5) Nennen Sie zwei Beispiele für Scheinkräfte! (2 Punkte)

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1 1) a) Wie ist Dichte definiert? (2 Punkte) b) In welcher Einheit wird sie gemessen? (2 Punkte) c) Von welchen Parametern hängt die Dichte eines idealen Gases ab? Leiten sie dazu die Dichte aus dem idealen Gasgesetz her! (4 Punkte) 2) a) Skizzieren Sie den Aufbau des Mittelohrs (2 Punkte) b) Wie kommt es zu einer Verstärkung des Schalldrucks durch das Mittelohr (2 Punkte)? c) Berechnen Sie den Druck am ovalen Fenster, wenn auf das Trommelfell ein Druck von 3 Pa wirkt. Die Fläche des Trommelfells beträt 40 mm 2, die des ovalen Fensters 2 mm 2! (2 Punkte) 3) a) Wie lautet das Laplace Gesetz für eine Kugel? (2 Punkte) b) Was für Auswirkungen hat eine Vergrößerung der linken Herzkammer ohne Veränderung der Wanddicke? (2 Punkte). c) Warum müssen diese Veränderungen durch geeignete Therapien rückgängig gemacht werden? (2 Punkte) 4) a) Wie lautet das Gesetz von Hagen-Poisseuille? (2 Punkte) b) Was bedeuten diese Größen?( 2 Punkte) c) Unter welchen Bedingungen gilt dieses Gesetz? (2 Punkte). d) In welchem Fall fließt bei einer konstanten Druckdifferenz mehr Flüssigkeit pro Zeiteinheit, bei einer Verdoppelung des Rohrradius oder bei der Parallelschaltung von 8 gleichen Rohrelementen? (2 Punkte) 5) Nennen Sie zwei Beispiele für Scheinkräfte! (2 Punkte)

2 6) Die Zeichnung zeigt das Weg-Zeit Diagramm eines Körpers a) Zu welchen Zeitpunkt ist die Geschwindigkeit maximal? (2 Punkte) b) Zu welchen Zeitpunkten ist die Geschwindigkeit minimal? (2 Punkte) c) Kennzeichnen Sie die Bereiche, die einer Bewegung mit konstanter positiver Beschleunigung entsprechen. (2 Punkte)

3 Kraft [N] 7) Die Zeichnung zeigt die Dehnungskurve einer Feder Dehnung [cm] a) Kennzeichnen Sie den Bereich in dem das Hook`sche Gesetz gültig ist. (2 Punkte) b) Bestimmen Sie die Federkonstante (mit Einheiten). (2 Punkte) c) Die Feder soll von der Länge l 1 =20 cm auf die Länge l 2 = 40 cm gedehnt werden. Berechnen Sie die Arbeit die Sie dafür verrichten müssen (mit Einheiten)? (2 Punkte) Skizzieren Sie die Arbeit in der Grafik (2 Punkte)

4 1. Bohrer und Drehmoment Ein typischer zahntechnischer Bohrer hat ein Drehmoment von 0,3Nm. Welche Kraft müssen Sie aufbringen um diesen Bohrer zum Stillstand zu bringen? a) Wie ist das Drehmoment definiert? (2 Punkte) b) Um den Bohrer zum Stillstand zu bringen, müssen Sie ein gleich großes, entgegengesetztes Drehmoment aufbringen. Wie groß ist die Kraft, die dafür nötig ist? Der Bohrer soll einen Radius von 1mm haben und die Kraft senkrecht dazu wirken. (2 Punkte) c) Die Kraft wird üblicherweise durch Reibung erzeugt. Welche Formen von Reibungskräften gibt es? (3 Punkte) d) Welcher Bohrer ist leichter (mit weniger Kraft) zum Stillstand zu bringen, einer mit großem oder mit kleinem Radius? (1 Punkt) 2. Elektrisches Feld. a) Wie groß ist die Kraft (F), die auf eine Ladung (q) im elektrischen Feld mit der Feldstärke (E) wirkt! Geben Sie die Formel an. (2 Punkte) b) Die Abbildung zeigt einen Plattenkondensator. Zeichnen Sie die Feldlinien und Äquipotentiallinien. Die Äquipotentiallinien sollen einen Abstand von 1V haben. (2 Punkte)

5 c) Wie groß ist die Arbeit, die aufgebracht werden muss, um eine positive Ladung q=1c von A nach B zu verschieben. Die Platten seien 4cm voneinander entfernt. Punkt A liege 1cm über der unteren Platte. (2 Punkte) d) Wird bei zwei unterschiedlichen Wegen, die gleiche Arbeit verrichtet? Warum ist das so? (2 Punkte) Hagen- Poisseuille a) Wie lautet das Gesetz von Hagen-Posseuille? (2 Punkte) b) Durch ein Rohr der Länge (l) mit Radius (r) fließt eine Flüssigkeit mit der Viskosität ( ) Wie ändert sich der Volumenstrom, wenn Sie - die Länge des Rohres verdoppeln? (1 Punkt) - den Radius des Rohres verdoppeln (1 Punkt) - die Viskosität der Flüssigkeit verdoppeln (1 Punkt) alle anderen Größen sollen jeweils unverändert bleiben. 4. Druck

6 Weg (m) a) Wie ist der Druck definiert? (2 Punkte). b) In welcher Einheit wird er gemessen? Wie lautet der Name der Einheit (1 Punkt) c) Führen Sie die Einheit auf Grundeinheitenen zurück. (1 Punkt) d) Von welchen Parametern hängt der Druck eines idealen Gases ab? (2 Punkte) 5. Bewegung a) Zeichnen Sie das Weg-Zeit Diagramm folgender Bewegung: Ein Auto fährt vom Startpunkt (0,0) 40s lang zunächst mit konstanter Geschwindigkeit von 10m/s. Es bremst dann ab und kommt innerhalb von 20s zum stehen. Es ist nun 500m vom Ausgangspunkt entfernt. Nachdem es 20s gestanden hat, beginnt es rückwärts zu fahren. Es beschleunigt 20s lang und befindet sich dann wieder 400m vom Startpunkt entfernt. Danach fährt es weitere 20s mit konstanter Geschwindigkeit rückwärts, so dass es am Ende 200m vom Ausgangspunkt entfernt ist. (4 Punkte) Zeit (s) 6. Scheinkräfte

7 a) Nennen Sie zwei Beispiele für Scheinkräfte! (2 Punkte) 7. Wärmekapazität a) Wie ist die Wärmekapazität definiert? (2 Punkte) b) Die Grafik zeigt, wie sich die Temperatur eines Körpers verändert, wenn ihm Wärmeenergie zugeführt wird. Wie sieht dieser Graph für einen Körper mit doppelt so großer Wärmekapazität aus? Alle anderen Größen sollen dabei identisch sein. Ergänzen Sie die Zeichnung. (2 Punkte) 8. Warum fliegt ein Flugzeug? a) Zeichnen Sie schematisch das Strömungsprofil um eine Tragfläche (2 Punkte) b) Erklären Sie, wie sich daraus eine nach oben gerichtete Kraft ergibt. (2 Punkte)

8 1. Kapazität a) Wie ist die Kapazität definiert? (2 Punkte) b) Wieviel Ladung befindet sich auf einem Kondensator mit einer Kapazität von 10pF (10 * C/V), wenn dieser auf 100V aufgeladen wird? (2 Punkte) c) Von welchen Größen hängt die Kapazität eines Plattenkondensators ab? (2 Punkte) 2. Kräfte a) Nennen Sie eine konservative und eine nichtkonservative Kraft. (2 Punkte) b) Nennen Sie eine Scheinkraft. (2 Punkte) 3. Crashtest Ein Auto fährt mit 10 m/s gegen eine starre Wand und wird dabei innerhalb von 0,5 m auf Null abgebremst. a) Welche Art Energie hat das Auto, bevor es auf die Wand trifft? Geben Sie die Formel an. (2 Punkte) b) Diese Energie wird dazu verwendet das Auto zu verformen, also Arbeit zu leisten. Wie ist die Arbeit definiert? Geben Sie die Formel an. (2 Punkte) c) Leiten Sie daraus eine Formel ab, mit der sich die Kraft bestimmen lässt, die auf das Auto wirkt. Lösen Sie die Formel nach F auf. (2 Punkte) d) Berechnen Sie damit die Beschleunigung, die auf das Auto wirkt. Setzen Sie die oben angegebenen Werte ein. (2 Punkte) 4. Balkenwaage und Drehmoment a) Wie ist das Drehmoment definiert? (2 Punkze) b) Die Abbildung zeigt das Modell einer Balkenwaage. Welche Bedingung muss erfüllt sein, damit sich die Waage im Gleichgewicht befindet? (2 Punkte)

9 c) Be sti m m en Si e die Gewichtskraft F 2 des Probekörpers. Die Hebelarmlängen sind l 1 = 0.02m und l 2 = 0.06m. Die Gewichtskraft des Referenzkörpers beträgt F 1 = 2N. 5. Volumenstrom a) Wie ist die Volumenstromstärke definiert? (2 Punkte) b) Durch ein Rohr, zwischen dessen Enden die Druckdifferenz p herrscht, fließt ein Volumenstrom j. Wie hängt dieser Volumenstrom vom Strömungswiderstand R ab? Geben Sie die Formel an. (2 Punkte) c) Die Grafik zeigt, wie sich der Volumenstrom durch zwei Rohre ändert, wenn die Druck variert wird. Welches Rohr besitzt den größeren Strömungswiderstand? (2 Punkte) 6. Pa sc als ch

10 es Prinzip und hydraulischer Lift a) Was besagt das Pascalsche Prinzip? (2 Punkte) b) Die Abbildung zeigt das Modell eines hydraulischen Lifts. Erklären Sie mit Hilfe des Pascalschen Prinzips, warum die Kraft F 2 größer als die Kraft F 1 ist. (2 Punkt e) 7. Gesc hwind igkeit s-zeit Diagr amme a) Die Graphen zeigen zwei Orts-Zeit Diagramme (x-t). Ergänzen Sie die zugehörigen Geschwindigkeits-Zeit Diagramme (v-t). (2 Punkte)

11 b) Zeichnen Sie zu dem unten angegebenen v-t Diagramm einen Graphen in dem die Beschleunigung über der Zeit aufgetragen ist (a-t Diagramm). (2 Punkte)

12 c) Welchen Weg hat der Körper zwischen den Zeitpunkten t 1 =10s und t 2 =20s zurückgelegt? (2 Punkte) d) Wie kann man graphisch den Gesamtweg bestimmen, den der Körper zurückgelegt hat? (2 Punkte) 8. Druck a) Wie ist der Druck definiert? (2 Punkte) b) In welcher Einheit wird er gemessen? (2 Punkte) c) Wie groß ist der Schweredruck in 10m Wassertiefe? Die Dichte von Wassser ist 1000kg/m 3 und die Erdbeschleunigung 10m/s 2. (2 Punkte)

13 1. Wieviele Ladungen (Ionen) müssen verschoben werden, um die Spannung über der Zellmmebran um einen bestimmten Betrag zu verändern? a) Wie ist die Kapazität definiert? (2 Punkte) b) Berechnen Sie die Ladungsmenge Q, die Sie benötigen, um eine Zelle mit einer Kapazität von 30pF (30 * C/V) auf -80 mv zu hyperpolarisieren. (2 Punkte) c) Berechnen Sie daraus die Anzahl einwertiger Kationen, die aus dem Zellinneren nach außen fließen müssen, um diese Ladungsmenge aufzubringen. Die Elementarladung beträgt 1.6 *10-19 C. (2 Punkte) 2. Reibung Was für Formen von Reibungskräften gibt es? (3 Punkte) 3. Röntgenröhre Zwischen den beiden Elektroden der Röhre liegt eine Beschleunigungsspannung U an. Mit welcher Geschwindigkeit trifft ein Elektron auf der Anode der Röhre auf? Benutzen Sie den Energieerhaltungssatz. a) Welche Art Energie hat das Elektron, wenn es auf die Anode triff? Geben Sie die Formel an. (2 Punkte) b) Welche Art Energie besitzt das Elektron an der Kathode, wenn es dort in Ruhe ist? Geben Sie die Formel an. (2 Punkte) c) Leiten Sie daraus eine Formel ab, mit der sich die Geschwindigkeit bestimmen lässt. Lösen Sie die Formel nach v auf. (2 Punkte) 4. Wärmekapazität a) Wie ist die Wärmekapazität definiert? (2 Punkte)

14 T ( C) W (J) b) Die Grafik zeigt, wie sich die Temperatur zweier Körper verändert, wenn ihnen Wärmeenergie zugeführt wird. Welcher Körper besitzt die größere Wärmekapazität? Alle anderen Parameter sollen identisch sein. (2 Punkte) 5. Drehmoment a) Wie ist das Drehmoment definiert? (2 Punkze) b) Sie möchten eine Schraube mit einem Drehmoment von 20Nm anziehen. Welche Kraft müssen Sie senkrecht zum Schraubenschlüssel aufwenden, Länge von 20cm hat? (2 Punkte) we nn der He bel ar m ein e

15 Kraft (N) 6. Hooke sches Gesetz Dehnung (cm) a) Bestimmen Sie die Federkonstante (mit Einheiten). (2 Punkte) b) Die Feder soll von der Länge l1=20 cm auf die Länge l2= 40 cm gedehnt werden. Skizzieren Sie die Arbeit, die Sie dafür benötigen, in der Grafik (2 Punkte) c) Berechnen Sie diese Arbeit (mit Einheiten). (2 Punkte) 7. Gesetz von Hagen-Poisseuille a) Wie lautet das Gesetz von Hagen-Poisseuille? (2 Punkte) b) Was bedeuten diese Größen (2 Punkte) c) Sie vergrößern den Rohrradius auf das Dreifache des ursprünglichen Radius. Um welchen Faktor vergrößert sich der Volumenstrom? Alle anderen Größen sollen konstant bleiben. (2 Punkte)

16 Weg (m) 8. Weg-Zeit Diagramm Zeit (s) a) Kennzeichnen Sie die Bereiche in denen die Geschwindigkeit Null ist. (2 Punkte) b) Kennzeichnen Sie den Bereich maximaler Geschwindigkeit (2 Punkte) c) Kennzeichnen Sie den Bereich negativer Geschwindigkeit (2 Punkte) d) Kennzeichnen Sie die Bereiche in denen die Beschleunigung ungleich Null ist. (2 Punkte) 9. Leistung a) Wie ist die Leistung definiert? (2 Punkte) b) In welcher Einheit wird sie gemessen? (2 Punkte)

17 c) Ein Herz schlägt mit einer Frequenz von 90/min und verrichtet pro Arbeitszyklus eine Arbeit von 0.5 Nm. Welche Leistung wird dabei verrichtet? (2 Punkte)

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