2. Klausur Physik Leistungskurs Klasse Dauer: 90 min

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1 . Klusur Physik Leistunskurs Klsse Duer: 9 in 1. Wird ein Dch neu einedeckt, können die Dchzieel it eine Krn uf ds Dch befördert werden. Dzu brint der Motor eine bestite Krft uf. Wie roß ist diese Krft i Verleich zur Gewichtskrft der Dchzieel, wenn die Zieel it konstnter Geschwindikeit senkrecht nch oben befördert werden? (Sätliche eibunskräfte durch ollen, Ler, Luftwiderstnd usw. sowie die Gewichtskrft on Krnhken und Seilen werden ernchlässit) (1) ) Die Krft uss etws kleiner ls die Gewichtskrft sein. b) Die Krft uss enu so roß wie die Gewichtskrft sein. c) Die Krft uss etws rößer ls die Gewichtskrft sein.. Zur Abiturfeier ibt es ein Feuerwerk, bei de eine roße kete it 1 k Strtsse ezündet wird. Der Schub der Triebldun beträt nfänlich 165 N. ) Welche Anfnsbeschleuniun erhält die kete, wenn sie senkrecht strtet? (3) b) Durch einen Fehler der Abschussorrichtun kippt die kete kurz or de Strt u und fliet horizontl we. Wie roß ist dbei die Anfnsbeschleuniun? () c) Entscheiden Sie, wie sich die Beschleuniun während des Aufsties ändert. Beründen Sie Ihre Entscheidun. (3) 3. Welche der in der Abbildun drestellten Kuren stellt ds Zeit-Geschwindikeits- Dir eines Steines dr, der zur Zeit t = senkrecht in die Höhe eworfen wird und wieder den Boden erreicht? (1) 4. A. Mi 199 stellte ndy Brnes us Tes, in Los Aneles den bis heute (Dezeber 1) ültien Weltrekord i Kuelstoßen uf. Die 7,57 k schwere Eisenkuel erreichte 3,1 Meter. Der Abwurfpunkt der Kuel l,4 über de Erdboden. ) Gehen wir don us, dss die Kuel i Winkel on 45 estoßen wurde. Leiten Sie usehend on der Wurfprbel usführlich eine lleeine Gleichun zur Berechnun der Abwurfeschwindikeit her. Berechnen Sie die Abwurfeschwindikeit. (zur Kontrolle: 15,9 /s) b) Überprüfen Sie, ob bei eine rößeren oder kleineren Abwurfwinkel eine rößere Wurfweite erzielt worden wäre. Geben Sie einen solchen Winkel it der Wurfweite n. (3) 5. Eine Kuel rollt eine eneite Ebene hinunter und führt dnch it der dbei erreichten Geschwindikeit einen werechten Wurf us. Es soll die Abwurfeschwindikeit der Kuel und der bsolute Fehler bestit werden. 1. In einer ersten Messun wird die Höhe h eessen, us der die Kuel herbrollt. Sie beträt 3 c und wurde it eine Linel it -Einteilun bestit. (Die ottionsenerie der Kuel Ende der Anlufebene soll ernchlässit werden). In einer zweiten Messun wird die Wurfweite zu,95 eessen. Der Abwurftisch befnd sich 1, über de Auftreffpunkt. Beide Werte wurden wieder it eine Linel it -Einteilun bestit. Berechnen Sie für die beiden Messerfhren die Abwurfeschwindikeit (6) und bestien sie für jedes Erebnis den bsoluten Fehler (6). Bewerten Sie die beiden Verfhren. (1) Bechten Sie: = 9,81 ±,5 s s und

2 1 = Lösunen 1. b) ist richti. D sich die Zieel it konstnter Geschwindikeit beween, uss die wirkende Krft Null sein (Träheitsesetz). Nch unten wirkt die Gewichtskrft. Die Krft des Motors uss so roß sein, dss sie die Gewichtskrft enu ufhebt. Wäre die Krft nch oben etws rößer ls die Gewichtskrft, wäre die resultierende Krft nch oben erichtet und würde die Dchzieel beschleunien.. e.: Lösun: Antwort: = 1k es.: F = 165N ) Bei senkrechten Strt uss die Schubkrft der kete zuerst die Gewichtskrft der kete überwinden. Die dnn noch orhndene Krft dient zu Beschleunien. F = F + F G b F = + = F F = 165N 1k 9,81 s = 1k = 3,9 s b) I Unlücksfll dient die este Krft zu Beschleunien: F = F = 165N = 1k = 13,8 s Bei senkrechten Strt beschleunit die kete zu Anfn it 3,9 /s². I Unlücksfll würde sie it 13,8 /s² beschleunien. c) Die Beschleuniun wird während des Aufsties ier rößer. D sich durch die Verbrennun des Schwrzpulers die Msse der kete ständi erkleinert, die Krft durch die Verbrennun ber konstnt bleibt, wird die Beschleuniun ier rößer. 3. Die erste Kure beschreibt diese Beweun. Von der Anfnseschwindikeit n sinkt die Geschwindikeit bis zu Wert Null, de Ukehrpunkt. Von d n steit der Betr der Geschwindikeit wieder n, ds Vorzeichen ht sich ber eändert. Die zweite Kure beschreibt z.b. ds Anfhren eines Autos bis zu einer Höchsteschwindikeit und ds druf folende Abbresen uf Null. Die dritte Kure beschreibt Abbresen uf Null und ds folende Anfhren.

3 4. Herleitun der Gleichun: Die Wurfprbel lutet: y = tn α cos α Diese wird nun nch der ewünschten Größe uestellt: y = tn α cos α y tn α cos α y tn α 1 cos α y tn α 1 cos α cos α y tn α cos α y tn α Zur Berechnun der Geschwindikeit werden die eebenen Größen einesetzt. Der Aufschlpunkt der Kuel ht den -Wert 3,1 und den y-wert -,4, d er j unterhlb des Strtpunktes liet. 9,81 3,1 s cos 45,4 tn 45 3,1 = 14,33 s 3 543,8 s,5,4 3, ,8 s 5,5 Mit Hilfe eines rfischen Tschenrechners lässt sich z.b. i Soler berechnen, welche Wurfweiten bei erschiedenen Winkeln erreicht werden. Liet der Winkel über 45 sind die Wurfweiten kleiner. Bei kleineren Winkeln fliet die Kuel weiter, z.b. bei 4 3,1. 5. zu 1. Die Geschwindikeit wird über den Enerieerhltunsstz berechnet. Die Kuel wndelt bei Herbrollen potenzielle Enerie in kinetische Enerie u.

4 E kin = E pot = h = h = 9,81,3 s =,1 s Fehler: Der bsolute Fehler der Höhenessun ist,5, lso die Hälfte der kleinsten Skleneinteilun. h = 3 ±,5 Der Fehler der Fllbeschleuniun ist oreeben. D us den einzelnen Größen die Wurzel ezoen wird, = h = h eht der Eponent 1/ in die reltien Fehler it ein. Sie werden it 1/ ultipliziert. Dit ilt 1 1 h = + h 1,5 1,5 = + 9,81 3 =,15 Der bsolute Fehler der Geschwindikeit ist dnn: =,15,1 s =,3 =,1 ±,3 s s zu. Die Geschwindikeit wird über die Wurfprbel berechnet: y = y 9,81 s =,95 1, =,1 s Gleiche Geschwindikeit wie bei 1., ds sollte uch so sein. Jetzt der Fehler: = 95 ±,5 y = 1 ±,5 Dit eribt sich ein reltier Fehler on:

5 1 1 y = + + y 1,5 1,5,5 = + + 9, =,1 =,1,1 s =,1 =,1 ±, s s