Schriftliche Abiturprüfung 2007 Sachsen-Anhalt Physik 13 n (Leistungskursniveau)

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1 Schrifliche Abiurprüfung 2007 Sachsen-Anhal Physik 13 n (Leisungskursniveau) Thema 2: Bewegungen in raviaionsfeldern 1 Eigenschafen des raviaionsfeldes Erläuern Sie den Feldbegriff anhand des raviaionsfeldes. ehen Sie dabei insbesondere auf die Ensehungsursache, die Beschreibungsmöglichkeien sowie die auf Probekörper wirkende Kraf ein. 2 Bewegungen von Körpern in der Nähe der Erdoberfläche Alle Körper, die sich im raviaionsfeld der Erde bewegen, unerliegen dem Einfluss der raviaion. Von der Bewegungsrichung häng es ab, in welcher Weise diese auf den Bewegungsablauf einwirk. Den Diagrammen I und II (Bild 1) liegen Bewegungen uner dem Einfluss der raviaion in y-richung zugrunde. Die Reibung kann vernachlässig und die raviaionsfeldsärke als konsan berache werden. I v II v 2.1 Analysieren Sie die in den Diagrammen dargesellen Bewegungen. 2.2 Skizzieren Sie den prinzipiellen Verlauf der raphen in y() - Diagrammen, die zu den Bewegungen I und II gehören. 3 Bewegungen von Körpern in größerer Enfernung von der Erdoberfläche Das Erreichen größerer Enfernungen über der Erdoberfläche oder das Verlassen der Erde ermögliche ers die Rakeenechnik. Ein zu lösendes Problem is das Erreichen einer ausreichenden eschwindigkei. Eine einsufige Versuchsrakee wird nach dem Lösen der Halevorrichung mi einer konsanen Schubkraf senkrech zur Erdoberfläche gesare. Nach dem Brennschluss fäll sie wieder zur Erdoberfläche zurück. Das Diagramm (Bild 2) zeig vereinfach den zugehörigen eschwindigkeisverlauf innerhalb eines Zeiraumes von 130 s uner den Voraussezungen, dass zum Zeipunk s = 100 s der gesame Treibsoff verbrann is, v in m. s in 150s Bild 2 2-Lk N.doc

2 die aufreenden Reibungskräfe nich berache werden und die Fallbeschleunigung konsan is. Inerpreieren Sie das Diagramm und begründen Sie den Verlauf des raphen im Abschni 1: 0 s s und im Abschni 2: 100 s < s uner Einbeziehung der wirkenden Kräfe. Beschreiben Sie, wie sich im Abschni 1 der Verlauf des raphen änder, wenn (I) die Fallbeschleunigung nich konsan is und die aufreenden Reibungskräfe nich berache werden, (II) die aufreenden Reibungskräfe berücksichig werden und die Fallbeschleunigung konsan is. 4 Abhängigkei der Zugkräfe an der geneigen Ebene von deren Neigungswinkel und der Reibungskraf (Schülerexperimen) In dieser Aufgabe is ein Experimen durchzuführen und auszuweren. Beanworen Sie dazu die Fragen zur Vorberachung und führen Sie das Experimen durch. Die Auswerung erfolg nach den angegebenen Vorgaben. Ferigen Sie ein vollsändiges Prookoll an. Aufrag: Unersuchen Sie an einer geneigen Ebene, bis zu welchem Neigungswinkel sich eine Krafeinsparung beim Hinaufziehen eines Körpers gegenüber dem senkrechen Anheben erreichen läss. Vorberachungen: 1 Zeigen Sie, dass für die Zugkraf auf der geneigen Ebene die Beziehung = F (µcos + sin ) gil. 2 Berechnen Sie mihilfe dieser leichung die Zugkraf in Abhängigkei vom Neigungswinkel für 0 90 in geeigneen Absänden. Zur Berechnung der Zugkräfe werden Ihnen die leireibungszahl µ und die ewichskraf F von der Lehr-kraf migeeil. Sellen den Zusammenhang in einem () - Diagramm dar. Ablauf des Experimenes: Ihnen wird die Experimenieranordnung ensprechend Bild 3 zur Verfügung gesell. Messen Sie für geeignee Ansiegswinkel im Inervall 0 90 die Zugkraf, die beim Hinaufziehen eines Holzquaders auf einer geneigen Ebene aufgewende werden muss. Bild Auswerung: 1 Zeichnen Sie in das () - Diagramm der Aufgabe 2 der Vorberachungen mi Ihren Messweren einen weieren raphen ein. 2 Ermieln Sie anhand des raphen, bis zu welchem Neigungswinkel uner den gegebenen Bedingungen die Zugkraf kleiner als die ewichskraf F des Körpers is. 2-Lk N.doc

3 Ziehen Sie aus dem Verlauf der raphen eine begründee Schlussfolgerung für die prakischen Einsazmöglichkeien einer geneigen Ebene zur Krafeinsparung. 3 Berechnen Sie anhand von drei Messwerpaaren den mileren leireibungskoeffizienen. 4 Führen Sie eine Fehlerberachung durch. 2-Lk N.doc

4 1. Eigenschafen des raviaionsfeldes Begriff: o besonderer Zusand des Raumes, in dem auf jeden Körper der Masse m eine raviaionskraf wirk. Ensehung o Masse der Körper Beschreibungsmöglichkeien o qualiaiv durch das Modell der Feldlinien homogene Felder (nur in unmielbarer Nähe der Planenenoberfläche) Feldlinien verlaufen parallel in gleichem Absand und senkrech zur Planeenoberfläche Radialfelder (bei Absänden, die größer als die unmielbare Oberfläche is) F 1 F 2 F 3 Zenral körper Feldlinien verlaufen srahlenförmig zum Mielpunk des Zenralkörpers. Absand der Feldlinien nimm zum Zenrum hin ab. o quaniaiv durch die raviaionsfeldsärke g Die Kraf auf einen Probekörper is im raviaionsfeld proporional zu dessen Masse. Der Quoien is die raviaionsfeldsärke. F g m Feldlinien Kraf auf Probekörper: o Kräfe wirken wechselseiig o Massenanziehungskraf = raviaionskraf mi Feldsärke: F m g m1 m2 raviaionsgesez: F 2 r 2-Lk N.doc 4/7

5 2. Bewegung von Körpern in der Nähe der Erdoberfläche 2.1 Analyse Bewegungen Diagramm I gleichmäßig beschleunige Bewegung v0 > 0 a < 0 Diagramm II gleichmäßig beschleunige Bewegung v0 < 0 a < y() Diagramme: Bewegung I Bewegung II y y 3. Bewegung von Körpern in größerer Enfernung von der Erdoberfläche Inerpreaion: 0s 100s ungleichmäßig beschleunige Bewegung o Parabel, v seig nich linear F F (Impuls und Krafsoß) Schub as FB FSchub F o m a FSchub mg da m abnimm, aber FSchub = kons. a nimm zu 100 s 130s gleichmäßig verzögere Bewegung o linearer Abfall der eraden Brennschluss FSchub = 0 m a m g a g kons. (lau Aufgabensellung) Beschreibung: (1) Mi zunehmender Enfernung nimm g ab a wird größer Kurve seig seiler an und erreich eine größere Endgeschwindigkei (2) a nimm ab, da Reibungskraf überwunden werden muss Kurve seig flacher und erreich nu eine kleinere Endgeschwindigkei 2-Lk N.doc 5/7

6 4. Abhängigkei der Zugkräfe an der geneigen Ebene von deren Neigungswinkel und der Reibungskraf (Schülerexperimen) Vorberachung: 1. Herleiung: F F F zug H R N F sin F F sin F cos F sin cos 2. Diagramm: Wereabelle Ebene 1 in rad in N 0,35 0,48 0,61 0,71 0,79 0,85 0,89 0,89 0,87 0,82 Beispielrechnung Ebene 1: F 0,824 N sin 20 0, 42 cos 20 zug 20 0,607 N Wereabelle Ebene 2 in rad in N 0,20 0,34 0,47 0,58 0,67 0,75 0,80 0,83 0,83 0,81 Beispielrechnung Ebene 2: F 0,806 N sin 20 0, 25 cos 20 zug 20 0,47 N raph - Theorie: F(a)-Diagramm F in N 1, , , , , , , , , , , a in heorisch experimenell 2-Lk N.doc 6/7

7 Durchführung (Selbssändigkei, Mielwerbildung, Exakhei) Auswerung: 1. Messwere Einragen in besehendes Diagramm 2. Ermilung (FZug < F Besimmung renzwinkel) Ablesen aus raphen prakischer Einsaz Begründung auf beziehen! 3. FZug F sin F cos F sin F cos F F sin F cos zug 3 Beispiele + Mielwer 4. Fehlerberachung 2-Lk N.doc 7/7