VORSCHAU. b) Sprinter Spezialschuhe mit einer extra glatten reibungsfreien Sohle anziehen. Würden sie dann jeden Wettkampf gewinnen?

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Johannes Fried
vor 5 Jahren
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1 Newtonsche Gesetze der Dynamik 1. Entscheide, ob die Aussagen richtig oder falsch sind. Wenn du denkst, es handelt sich um eine falsche Aussage, dann berichtige sie. Aussage richtig falsch Die Aussage müsste richtig heißen: Ist die resultierende Kraft auf einen Körper gleich Null, so befi ndet sich der Körper in Ruhe oder gleichförmiger, geradliniger Bewegung. Je schwerer die Ladung eines LKWs, umso größer ist seine Beschleunigung. Wirken mehrere Kräfte, die sich aufheben, auf einen Körper, so befi ndet er sich in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Wenn ein Körper beschleunigt, besteht kein Kräftegleichgewicht. 2. Ordne die drei Grundgesetze der Dynamik zu. Verbinde. Trägheitsgesetz Wechselwirkungsgesetz Newtonsche Grundgesetz Der Fußballer schießt den Ball in das Tor. Beim Anfahren eines LKWs rutscht die Ladung herunter. Das Auto mit dem größeren Motor fährt an der Kreuzung schneller an. Ein aufgeblasener Luftballon wird losgelassen und fl iegt durch den Raum. Die Decke unter einem Teller wird so schnell weggezogen, dass der Teller stehen bleibt. 3. Was wäre, wenn Begründe deine Antworten. a) Wellensittiche passende Sauerstoffmasken tragen. Könnten sie dann durch einen luftleeren Raum fliegen? b) Sprinter Spezialschuhe mit einer extra glatten reibungsfreien Sohle anziehen. Würden sie dann jeden Wettkampf gewinnen? c) Schnecken an ihrem Fuß Spikes hätten. Wären sie dann schneller? 1

2 Arbeit und Energie 1. Vervollständige. Wird ein Karton von unten in ein Regal gehoben, so wird verrichtet. Der Karton besitzt dann Energie. Fällt der Karton herunter, nimmt seine Energie zu, die Energie ab. 2. Im Heide-Park Soltau eröffnete im Jahre 2001 die damals größte Holzachterbahn der Welt. Aus einer Höhe von 48,5 m fahren bis zu 30 Personen in einem Zug die Bahn fast senkrecht nach unten. a) Welche potenzielle Energie besitzt der Zug, wenn der Zug inklusive Fahrgäste eine Masse von kg besitzt? b) Welche Geschwindigkeit erreicht der Zug, wenn das Gefälle und die Reibung unberücksichtigt bleiben? 3. Um das Verhalten eines Fahrzeugs, seiner Insassen und der Ladung zu untersuchen, führt die Automobilindustrie Crashtests durch. Das Fahrzeug wird dazu auf 64 km beschleunigt und prallt dann frontal gegen eine Barriere. h a) Mit welcher kinetischen Energie prallt das Fahrzeug (1150 kg) auf die Barriere? b) Einem Sturz aus welcher Höhe entspricht dieser Aufprall? c) Maximilian behauptet, dass die berechnete Höhe für leichte und schwere Fahrzeuge gleich ist. Was sagst du dazu? Begründe deine Aussage. 3

5. Der Turm der Großen Olympiaschanze in Garmisch-Partenkirchen hat eine Höhe von 60,4 m. a) Welche potenzielle Energie besitzt ein Skispringer mit einer Masse von 84 kg?

3 5. Der Turm der Großen Olympiaschanze in Garmisch-Partenkirchen hat eine Höhe von 60,4 m. a) Welche potenzielle Energie besitzt ein Skispringer mit einer Masse von 84 kg? b) Wie groß ist die Geschwindigkeit, mit der er vom Schanzentisch abspringt? (Die Neigung, die Reibung und der Luftwiderstand bleiben unberücksichtigt.) 6. Veröffentlichte Nachricht in einer regionalen Zeitung. a) Wie groß war seine Beschleunigung? , Sao Paulo Formel 1 Großer Preis von Brasilien Am Wochenende endete die Saison mit einem spannenden Finale. Die Fahrer fuhren 71 Runden à 4309 m. Den Sieg bei diesem Rennen holte sich Jenson Button. Er beschleunigte in 11,3 Sekunden von 0 auf 300 km/h. Seine Höchstgeschwindigkeit betrug 303 km/h. Den Weltmeistertitel konnte sich jedoch Sebastian Vettel zum dritten Mal sichern. b) Wie groß war die Kraft beim Anfahren, wenn sein vollgetanktes Auto mit Fahrer eine Masse von ca. 700 kg hatte? c) Wie groß ist die Energie des Ferraris bei der Höchstgeschwindigkeit? d) Einem Sturz aus welcher Höhe entspricht dies? 5

4 Lösungen/Physik Mechanik 10 Newtonsche Gesetze der Dynamik S Aussage richtig falsch Die Aussage müsste richtig heißen: Ist die resultierende Kraft auf einen Körper gleich Null, so befindet sich der Körper in Ruhe oder gleichförmiger, geradliniger Bewegung. Je schwerer die Ladung eines LKWs, umso größer ist seine Beschleunigung. Wirken mehrere Kräfte, die sich aufheben, auf einen Körper, so befindet er sich in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Wenn ein Körper beschleunigt, besteht kein Kräftegleichgewicht. Je schwerer die Ladung eines LKWs, umso kleiner ist seine Beschleunigung. 2. Trägheitsgesetz Wechselwirkungsgesetz Newtonsche Grundgesetz Der Fußballer schießt den Ball in das Tor. Beim Anfahren eines LKWs rutscht die Ladung herunter. Das Auto mit dem größeren Motor fährt an der Kreuzung schneller an. Ein aufgeblasener Luftballon wird losgelassen und fliegt durch den Raum. Die Decke unter einem Teller wird so schnell weggezogen, dass der Teller stehen bleibt. 3. a) Die Wellensittiche könnten nicht durch einen luftleeren Raum fliegen. Es fehlt zu der von den Flügeln ausgehenden Kraft eine Gegenkraft. b) Mit glatten Sohlen verringert sich die Reibung. Dies könnte zum Vorteil sein, wenn die Sprinter über eine glatte Oberfläche gleiten wollen. Während eines Sprintlaufs müssen sie sich jedoch von dem Untergrund abstoßen. Durch den Halt, den die Sohlen mit Profil bieten, wirkt eine zu ihrer Beinkraft entgegengesetzt gerichtete Kraft. c) Mit Spikes an der Sohle könnte die Kraft der Schnecke auf den Untergrund wirken. Die gleich große entgegengesetzt gerichtete Kraft wirkt dann auf die Schnecke, sodass sie sich schneller fortbewegen kann. 4. F = m a; F = 700 kg 4 m s 2 ; F = N 5. Die Kraft der Ruderblätter wirkt zum Heck des Bootes (nach hinten). Nach dem Wechselwirkungsgesetz wirkt eine gleich große Kraft dann nach vorn zum Bug. Das Boot bewegt sich nach vorn. 6. a) Der Probekörper auf dem Wagen fällt beim plötzlichen Abbremsen des Wagens nach vorn. Aufgrund seiner Trägheit kann er sich der plötzlichen Bewegungsänderung nicht anpassen und setzt die Bewegung nach vorn fort Trägheitsgesetz. b) Fahre immer mit einem Gurt angeschnallt. Stelle deine Taschen immer auf den hinteren Sitz. c) Die Neigung der Ebene beeinflusst die Größe der Beschleunigung. Man kann das Experiment mit verschiedenen Neigungswinkeln wiederholen und jeweils die Bewegung des Probekörpers beobachten. Arbeit und Energie S Wird ein Karton von unten in ein Regal gehoben, so wird Hubarbeit verrichtet. Der Karton besitzt dann potenzielle Energie. Fällt der Karton herunter, nimmt seine kinetische Energie zu, die potenzielle Energie ab. 2. a) E pot = m g h; E pot = 8500 kg 9,81 N 48,5 m; E = 4044,2 kj kg pot b) v = 2 g h = 2 9,81 N kg 48,5 m; v = 30,8 m s = 111 km h 3. a) E kin = 1 m 2 v2 ; E kin = 1 2 m 1150 kg 17,782 ; E 2 s 2 kin = 181,7 kj b) E pot = E kin ; 181,7 kj = 1150 kg 9,81 N h; h = 181,7 kj ; h = 16,1 m kg kg 9,81 N kg c) Setzt man E pot und E kin gleich, kürzt sich die Masse heraus. 6

5 Lösungen/Physik Mechanik 10 Lernzielkontrolle S potenzielle Energie kinetische Energie Ein fliegender Schneeball Geröllberge im Hochgebirge Heißer Dampf, der in eine Turbine strömt Kokosnuss an einer Palme 2. Zu Beginn, weit oben, besitzt die Lawine eine große potenzielle Energie. Wenn sie sich nach unten bewegt, wird die potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Die potenzielle Energie nimmt ab, die kinetische Energie zu. 3. a) Schnalle Gepäck zum sicheren Transport an. Stelle deine Kopfstützen auf die richtige Höhe ein. b) individuelle Antworten 4. Die Geschwindigkeiten sind gleich groß. 5. a) E pot = m g h; E pot = 84 kg 9,81 N 60,4 m; E = 49,8 kj kg pot b) v = 2 g h = 2 9,81 N kg 60,4 m; v = 34,4 m s = 123,9 km h 6. a) a = v ; a = 83,3 m s ; a = 7,37 m t 11,3 s s 2 b) F = m a; F = 700 kg 7,37 m s 2 ; F = 5 162,2 N c) E kin = 1 m 2 v2 ; E kin = 1 2 m 700kg 84,16 ; E 2 s 2 kin = 2479 kj d) h = v 2 ; h = 84,16 m 2 s 2 2 g 2 9,81 N kg ; h = 361 m 7

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