Wiederholung zur 1. Klassenarbeit - H. Klinkner

Name:
BBS Technik Idar-Oberstein
Physik-Lösungen zur 1. Klassenarbeit 1/3
Datum:
1. Erkläre folgende in der Physik benutzten Begriffe:
a) Basisgröße
b) induktives Vorgehen
c) Überlagerungsprinzip
d) Momentangeschwindigkeit
a) ... ist eine physikalische Größe, die willkürlich festgelegt wurde, also nicht aus anderen Größen
zusammengesetzt ist. z.B. Meter, Kilogramm, Sekunde, ...
b) „Vom Einzelnen zum Allgemeinen“: aus vielen einzelnen Versuchen (die jew. die Vermutungen bestätigen)
wird ein übergeordneter Zusammenhang gefunden. (Umkehrung von deduktiv)
c) ... oder Unabhängigkeitsprinzip: verschiedene (vektorielle) Größen, wie z.B. die Geschwindigkeit können
sich überlagern, ohne sich dabei gegenseitig zu stören oder zu beeinflussen. Man kann also diese
Größen einzelnen betrachten, verrechnen, ... vektoriell behandeln
d) ... Geschwindigkeit, die im jew. Moment vorherrscht. Zur Bestimmung muss man eine Tangente an den jew.
Punkt des Grafen im s-t-Diagrammes legen und dann daraus das Steigungsverhältnis ∆s/∆t berechnen.
2. DLRG-Schwimmer Max will einen 25 m breiten Fluss von A nach B durchschwimmen. Der Fluss hat eine
Fließgeschwindigkeit von 0,6 m/s; Max schwimmt mit 0,75 m/s.
a) Unter welchem Winkel α (Schwimmrichtung zur Bahn) muss Max schwimmen?
b) Wie lange dauert die Überquerung?
c) Welchen Weg wäre Max in der gleichen Zeit in einem ruhenden See geschwommen?
Da die Geschwindigkeiten nicht in die gleiche Richtungen zeigen, müssen sie vektoriell
behandelt werden:
sin α = (0,6 m/s) / (0,75 m/s) α = 53.13 o
v res = (0,75 m/s) 2 – (0,6 m/s) 2 = 0,45 m/s
v = s/t t = s/v = 25 m / 0,45 m/s = 55,5 s
3. Im rechts skizzierten s-t-Diagramm sind die Bewegungen zweier Züge qualitativ dargestellt.
a) Interpretiere das rechte Diagramm und erkläre auch, welcher der Züge mit höherer
Geschwindigkeit fährt.
b) Welche Größen kann man an einem Fahrtenschreiber (linkes Bild) ablesen?
a) 2 Züge begegnen sich. Zug 2 fährt zuerst mit konst. Geschwindigkeit los. Erst später startet Zug 1 von
einem weiter entfernten Ort aus in die entgegengesetzte Richtung. Bei Erreichen der Begegnungsstelle
hält Zug 2 an und wartet Zug 1 ab, der dann ohne zu halten zum Startpunkt von Zug 2 weiter fährt.
Bevor Zug 1 den Zielpunkt erreicht hat, fährt Zug 2 wieder mit gleicher Geschwindigkeit weiter.
Die Geschwindigkeit von Zug 1 ist (negativ) im Betrag größer als die von Zug 2, denn der Steigungswinkel
ist größer.
b) Mit einem Fahrtenschreiber wird die Fahrgeschwindigkeit
über die Zeit aufgetragen. Also kann man die Fahrtzeiten und
die jew. Geschwindigkeiten direkt ablesen. Indirekt erkennt
man an der Änderung der Geschwindigkeit die
Beschleunigungen und an der Größe der eingeschlossenen
Fläche (Σ v⋅∆t = s) den zurückgelegten Weg.
(Für Noch-besser-Wisser: am Innenring wird zusätzlich vom
Tachograph auch der Weg aufgezeichnet; jede Zacke
bedeutet 5 km. Ähnliches gilt für Fahrt- und Ruhezeiten.)
(Für Noch-noch-besser-Wisser: heutzutage ist das alles
digital gespeichert.)
4. Ein großer Öltanker macht auf hoher See bei voller Fahrt mit 15 Knoten (=Seemeilen
pro Stunde) eine „Vollbremsung“. Er kommt nach 9 km zum Stehen. (1 Seemeile = 1,852 km)
a) Berechne seine Bremsverzögerung.
b) Wie viel km Bremsweg benötigt er, um auf halbe Geschwindigkeit zu kommen?
geg.: v = 15 Knoten = 15 ⋅ 1,852 km/h = 27, 78 km/h = 7,72 m/s
s = 9 000 m
ges. a in m/s 2
Lösung: sh. nächstes Blatt

Name:
BBS Technik Idar-Oberstein
Physik-Lösungen zur 1. Klassenarbeit 2/3
Datum:
und t = v/a s = ½ ⋅ v 2 /a
a = ½⋅ v 2 /s = ½⋅ (7,72 m/s) 2 /9000m = 0,00331 m/s 2
t = v/a = (7,72 m/s) / 0,00331 m/s 2 = 2332 s t (1/2 v) = 1166 s
7, 72
v + v 7,72
m
+
m
Trapezfläche = s 2
s 2 s
1166 6750
1 / 2v
= ⋅ t1 / 2
2
v = ⋅ s = m = ¾ von s
2
ges (vgl. Diagramm)
alternative Lösung für „klein Hänschen“ (hier einfacher, weil konkreter Zwischenwert für t ausgerechet wird):
a)
1 2 s 2 ⋅ 9000m
s = v ⋅t ⇒ t = ⋅ = = 2332s
2 v 7,72 m
s
7,72 m
a = ∆v
a = s = 0, 003311 m
∆t 2
2332s s
b) Rechteck + Dreieck:
7,72 m
2332s
sR
= vR
⋅ tR
= s ⋅ = 4500m
2 2
7,72 m
1 1 2332s
sDr = v s
Dr
⋅ tDr
= ⋅ ⋅ = 2250m
2 2 2 2
= 6750 m
5. Rocker Rudi überholt mit seinem Motorrad bei 72 km/h lässig einen Oldtimer, der mit
54 km/h rollt.
a) Berechne die Dauer des Überholvorganges, der 3 m hinter dem 5 m langen PKW
beginnt und 52 m vor ihm endet. ( Sicherheitsabstand !!?)
b) Welche Strecke hat Rudis Motorrad dabei zurückgelegt?
a) Bewegung nur vom PKW aus betrachtet: (vgl. Unabhängigkeitsprinzip)
geg: v = (72-54) km/h = 18 km/h = 5 m/s
s = (3+5+52) m = 60 m
v = s/t t = s/v = 60 m / (5m/s) = 12 s
ges.: t in s
b) Bewegung vom Straßenrand aus betrachtet:
geg.: t = 12 s
v = 72 km/h = 20 m/s
v = s/t s = v ⋅ t = 20 m/s ⋅ 12 s = 240 m
ges.: s in m
6. Franz und Frieder wollen an einem 4,2 km entfernten Grillplatz den Ferienbeginn feiern.
Franz wandert pünktlich los und benötigt 50 Minuten bis zum Ziel.
Frieder fährt lieber mit seinem Mountain-Bike: er startet eine Viertel Stunde später als
Franz, benötigt aber nur 30 Minuten bis zur Feuerstelle.
a) Zeichne beide Bewegungen in das linke Koordinatensystem ein.
b) Stelle im Diagramm fest, wann und wo Frieder den Wander-Franz überholt.
c) Berechne die in b) gesuchten Werte mathematisch exakt.
ges. v 1 = 4200 km/50 min = 84 m/min Franz
v 2 = 4200 km/30 min = 140 m/min Frieder
t Diff = 15 min
ges. t ü in s
s = v 1 ⋅t ü = v 2 ⋅(t ü - t Diff ) = v 1 ⋅t ü = v 2 ⋅t ü - v 2 ⋅t Diff
s ü in m v 2 ⋅t ü - v 1 ⋅t ü = v 2 ⋅t Diff = t ü (v 2 ⋅- v 1 ) = v 2 ⋅t Diff
t ü = (v 2 ⋅t Diff )/( v 2 ⋅- v 1 ) = 140 m/min ⋅ 15 min /((140-84)m/min) = 37,5 min
s ü = v 1 ⋅t ü = 84 m/min ⋅ 37,5 min = 3150 m

Name:
BBS Technik Idar-Oberstein
Physik-Lösungen zur 1. Klassenarbeit 3/3
Datum:
7. Rudi ist wieder mit seinem Motorrad auf einer breiten Landstraße unterwegs und genießt das Sommerwetter bei 108 km/h. Plötzlich taucht
80 m vor ihm ein stehendes Hindernis auf. Rudis Reaktionszeit beträgt 0,75 s.
Welche Bremsverzögerung ist nötig, damit Rudi noch vor dem Hindernis zum Stehen kommt?
Tipp: Verwende ein geeignetes Diagramm
geg: v = 108 km/h = 30 m/s
s ges .= 80 m
s 1 = v⋅t Reakt = 30 m/s ⋅ 0,75 s = 22,5 m
t Reakt = 0,75 s s = 80m – 22,5m = 57,5m
ges. a in m/s 2 und t = v/a s = ½⋅v 2 /a
a = ½⋅v 2 /s = ½⋅(30m/s) 2 /57,5m = 7,83 m/s 2
8. Welche Größe kann man der Steigung des Graphs im Weg-Zeit-Diagramm entnehmen?
zurückgelegter Weg benötigte Zeit Momentangeschwindigkeit
Startzeitpunkt Beschleunigung Ausgangspunkt der Bewegung
9. Welcher Unterschied besteht zwischen den folgenden
Formeln und welche verwendest du wann?
Beide Formeln beschreiben die Beschleunigung.
Die 1. Formel gilt allgemein und liefert die Momentanbeschleunigung,
die 2. Formel gilt nur, wenn die Anfangsgeschwindigkeit Null ist und die
Bewegung gleichmäßig beschleunigt ist.
10. Erstelle eine „Faustformel“, die aus dem zeitlich unterschiedlichen Auftreten von Donner und Blitz die Entfernung
des Einschlages ermittelt. (Schallgeschwindigkeit = 330 m/s)
geg.: v Schall = 330 m/s ~ 1/3 km/s
t in s
ges.: s in km
s = v⋅t = 1/3 km/s ⋅ Anzahl der Sekunden
Entfernung in km = Anzahl der Sekunden geteilt durch 3