GIBB / BMS Physik Berufsmatur 2003 Seite 1. Name, Vorname: Klasse:

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1 GIBB / BMS Physik Berufsmatur 2003 Seite 1 Name, Vorname: Klasse: Zeit: 120 Minuten Hilfsmittel: Taschenrechner, Formelsammlung nach eigener Wahl. Die Formelsammlung darf mit persönlichen Notizen ergänzt sein (keine vorgelösten Beispiele!); auch handgeschriebene Formelsammlungen dürfen keine vorgelösten Beispiele enthalten! Hinweise: Die Lösungen der Aufgabe 1 sind direkt auf den Aufgabenblättern anzukreuzen;! für die Aufgaben 2 bis 7 nehmen Sie bitte für JEDE AUFGABE ein A4-Blatt und beschriften es mit NAME, VORNAME, KLASSE und Aufgaben-Nr.!! Auf die vollständige und klare Darstellung des Lösungsweges wird bei der Beurteilung Wert gelegt. Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s 2 Bewertung: Jede Aufgabe wird mit 4 Punkten bewertet. Aufgabe Punkte Examinator Total Note Punkte Experte Bemerkungen Vorschlagsnote: Schriftliche Prüfungsnote: Maturnote: Visum Examinator: Visum Experte:

2 GIBB / BMS Physik Berufsmatur 2003 Seite 2 Aufgabe 1) Kreuzen Sie alle korrekten Lösungen an. Es können mehrere Antworten richtig sein. a) Die Bahnen 1 und 3 sind gleich lang. Nr. 2 ist die direkte Verbindung AB. Drei Wagen rollen reibungslos aus dem Stillstand von A nach B hinunter. Bei gleichzeitigem Start in A lautet die Reihenfolge in B: 1, 2, 3 2; 1 und 3 zeitgleich auf Rang 2 alle drei sind zeitgleich A B Für die Geschwindigkeiten in B gilt: 1 ist am schnellsten 2 ist am schnellsten alle drei sind gleich schnell b) Der Radius eines Rades beträgt 0.20 Meter und der Radius der Nabe 0.10 Meter (siehe Abbildung rechts). An der Nabe hängt links ein Körper mit der Masse von 4.0 kg. Welche Masse x muss rechts am Rad angehängt werden, damit sich das Rad nicht dreht? 2 kg 3.14 kg 6.28 kg 8 kg c) Zwei identische Behälter sind randvoll mit Wasser gefüllt. Im zweiten Behälter schwimmt ein Stück Holz, also ist das Gesamtgewicht des zweiten Behälters grösser genau gleich gross kleiner Das hängt von der Dichte des Holzes ab! 4 kg x d) Ein Junge wirft einen Stein waagrecht von einer Position 10 m über dem Boden weg. Der Stein fliegt über eine waagrechte Strecke von 20 Metern. Wie schnell warf der Junge den Stein? (Denken Sie an die Zeit.) 10 m/s 14 m/s 20 m/s 28 m/s Die Frage kann mit diesen Angaben nicht gelöst werden.

3 GIBB / BMS Physik Berufsmatur 2003 Seite 3 Aufgabe 2) Paketrutsche a) Um welchen Winkel α mindestens muss eine Paketrutsche (siehe Abbildung rechts) gegen die Horizontale geneigt sein, wenn Pakete mit einer Haftreibungszahl µ 0 = darauf abgleiten sollen? 15 m b) Mit welcher Geschwindigkeit erreichen die Pakete das Ende der Rutsche, wenn diese 15 m lang ist, die Gleitreibungszahl µ = und der Neigungswinkel α = 35 beträgt? (Anfangsgeschwindigkeit = 0) Aufgabe 3) Hält die Zugbrücke? Als Brunhilde (m =150 kg) ihren Fuss auf die äusserste Kante der bereits leicht angehobenen mittelalterlichen Zugbrücke setzt (siehe Abbildung), sind die beiden Zugseile noch 2,80 m lang. Abmessungen der Zugbrücke: Länge = Breite = 2,3 m Masse der Zugbrücke: 680 kg Die Zugseile kommen aus Maueröffnungen, die 2,3 m über der Zugbrücke liegen; die Zugseile sind an den äussersten Ecken der Zugbrücke befestigt. a) Skizzieren Sie die Zugbrücke mit den bekannten Abmessungen und den wirkenden Gewichts- und Seilkräften. b) Wie gross ist die Kraft, die in jedem einzelnen der (als masselos betrachteten) Zugseile wirkt, ohne Brunhilde auf der Zugbrücke? c) gleiche Situation wie bei b): jetzt steht aber Brunhilde (m = 150 kg) zuäusserst auf der schrägen Zugbrücke; wie gross ist die Kraft jetzt in jedem einzelnen Zugseil?

4 GIBB / BMS Physik Berufsmatur 2003 Seite 4 Aufgabe 4) Aufholjagd Ein Lastwagen fährt mit 50 km/h an einem am Strassenrand stehenden Smart vorbei. 5 Sekunden später fährt der Smart los, beschleunigt zuerst während 13 Sekunden mit 1,8 m/s 2 um anschliessend mit konstanter Geschwindigkeit weiterzufahren. a) Welche Strecke muss der Smart zurücklegen, um den Lastwagen einzuholen (die vorderen Stossstangen der beiden Fahrzeuge befinden sich nebeneinander). b) Wie lange sieht der Smartfahrer durchs Beifahrerfenster den 20 m langen Lastwagen direkt neben sich? c) Wie viele Sekunden nach dem Losfahren des Smart ist der Abstand der beiden Fahrzeuge maximal? Aufgabe 5) Ein Lastwagen von total 25 Tonnen hat bei der Autobahneinfahrt im Wankdorf (530 m ü M) eine Geschwindigkeit von 50 km/h. Nach 7.0 Minuten hat der LKW 7.0 km zurückgelegt, ist auf dem höchsten Punkt im Grauholz (610 m ü M) und fährt mit 80 km/h. a) Wie gross ist die mittlere mechanische Leistung, wenn die Fahrwiderstandskräfte total 5.4 kn gross sind? b) Wie gross ist die benötigte Dieselmenge, wenn der Wirkungsgrad der Antriebseinheit 34% beträgt? Energieinhalt von Diesel: ca. 42 MJ / kg

5 GIBB / BMS Physik Berufsmatur 2003 Seite 5 Aufgabe 6) Im Meerwasser (Dichte ρ = 1,02 kg / dm 3 ) schwimmt ein rechteckiger Ponton mit einer Grundfläche von 2,5 m x 6,0 m. Er ist 1,20 m hoch und wiegt 3,00 Tonnen. a) Wie tief taucht der leere Ponton ins Wasser ein? b) Wie gross ist der hydrostatische Druck am Boden des Pontons, wenn er 50 cm tief eintaucht? c) Welche Masse kann zugeladen werden, wenn der Rand des Pontons noch 30 cm über die Wasserlinie hinaus ragen soll? Aufgabe 7) Bei der Verpackung von Kartoffelchips wird die Tüte bei einer Umgebungstemperatur von 15 C und einem Umgebungsdruck von 1050 mbar mit 0,80 Litern Stickstoff teilweise gefüllt (und natürlich mit Chips, deren Volumen leider vernachlässigbar klein ist). Würde die Tüte eben gerade prall gefüllt, dann hätte sie ein Volumen von 0,95 Litern. Die Tüte wird nun auf einer Flugreise mitgeführt. Der Kabinendruck im Flugzeug wird auf 0,6 bar (entsprechend 2000 m über Meer) abgesenkt. Die Temperatur in der Kabine beträgt 21 C. a) Wie gross ist der Überdruck (in bar) in der Chipstüte, wenn diese als nicht elastisch angenommen wird? b) Wie viele Liter Stickstoff strömen aus, wenn die Tüte während des Fluges geöffnet wird ohne sie zusammenzudrücken? -- ENDE --