1. Pflichtstation: Bedeutung der Begriffe Arbeit, Energie, Leistung

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1 1. Pflichtstation: Bedeutung der Begriffe Arbeit, Energie, Leistung Findet in den ausliegenden Schulbüchern und physikalischen Fachbüchern verschiedene Definitionen der Begriffe Arbeit, Energie und Leistung. Schreibt aus den gewonnen Informationen je eine für euch am besten passende Definition der Begriffe auf, die ihr mit euren eigenen und im Alltag gebrauchten Worten formuliert. Findet nun (ggf. mit Hilfe der anderen Definitionen) eine wissenschaftliche Definition der Begriffe Arbeit, Energie und Leistung. Hinweis: Erledigt diese Aufgabe ggf. für die einzelnen Begriffe getrennt und nacheinander. Lösung: Arbeit: W r = Fds Leistung: dw P = dt

2 1. Wahlstation: Alltagswendungen Achtung: Lest erst Aufgabe 1 und löst sie. Lest dann erst Aufgabe 2 und löst diese. 1.) Schreibt innerhalb von 2-3 Minuten möglichst viele Sätze, Redewendungen, Alltagssituationen auf, in denen die Worte Arbeit, Energie und/oder Leistung verwendet werden. 2.) Lest eure Sammlung nun nochmals durch und entscheidet dabei, mit Hilfe euer in der ersten Station gefundenen Definition, ob die Begriffe physikalisch richtig verwendet wurden. So dies möglich ist, könnt ihr eure Sätze/Aussagen dahingehend korrigieren. 3.) Zieht aus euren Ergebnisse Schlüsse für den Physikunterricht. (Können die physikalischen Größen Arbeit, Energie, Leistung mit Hilfe von Alltagswendungen erschlossen werden?)

3 2. Wahlstation: Einheiten 1.) Findet alle (gebräuchlichen) Einheiten der physikalischen Größen Arbeit, Energie, Leistung. Rechnet vor, wie man sie ineinander umrechnet. 2.) Beispielaufgabe aus der Praxis: Versucht folgende Aufgabe zuerst nur auf Grundlage der Einheiten, d.h. mit Hilfe der Einheitenbetrachtung zu lösen. Untersucht später, was die einzelnen Angaben physikalisch bedeuten und wie die Einheiten euch halfen diese Bedeutungen zu erfassen. Gesine will sich einen Trockner kaufen. Sie hat zwei in die engere Wahl genommen. Der erste fasst maximal 7 kg Wäsche (Trockengewicht) und verbraucht im Programm Baumwolle schranktrocken 3,9 kwh. Dafür trocknet er ca. 125 Minuten. Der zweite Trockner fasst nur 6 kg Wäsche, benötigt für schranktrockene Baumwollsachen 101 Minuten und 3,6 kwh. Bestimmt nun, welcher der beiden Trockner energiesparender arbeitet und ob eine ältere Haushaltsteckdose mit einer 10A-Sicherung für den Trockneranschluss ausreicht. Hinweis: Lösung auf Rückseite

4 Lösung: 1.) Ihr solltet verwendet haben für Energie/Arbeit: J, Nm, Ws, kwh, kg*m/s 2, ev, VAs für Leistung: W, VA, PS, J/s, Nm/s, kg*m/s 3 2.) Trockner 1: W/kg=0,56kWh/kg=2016kJ/kg, Trockner 2: W/kg=0,6kWh/kg=2160kJ/kg Trockner 1: I=8,51A, Trockner 2: I=9,72A (über P=I*U=W/t)

5 3. Wahlstation: Arbeitsformen, Energieformen und Energieumwandlung 1.) Sammelt mit Hilfe der ausliegenden Materialien so viele Arbeitsarten wie möglich. Macht euch klar, wo sie auftreten und was sie bedeuten. Gebt jeweils die Formel(n) zur Berechnung der Arbeiten an. 2.) Benennt alle Arten von Energie und findet jeweils ein praktisches Beispiel, für die Umwandlung der Energieformen ineinander.

6 4. Wahlstation: Energieerhaltung 1.) Beschreibt detailliert die Energieumwandlung mit allen beteiligten Energien und Arbeiten an einem nicht zu einfachen Beispiel (Vorschlag: Pendel). 2.) Schreibt den Energieerhaltungssatz auf und versucht ihn (zur Not an eurem Beispiel) durch eine Gleichung auszudrücken. 3.) Was ist an folgendem Satz nicht korrekt?: Beim Pendel gilt der Energieerhaltungssatz E pot =E kin.

7 Lösung: 2.) d d W ( W + W ) = 0 wenn das gilt, gilt Energieerhaltung dt ges = pot kin dt

8 5. Wahlstation: Kraftumformende Einrichtungen und die Goldene Regel der Mechanik Zeichnet oder baut eine kraftumformende Einrichtung auf. Beschreibt sie und zeigt daran die Gültigkeit der Goldenen Regel der Mechanik. Hinweis zur Lösung der Aufgabe auf Rückseite!

9 Hinweis: Kraftumformende Einrichtungen sind z.b. der Hebel, der Flaschenzug, die schiefe Ebene, die verschiedenen Zahnkränze am Fahrrad.

10 6. Wahlstation: Lehrplan Erzeugt eine Übersicht, in der ihr darstellt, in welchen Klassen und in welchem Umfang die Begriffe Arbeit, Energie, Leistung in der Schule besprochen werden. Nennt ggf. auch benötigte mathematische Zusammenhänge/Formeln.

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