des eingefüllten Heizöls. d) Welche Masse (in kg) haben 0,40 Liter Brennspiritus, wenn seine Dichte 790 kg / m beträgt? Gewichtskraft, Gravitation. a) Was versteht man unter dem Begriff Gravitation? b) Beschreibe die Kräfte, die bei der Gravitation zwischen zwei Körpern wirken. c) In welche Richtung wirkt an einem Körper die Gewichtskraft und wo hat sie Ihren Angriffspunkt? d) Die Gewichtskraft ist auf der Erdoberfläche unterschiedlich groß, je nachdem ob man sich am Äquator oder am Nordpol aufhält. Wo ist die Gewichtskraft am größten und warum ist dies so? RP_A0156 **** Lösungen Seiten (RP_L0156) 1 (2)

26 Reibung 4. a) Wo wirkt sich Reibung nachteilig aus? Gib zwei Beispiele aus der Technik oder dem Alltag an und beschreibe bei einem der Beispiele, durch welche Maßnahmen die Reibung verringert werden kann. b) Du möchtest einen Schrank (m 50kg) verschieben. Wie viel Kraft musst du dafür aufwenden, wenn Haft 0,6; Gleit 0,2? Kraftwirkung 5. a) Gib die Bestimmungsstücke einer Kraft an. b) Nenne drei dir bekannte Kräfte mit jeweils einem Beispiel aus dem Alltag. c) Wann sind zwei Kräfte gleich? d) Unter welchen Voraussetzungen gilt das Gleichgewicht von zwei Kräften, die an einem Körper wirken (Kräftegleichgewicht)? Beantworte allgemein kein Beispiel! e) Wie verhält sich ein Körper, wenn die Kräfte die an ihm angreifen, im Gleichgewicht sind? Arbeit, Leistung, Energie 6. a) Wie lautet der Energieerhaltungssatz in der Mechanik? b) Tom hilft beim Einkaufen. Im Getränkemarkt hebt er 2 Kästen Mineralwasser ( F G 150 N pro Kasten) vom Boden hoch und legt sie nebeneinander in den Kofferraum ( h 0,60m). Welche Arbeit wird an den beiden Kästen verrichtet? Welche Energie wurde dadurch an den Kästen erhöht? RP_A0156 **** Lösungen Seiten (RP_L0156) 2 (2)