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1 Berufsmaturitätsschule BMS Physik Berufsmatur 2012 Name, Vorname:... Klasse:... Zeit: 120 Minuten Hilfsmittel: Hinweise: Taschenrechner, Formelsammlung nach eigener Wahl. Die Formelsammlung darf mit persönlichen Notizen ergänzt sein (keine vorgelösten Beispiele!); auch handgeschriebene Formelsammlungen dürfen keine vorgelösten Beispiele enthalten! Die Lösungen der Aufgabe 1 direkt auf dem Aufgabenblatt ankreuzen. Für die Aufgaben 2 bis 6 nehmen Sie bitte für jede Aufgabe ein neues A4-Blatt und beschriften es mit NAME, VORNAME und Aufgabennummer! Erdbeschleunigung g = 9.81 m/s 2 Resultate sinnvoll runden und mit korrekten Einheiten versehen. Bewertung: Jede Aufgabe wird mit 4 Punkten bewertet, Ausnahmen sind gekennzeichnet. Auf die vollständige und klare Darstellung des Lösungsweges wird bei der Beurteilung Wert gelegt. Aufgabe Punkte Examinator Punkte Experte Bemerkungen Total Note Schriftliche Prüfungsnote: (Halbe) Visum Examinator: Visum Experte:

2 gibb BMS Physik Berufsmatur 2 Aufgabe 1 Multiple Choice Kreuzen Sie alle korrekten Lösungen direkt auf dem Blatt an. Es können mehrere Antworten richtig sein. 1.1 Zwei Gewichte A und B (die Masse von Gewicht B ist um ca. 10% grösser) hängen wie gezeigt über einer drehbaren Rolle. Beide sind mit identischen Gummibändern am Seil festgemacht. Welches Gummiband wird bei der beschleunigten Bewegung stärker gedehnt? Das Band bei Gewicht A Das Band bei Gewicht B Beide Bänder gleich 1.2 Der Blutdruck einer Patientin beträgt 16 mbar. Die Dichte des Blutplasmas ist 1.03 g/cm 3 bei 37 C. Wie hoch muss der Blutplasmabeutel über dem Arm des Patienten hängen, damit der Druck des Blutplasmas beim Eintritt in die Venen ca. 16 mbar beträgt? 10 cm 16 cm 20 cm 50 cm 100 cm 160 cm 1.3 Eine Bewegung ist im s-t-diagramm festgehalten. Wie hoch ist die mittlere Geschwindigkeit über die gesamte Strecke? 40 km/h 51 km/h 60 km/h 72 km/h > 80 km/h 1.4 Felix Baumgartner stellte am 14. Oktober 2012 den Weltrekord Höchster Absprung eines Fallschirmsprungs auf. Der Heliumballon für seine Reise in die Stratosphäre ist rechts abgebildet. Um welchen Faktor dehnte sich der Ballon ungefähr aus? Daten am Boden: p Luftdruck am Boden =1 bar, J Boden = 20 C Daten in der Stratosphäre: p Luftdruck Stratosphäre =10 mbar, J = -70 C

3 gibb BMS Physik Berufsmatur 3 Aufgabe 2 Wenn Frostgefahr droht, beregnen Weinbauer ihre Bäume oder Sträucher mit Wasser. Eine Weintraube wird von einem geschlossenen Wassermantel von 1.0 mm mit 5 C umgeben. Dieser Mantel gefriert und hat eine Endtemperatur von -2 C. Die Weintraube hat einen Radius von 1.5 cm. 4 3 Kugelvolumen: V r, Kugeloberfläche A= 4pr 2 3 a) Welche Wärmemenge wird frei, wenn der Wassermantel zu Eis wird? (plus 5 C bis -2 C) b) Wenn die bei a) errechnete Wärmemenge vollständig an die Traube abgegeben wird, wie gross ist dann die Temperaturerhöhung DT der Weintraube? Spezifische Wärmekapazität 3.85 kj/(kg K), Dichte 1.05 kg/dm 3 (Wenn Sie a) nicht lösen konnten, verwenden Sie eine Wärmemenge von 1000J) Aufgabe 3 Auf einer Landstrasse ist ein Traktor mit 25.2 km/h unterwegs, ein PW folgt mit derselben Geschwindigkeit. Endlich ist die Strasse übersichtlich und der PW überholt. Der PW beschleunigt so lange mit 4.0 m/s 2, bis er relativ zum Traktor 40 m mehr zurückgelegt hat. Dann fährt er mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Skizze mit PW1 zu Beginn und am Ende des Beschleunigungsvorganges a) Wie lange dauert der Beschleunigungsvorgang und welche Geschwindigkeit erreicht der PW dabei? b) Ein zweites Fahrzeug fährt mit konstanten 60 km/h in der Gegenrichtung. Zu Beginn der Beschleunigung des ersten Fahrzeuges beträgt der Abstand 160 m. Wie gross ist der Abstand der beiden Fahrzeuge, wenn das erste Fahrzeug fertig beschleunigt hat? Falls Sie a) nicht lösen können, rechnen Sie mit t = 5.0 s. c) Wo kreuzen sich die beiden PWs? Aufgabe 4 Ein Auto (m = 1300 kg, A = 2.0 m 2, c w = 0.34) fährt auf einer Strasse bergauf. Steigungswinkel 7.0, konstante Geschwindigkeit 50 km/h Reibungszahlen: Haftreibungszahl 0.95, Gleitreibungszahl 0.65, Rollreibungszahl 0.015, Luftdichte 1.20 kg/m 3 a) Berechnen Sie die notwendige Antriebskraft. b) Wie gross ist die benötigte Leistung? c) Wie gross ist die momentane Leistung, wenn das Fahrzeug mit 2.0 m/s 2 beschleunigen muss?

4 gibb BMS Physik Berufsmatur 4 Aufgabe 5 Baukran: Alle Längen sind vom Punkt D aus gemessen. In Punkt A sind zwei Seile befestigt: A-C und A-B. Bei A ist keine Umlenkrolle. Der Kranausleger wiegt 1200 kg, sein Schwerpunkt ist 15 m von D entfernt. Die gestrichelte Linie und der Kranausleger sind horizontal ausgerichtet. A C ist senkrecht, übrige Winkel siehe Skizze Die Stütze A-D ist 4.8 m lang. a) Berechnen Sie das Drehmoment in Punkt D, welches durch das Eigengewicht des Kranauslegers und die Last (1.0 Tonne bei 28 m) erzeugt wird. b) Berechnen Sie die Seilkraft AB für die oben genannte Situation. c) Berechnen Sie die Seilkraft AC. d) Mit welcher Kraft wird die Stütze A-D belastet? Betrag und Richtung. Falls Sie b und c) nicht lösen können, rechnen Sie mit F AB = 120 kn und F AC = 100 kn A 40 Kranausleger B 54 D 16 m 28 m Last C Aufgabe 6 Eine Kugel von 60 g hängt an einem elastischen Band, das sich unter Dehnung wie eine Feder verhält; Federkonstante 10 N/m. Länge des ungedehnten Bandes: 20 cm In der Skizze sind die Höhen ab Tisch gezeichnet. a) Auf welcher Höhe über dem Tisch (0 cm in der Skizze) hängt die Masse am elastischen Band? Ruhelage ohne Bewegung. Die Kugel wird nach unten gezogen, das elastische Band spannt sich. Auf einer Höhe von 10 cm (gemäss Skizze) wird die Kugel losgelassen. b) Welche Geschwindigkeit hat die Kugel auf der Höhe 30 cm? c) Welche maximale Höhe kann die Kugel erreichen? 50 cm 30 cm 10 cm 0 cm Ende der Prüfung

5 gibb BMS Physik Berufsmatur Lösungen Aufgabe 1 Multiple Choice, korrekte Antworten 1.1 Beide Bänder gleich gedehnt cm Dp= r g Dh 1.3 v = Ds/ Dt = 20 km/30 min = 40 km/h Mal Aufgabe 2 p Boden V Boden T Boden Weintraube = p Stratosphäre V Stratosphäre T Stratosphäre a) Abgabe ca Joule b) Masse Traube: 14.8 g, Temperaturzunahme: 19.0K, (17.55 K mit 1000 Joule), V Stratosphäre V Boden 1000 mbar 203K»» K 10 mbar V Weintraube = 4 3 p (1.5cm)3 =14.14cm 3, m» 14.1 g V Wassermantel = 4 3 p ((1.6cm3 ) - (1.5cm) 3 = 3.02cm 3, m Wassermantel = 3.02 g DQ ab = m Wassermantel é ëc Wasserflüssig 5K + L f,wasser + c Eis 2Kù û é DQ ab = J J kg 4182 kg K 5K K J ê ë kg K 2K ù ú» 1084 J û b) DQ ab = DQ auf, 1084 J = m Weintraube c Weintraube DT 1084 J DT = kg 3850 J = 19.9 C Aufgabe 3 überholen a) 7.0 m/s t + 40 m = 7.0 m/s t a t 2 Zeit t ca. 4.47s Endgeschwindigkeit 24.9 m/s = 89.6 km/h b) Auto 1: 71.3 m, Auto m; Abstand 14.2 m c) 14.2 m» s Auto 1: 79.8 m, Auto 2: 80.2 m. Eine Streckenangabe reicht. v 1 + v 2 Aufgabe 4 Auto am Berg a) Antriebskraft = F Hang + F Roll + F LW Luftwiderstand 79 N, Hangabtriebskraft 1554 N, Rollreibung 190 N, Antriebskraft 1.82 kn (2 Punkte) b) P = F Antrieb v Leistung 25.3 kw, ca. 34 PS c) Antrieb neu: 4.42 kn, Leistung neu 61.4 kw (84 PS)

6 gibb BMS Physik Berufsmatur Aufgabe 5 Kran a) Drehmomente: ( 1.2 t 15 m t 28 m) 451 knm b) 451 knm = 16 m F AB sin(14 ), Kraft F AB = 117 kn Drehen bei D: 4.8 m F AB sin(40 ) = 4.8 m F AC sin(36 ), Kraft F AC = 127 kn ( ) + ( 127 kn, Ð-90 ) + F AD = 0 ( ) c) Vektoraddition: 117 kn, Ð-14 F AD» kn, Ð126 Variante Kräftezerlegung: Dreieck mit den Winkeln 104, 36 und F AB 104 Aufgabe 6 Federpendel Tabelle mit Energieformen! Start h = 0.30 m h max E pot 0.10 m m g 0.30 m m g h max 60 g g E kin 0 30 g v 2 0 E elast 0.20 J 0 0 Summe 259 mj 259 mj 259 mj a) m g= D Ds Höhe = 24.1 cm b) kinetische Energie: 82.3 mj, v b = 1.66 m/s c) h max = 44.0 cm F AD F AC 36 Rechnung b) als freier Fall: v 2 = 2 g 0.20 m ; v = 1.98 m/s, falsch, keine Punkte!