4. Stegreifaufgabe aus der Physik Lösungshinweise

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1 4. Stegreifaufgabe aus der Physik Lösungshinweise Gruppe A Aufgabe 1 Das Gewicht des Körpers nimmt ab Das Gewicht des Körpers bleibt gleich Das Gewicht des Körpers nimmt zu Das Volumen des Körpers nimmt ab Das Volumen des Körpers bleibt gleich Das Volumen des Körpers nimmt zu (2 Punkte) Aufgabe 2 Erhöht man die Temperatur eines Körpers, dann werden die Moleküle schneller. Sie können sich daher (entgegen den wirkenden Anziehungskräften) weiter voneinander entfernen. Eine gröÿere Entfernung zwischen den Teilchen bedeutet dann ein gröÿeres Volumen. Bei Flüssigkeiten sind die Kräfte zwischen den Molekülen (da sie weiter voneinander entfernt sind als bei Festkörpern) deutlich kleiner als bei Festkörpern. Eine Geschwindigkeitserhöhung führt deshalb auch zu einer gröÿeren Auseinanderbewegung der Moleküle. Das Volumen nimmt dann mehr zu als bei Festkörpern. Aufgabe 3 Die Längenänderung l lässt sich nach der Formel: l = α l 0 ϑ berechnen. Dabei ist α der Längenausdehnungskoezient für das Material, l 0 die Ausgangslänge und ϑ die Temperaturänderung. In diesem Fall also: l = 0, 0012 cm C m 150 m 50 C = 9, 0 cm. Die Brücke ändert ihre Länge demnach um 9 cm. Bei niedriger Temperatur ist der am Maÿband angezeigte Wert gröÿer als die wirkliche Länge. Aufgabe 4 Bei niedriger Temperatur ist der am Maÿband angezeigte Wert geringer als die wirkliche Länge.

2 Auch bei niedriger Temperatur stimmen der am Maÿband angezeigte Wert und die wirkliche Länge überein. Bei Temperaturerniedrigung wird die Länge des Maÿbands kleiner. Damit rücken auch die (Längen-)Markierungen zu nah zusammen. Statt der richtigen Längenmarkierung wird eine Markierung weiter rechts abgelesen. Es wird ein zu groÿer Wert angezeigt. Aufgabe 5 Der Cu-Al-Streifen biegt nach oben Der Cu-Al-Streifen biegt nach unten Der Cu-Fe-Streifen biegt nach oben Der Cu-Fe-Streifen biegt nach unten Wird ein Bimetallstreifen erwärmt, so verändern sich die Längen der einzelnen Metallstreifen unterschiedlich! Da die Metallstreifen fest verbunden sind, kann die entstehende Längendierenz nicht durch ein Überstehen eines Metalls ausgeglichen werden. Der Streifen biegt sich daher so, dass das Metall mit dem gröÿeren Längenausdehnungskoezienten weniger gekrümmt ist, also länger ist:

3 Gruppe B Aufgabe 1 Das Gewicht des Körpers nimmt ab Das Gewicht des Körpers nimmt zu Das Gewicht des Körpers bleibt gleich Das Volumen des Körpers nimmt ab Das Volumen des Körpers nimmt zu Das Volumen des Körpers bleibt gleich (2 Punkte) Aufgabe 2 Erhöht man die Temperatur eines Körpers, dann werden die Moleküle schneller. Sie können sich daher (entgegen den wirkenden Anziehungskräften) weiter voneinander entfernen. Eine gröÿere Entfernung zwischen den Teilchen bedeutet dann ein gröÿeres Volumen. Bei Flüssigkeiten sind die Kräfte zwischen den Molekülen (da sie weiter voneinander entfernt sind als bei Festkörpern) deutlich kleiner als bei Festkörpern. Eine Geschwindigkeitserhöhung führt deshalb auch zu einer gröÿeren Auseinanderbewegung der Moleküle. Das Volumen nimmt dann mehr zu als bei Festkörpern. Aufgabe 3 Die Längenänderung l lässt sich nach der Formel: l = α l 0 ϑ berechnen. Dabei ist α der Längenausdehnungskoezient für das Material, l 0 die Ausgangslänge und ϑ die Temperaturänderung. In diesem Fall also: l = 0, 0012 cm C m 200 m 40 C = 9, 6 cm. Die Brücke ändert ihre Länge demnach um 9,6 cm. Bei hoher Temperatur ist der am Maÿband angezeigte Wert gröÿer als die wirkliche Länge. Aufgabe 4 Bei hoher Temperatur ist der am Maÿband angezeigte Wert geringer als die wirkliche Länge.

4 Auch bei hoher Temperatur stimmen der am Maÿband angezeigte Wert und die wirkliche Länge überein. Bei Temperaturerhöhung wird das Maÿband länger. Damit gehen auch die (Längen- )Markierungen zu weit auseinander. Statt der richtigen Längenmarkierung wird eine Markierung weiter links abgelesen. Es wird ein zu kleiner Wert angezeigt. Aufgabe 5 Der Cu-Al-Streifen biegt nach unten Der Cu-Al-Streifen biegt nach oben Der Cu-Fe-Streifen biegt nach unten Der Cu-Fe-Streifen biegt nach oben Wird ein Bimetallstreifen erwärmt, so verändern sich die Längen der einzelnen Metallstreifen unterschiedlich! Da die Metallstreifen fest verbunden sind, kann die entstehende Längendierenz nicht durch ein Überstehen eines Metalls ausgeglichen werden. Der Streifen biegt sich daher so, dass das Metall mit dem gröÿeren Längenausdehnungskoezienten weniger gekrümmt ist, also länger ist:

5 Punkteschlüssel: Punkte Note ,5 2 8,510,5 3 6,58 4 3,