gibb / BMS Physik Berufsmatur 2008 Seite 1

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1 gibb / BMS Physik Berufsmatur 008 Seite 1 Aufgabe 1 Kreuzen Sie alle korrekten Lösungen direkt auf dem Blatt an. Es können mehrere Antworten richtig sein. Alle 4 Teile dieser Aufgabe werden mit je einem Punkt bewertet. a) Ein Radfahrer fährt eine Strecke im Hinweg mit 5 km/h, auf dem Rückweg erreicht er nur 15 km/h. Wie gross ist die durchschnittliche Geschwindigkeit insgesamt? ca km/h 0 km/h Kann nur beantwortet werden, wenn die Strecke bekannt ist. b) Eine Last von 10 N wird mit einem Seil im Gleichgewicht gehalten. Mit Welcher Kraft wird die Achse der Umlenkrolle (Masse vernachlässigen) belastet? F = 10 N F 14 N F 15 N F = 0 N c) Eine metallene Kugel mit einer Bohrung in der Mitte wird gleichmässig erwärmt. Der Aussendurchmesser nimmt mit der Erwärmung um 1% zu. Das Volumen der Kugel nimmt um ca. 1% zu. Das Volumen der Kugel nimmt um ca. % zu. Das Volumen der Kugel nimmt um ca. 3% zu. Der Durchmesser der Bohrung bleibt gleich. Der Durchmesser der Bohrung wird kleiner. Der Durchmesser der Bohrung nimmt ebenfalls zu. Last Seil Achse d) Ein hydraulischer Wagenheber wird mit 10 kn belastet. Die grosse Kolbenfläche misst 10 cm, die kleine 1.0 cm. Welche Aussagen sind korrekt? Der Druck in der Flüssigkeit misst ca. 0.1 bar Der Druck in der Flüssigkeit misst ca. 1.0 bar Der Druck in der Flüssigkeit misst ca. 10 bar Der Druck in der Flüssigkeit misst ca. 100 bar Am Hebelende müssen ca. 83 N aufgewendet werden. Am Hebelende müssen ca. 833 N aufgewendet werden. Am Hebelende müssen ca. 91 N aufgewendet werden. Am Hebelende müssen ca. 910 N aufgewendet werden. 36 cm 3 cm Abmessungen der Kolben siehe Text.

2 gibb / BMS Physik Berufsmatur 008 Seite Aufgabe Eine Bergsteigerin hat einen mit Butangas (Heizwert 45.7 MJ/kg) beheizten Kocher. Der Schnee (Annahme: Schnee verhält sich thermisch wie Eis) hat eine Temperatur von -0 C. Sie will 1 kg Teewasser auf 80 C erwärmen. Der Aluminiumtopf wiegt nur 80 g und ist zu Beginn ebenso kalt wie der Schnee. a) Welche Gasmenge wird im Minimum benötigt? b) Welcher Anteil in % wird dabei für den Topf benötigt? c) Welche Menge Butangas wird benötigt, wenn nur 65% der Heizwärme den Topf mit Wasser erreichen? Aufgabe 3 Reicht die bekannte Regel für den Sicherheitsabstand "Abstand gleich halber Tacho (Abstand in m wie die halbe Geschwindigkeit in km/h; bei 100 km/h also 50 m) bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h, wenn zwei Wagen mit einer Verzögerung von je -6.5 m/s bremsen können und der Fahrer des nachfolgenden Wagens eine Reaktionszeit von t 1 = 1.0 s besitzt? a) Kann der nachfolgende Wagen einen Auffahrunfall vermeiden? b) Falls a) mit ja beantwortet wird: Wie gross ist der Abstand der beiden Wagen nach dem Anhalten? Falls es zum Auffahrunfall kommt: Mit welcher Geschwindigkeit prallt der nachfolgende Wagen in den vorderen Wagen? c) Dieselben Fragen noch einmal, aber nun mit einer Reaktionszeit von t =.0 s. Aufgabe 4 Schleudersitze in Flugzeugen haben seit ihrer Erfindung vor über 50 Jahren mehr als 10'000 Piloten das Leben gerettet. Der Sitz wird mit einem Raketenantrieb vertikal nach oben aus dem Flugzeug beschleunigt. Wir betrachten hier nur die vertikale Bewegung und gehen von einem horizontalen Flug aus. Alle Berechnungen ohne Luftwiderstand. Nach 0.0 Sekunden Brenndauer hat die 1. Stufe hat den Schludersitz (35 kg inklusive Pilot) von null auf 10 m/s beschleunigt. a) Wie gross ist die zurückgelegte Strecke und welche Beschleunigung erleidet der Pilot? Die. Stufe brennt 0.40 Sekunden mit einer Schubkraft von 3 kn. b) Wie gross ist die vertikale Beschleunigung in dieser Phase? c) Wie hoch ist die Geschwindigkeit (in km/h) am Ende der. Phase? d) Wie weit bewegt sich der Pilot während den 0.40 Sekunden der. Phase vom Flugzeug weg?

3 gibb / BMS Physik Berufsmatur 008 Seite 3 Aufgabe 5 Eine Konstruktion mit Rollen wird links mit 100 g belastet, der Hebelarm wiegt 0 g. a) Wie gross muss die Seilkraft F sein, wenn die Masse der Rolle nicht eingerechnet wird? b) Wie gross muss die Seilkraft F sein, wenn die Rolle am Hebelarm 10 g wiegt? F Aufgabe 6 Ein Mountainbike Fahrer (m = 86 kg) will einen steilen Hang hinauf fahren, die Stecke ist 40 m lang, die Höhendifferenz beträgt 8 m. Dazu holt er unten Anlauf, oben will er mit einer Geschwindigkeit von 5.4 km/h weiter fahren können. a) Wie schnell muss er unten an der Steigung sein, wenn er ohne Reibung nur mit Schwung hinauf will? b) Wie schnell muss der Fahrer unten sein, wenn der Fahrwiderstand insgesamt 15 N beträgt und er eine mittlere Antriebskraft von 60 N einsetzen kann? c) Welche maximale Geschwindigkeit kann ein Fahrer auf horizontaler Strecke mit einer Leistung von 300W erreichen, wenn Sie den Luftwiderstand einrechnen? Die Rollreibung können Sie vernachlässigen. Luftwiderstand: F = 0.5 ρ C A v, Dichte der Luft: ρ =1.0 kg/ m 3 C W A = 0.40 m LW W Δh Aufgabe 7 Ein Brett dümpelt im seichten Wasser der Nordseeküste, 85% seines Volumens sind dabei eingetaucht. Dichte Nordseewasser: 1.03 kg/dm 3 Abmessungen Brett, Länge * Breite * Höhe: 10 * 0 * 6 cm Wenn Sie a) nicht berechnen können, dann rechnen Sie bei den Folgeaufgaben mit einer Brettmasse von 10 kg a) Welche Masse (Angabe in kg) hat das Brett? b) Wie gross ist seine Dichte? c) Bei Ebbe liegt das Brett in einer Pfütze, so dass nur 15% seines Volumens eingetaucht sind. Mit welcher Kraft liegt das Brett auf dem Untergrund auf? Skizze zu c) Ende der Prüfung

4 gibb / BMS Physik Berufsmatur 008 Seite 4 Lösungen: Aufgabe 1, alle korrekten Resultate: a) v =18.75 km /h b) Umlenkrolle ca. 14 N oder 10 N c) Erwärmung Das Volumen nimmt ca. um 3% zu. Der Durchmesser der Bohrung nimmt ebenfalls zu. d) Wagenheber: Der Druck beträgt 100 bar. benötigte Kraft ca. 83 N. Aufgabe ( ( ) 0K kJ /kg kJ /( kgk) 80K) + ( ) 100K 710kJ + 7.kJ kj Q =1kg.1kJ / kgk 0.080kg 896J / kgk Resultat a) Q = m 45.7kJ /g, m = 15.7 g 3 P. Resultat b) ca Prozent 0.5 P. Resultat c) m = 4. g 0.5 P. Aufgabe 3 PW1: v = 0 = 7.7 m /s 6.5m /s t 1 t 1 4.7s s = v t m a) Reaktionszeit von 1 Sekunde: s 0 =1.0s v m und damit kürzer als der Fahrzeugabstand von 50 m, somit kann der. PW anhalten. 7.8 m m < 50m m Der Abstand beträgt am Schluss. m total P. c) Reaktionszeit von Sekunden: s 0 =.0s v m und ist damit länger als der Fahrzeugabstand von 50 m, der. PW knallt in den ersten hinein 0.5 P. v = v 0 6.5m /s ( 59.4m + 50m 55.6m) 7.( m /s) v 8.5m /s 31 km /h 1.5 P. Achtung: die Rechnung mit einer Zeit von t ( 4.7.0)s ist nicht korrekt, weil der PW1 einen kurzen Moment steht, bevor es knallt! Aufgabe 4 a) a = 50 m/s, Strecke s = 1.0 m 1 P. b) F res = 3kN m g, a 16m /s 1 P. kein Punkt für a = 136 m/s c) v =10m /s + a t, v 60.5m /s 18km /h 1 P. (Folgefehler 64.4 m/s) ( )m /s d) s = v 0.40s 0.40s 14.1 m 1 P. (Folgefehler 14.9 m) Aufgabe 5 ( ) g Seilkraft 75 g oder.7 N total 3 P. a) F Seil 3.0cm = 7.5cm 0g +15cm 100g ohne Balken: nur P. Faktor : 0.5 P. Abzug, falsche Einheit: 0.5 P. Abzug ( ) g 1 P. b) F Seil 3.0cm = 7.5cm 0g +15cm 100g +10g 3cm Seilkraft 80 g (die Hälfte von 10 g addieren) oder.75 N

5 gibb / BMS Physik Berufsmatur 008 Seite 5 Aufgabe 6 Energieerhaltung mit Tabelle lösen: Unten a) Oben a) Unten b) Oben b) E pot 0 86kg g 8m 0 86kg g 8m E kin 43kg v 0 43kg ( 1.5m /s) 43kg v 0 43kg 1.5m /s Innere Energie 0 60N 40m 15N 40m Summe 6.85 kj 7.45 kj a) 1.6 m/s oder ca km/h 1.5 P. b) 10.8 m/s oder ca km/h 1.5 P. c) 300W v ( ) 3 3 = F v = 0.60 kg / m 0.40 m, v max = m/s = 38.8 km/h 1 P. Aufgabe 7 Hydrostatik a) F G = Auftriebskraft, 0.5 P. Volumen V: 14.4 dm 3, m g = 0.85 V 1.03kg /dm 3 g, Masse 1.6 kg P. b) Dichte 0.88 kg/dm P. ( ) g =10N 1 P. c) F G Auftrieb = F, 1.6kg kg