Klausur 4 Kurs 12Ph2 Physik-e

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1 Kausur 4 Kurs 1Ph Physik-e Lösung Version Eräutern Sie, warum bei er Wehsespannung ie Sheitespannung immer größer as ie effektive Spannung ist un berehnen Sie ie Sheitespannung für U eff =110V. Bei er Wehsespannung änern sih ie Spannungswerte in er Zeit mit einer Sinusfunktion. Die Sheitespannung bezeihnet abei en maximaen Spannungswert, er nur angenommen wir, wenn er Sinus ie Werte 1 oer -1 annimmt. Die effektive Spannung ist ein (über ie eektrishe Leistung ermitteter) Mittewert. Es git: U = U eff = 110V 155,6 V Aus einer Viezah von Wehsespannungen mit vershieenen Frequenzen so ie Spannung mit er Frequenz 7500 Hz heraus gefitert weren. Sie haben einen Konensator von 0,5 μf zur Verfügung. Die benötigte Spue müssen Sie sih sebst bauen. a) Zeihnen Sie ein Shatbi er zu verwenenen Shatung. Es hanet sih um einen Siebkreis, bei em er Konensator un ie Spue in Reihe geshatet sin. b) Die Spue, ie Sie bauen müssen, hat eine Quershnittsfähe von A = 0 m un eine Länge von = 10 m. Berehnen Sie, wie viee Winungen Sie wiken müssen. Der Wierstan eines Siebkreises berehnet sih aus R ges = R L R C R. Minima wir er Wierstan, wenn R L =R C. Die Frequenz f, ie bei ieser Beingung herausgefitert wir, sorgt für einen maximaen Stromfuss. Es git: R L =R C L= 1 C =4 f = 1 L C f = 1 L C 1 Nah L aufgeöst ergibt sih L= 4 f C un mit L= 0 A n bzw. n = L 0 A n= 4 f C 0 A = 0, , ,3 Man muss aso etwa 190 Winungen auf er Spue wiken, amit ie Frequenz 7500 Hz gefitert wir. 3 Eine Wee breitet sih nah em Gesetz s=s m sin t T x aus. Die Ampitue beträgt s m =0 m, ie Frequenz ist f =5 Hz un ie Wee breitet sih mit er Geshwinigkeit = m aus. s Berehnen Sie, zu weher Zeit t sih an er Stee x=70m ie Ausenkung s=10 m ergibt. Aus er Frequenz f ergibt sih T zu T= 1 f. λ ergibt sih aus er Forme = f zu = f. Ae aneren Größen bis auf t sin gegeben, soass man t berehnen kann: s=s m sin t T x s s m =sin t T x t T x =arsin s s m Kausur 4 Kurs 1Ph Physik-e - Lösung Seite 1/5

2 t arsin s T x = s m arsin s t T = s m arsin s x t f = s m x f t = arsin s f t=arsin ,7 s 0,37 s Zur Zeit t = 0,37 s misst man ie geforerte Ausenkung. 5 s m x 4 In einem an einer Seite vershossenen Gasrohr ist ein ünner Draht frei shweben aufgehängt. Er wir von einem so starken Strom urhfossen, ass er güht. Wir nun vor em offenen Ene es Rohres urh einen Lautspreher ein starker hoher Ton erzeugt, so verösht as Gühen es Drahtes an Steen, ie etwa 1, m voneinaner entfernt sin. Erkären Sie as Zustanekommen ieses Effektes un berehnen Sie ie Weenänge er vom Lautspreher ausgeseneten Shawee. Der vom Lautspreher erzeugte Ton erzeugt in em Rohr eine stehene Wee. Links iegt übrigens ein offenes Ene vor un rehts ein geshossenes Ene. Das hat aber auf ie Lösung er Aufgabe keinen Einfuss. An Shwingungsbäuhen er stehenen Wee bewegt sih ie Luft so shne, ass sie en Draht küht: Er güht niht mehr. An en Shwingungsknoten bewegt sih ie Luft fast niht; er Draht wir eshab auh niht geküht un er güht weiter. Der Abstan zwishen en Shwingungsknoten beträgt. Da ie Shwingungsknoten en Abstan 1, m voneinaner haben, git =1,m = 1, m=,4m. Die Weenänge er ausgesanten Wee beträgt aso,4 m. 5 Sie fahren auf einer Bunesstraße mit 1/0 er Shageshwinigkeit (aso v= 1 ). 0 Ihnen kommt ein Wagen entgegen, er ebenfas mit v= 1 fährt. Der entgegenkommene Fahrer 0 gibt Ihnen ein autes Hupsigna er Frequenz 950 Hz. Berehnen Sie ie Frequenz es Tones, en Sie hören. Es git f Sener =950 Hz. Wenn Sie stehen würen, würen Sie nah er Forme E S : f '= f v en Ton mit er Frequenz f Empfänger in Ruhe = f Sener 1 = f Sener = f Sener 0 19 hören. Da Sie sih aber auh bewegen, hören Sie statt er Frequenz f Empfänger in Ruhe nah er Forme E S : f '= f v 1 0 ie Frequenz f Empfänger = f Empfängerin Ruhe = f Empfänger in Ruhe 1 0 = f Sener = f Sener 1 19 = Hz=1050 Hz.Sie hören aso einen um 100 Hz angehobenen Ton Kausur 4 Kurs 1Ph Physik-e - Lösung Seite /5

3 6 Zwei Lautspreher senen phasengeih Töne er geihen Frequenz f aus. Zwishen en Lautsprehern besteht er Abstan = 0 m. Im Abstan a = vor en Lautsprehern befinet sih eine Shiene, auf er ein Mikrophon vershoben weren kann. Man stet fest, ass an vershieenen Steen as überagerte Signa untershieih aut registriert wir. zu a): a) Begrünen Sie, warum an vershieenen Steen as Signa untershieih aut ist. b) Begrünen Sie, ass im Messpunkt 1 immer maximae Lautstärke empfangen wir, ganz geih, wie groß a ist. ) Fährt man von Messstee 1 aus as Mikrophon nah rehts, so misst man erst wieer an er Messstee ein maximaes Signa. Berehnen Sie ie Frequenz es Signas. Die von en Lautsprehern phasengeih ausgesanten Töne geangen auf untershieih angen Wegen zum Mikrophon, soass sie ort mit vershieenen Phasen ankommen un sih urh Interferenz mehr oer weniger gegenseitig ausöshen. zu b): Der Messpunkt 1 ist von jeem Lautspreher geih weit entfernt. Die Ween treffen aso geihphasig ein un verstärken sih, un as unabhängig von er Entfernung a. zu ): Im Messpunkt 1 ist er Ganguntershie er beien Weenzüge geih 0. Da erst am Messpunkt wieer maximae Intensität gemessen wir, beträgt er Ganguntershie hier λ. Es git aso: e= f Nah em Satz es Pythagora git e =a =a 4 f =a f =a. e=a 4 un Aus e= f fogt: =e f =a 4 a = 4 =8 5 = 8 5 =8 5 0, m 0,118 m Die Weenänge er Shawee beträgt aso etwa 11,8 m. a e 1 f = f f = 340 m = s 870 Hz Die Frequenz beträgt etwa 870 Hz. 0,118 m Kausur 4 Kurs 1Ph Physik-e - Lösung Seite 3/5

4 7 Konstruieren Sie mit Hife es Huygensshen Prinzips en weiteren Verauf er Wee. Die Weenfront kommt auf em Papier von oben, trifft auf eine Grenzshiht zwishen zwei Meien un bewegt sih ann im unteren Meium 3-ma so shne weiter wie im oberen Meium. Aufgabe: Arbeitsbatt (GeoGebra) Kausur 4 Kurs 1Ph Physik-e - Lösung Seite 4/5

5 Ergebnis: Formen zur Physikarbeit U in = n R ges = R C R s= 1 a t U in = L İ U t= U sin t v=a t P= U I R L = L R C = 1 C R ges =R L R C R F =m a = T E S : f '= f v E S : f '= f v a z= v r R ges =R L R =A B tan = U L U C U s=s m sin sin t T x P eff = P W = 1 L I E S : L= 0 A n f '= f v E S : f '= f v sin tan für keine Winke (bis etwa 10 ) F = D s = f W = 1 C U s=v t f = 1 T Vie Erfog bei er Bearbeitung er Aufgaben! Kausur 4 Kurs 1Ph Physik-e - Lösung Seite 5/5