Wiederholung zur 1. Klassenarbeit - H. Klinkner
Wiederholung zur 1. Klassenarbeit - H. Klinkner
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Name:<br />
BBS Technik Idar-Oberstein<br />
Physik-Lösungen <strong>zur</strong> <strong>1.</strong> <strong>Klassenarbeit</strong> 1/3<br />
Datum:<br />
<strong>1.</strong> Erkläre folgende in der Physik benutzten Begriffe:<br />
a) Basisgröße<br />
b) induktives Vorgehen<br />
c) Überlagerungsprinzip<br />
d) Momentangeschwindigkeit<br />
a) ... ist eine physikalische Größe, die willkürlich festgelegt wurde, also nicht aus anderen Größen<br />
zusammengesetzt ist. z.B. Meter, Kilogramm, Sekunde, ...<br />
b) „Vom Einzelnen zum Allgemeinen“: aus vielen einzelnen Versuchen (die jew. die Vermutungen bestätigen)<br />
wird ein übergeordneter Zusammenhang gefunden. (Umkehrung von deduktiv)<br />
c) ... oder Unabhängigkeitsprinzip: verschiedene (vektorielle) Größen, wie z.B. die Geschwindigkeit können<br />
sich überlagern, ohne sich dabei gegenseitig zu stören oder zu beeinflussen. Man kann also diese<br />
Größen einzelnen betrachten, verrechnen, ... vektoriell behandeln<br />
d) ... Geschwindigkeit, die im jew. Moment vorherrscht. Zur Bestimmung muss man eine Tangente an den jew.<br />
Punkt des Grafen im s-t-Diagrammes legen und dann daraus das Steigungsverhältnis ∆s/∆t berechnen.<br />
2. DLRG-Schwimmer Max will einen 25 m breiten Fluss von A nach B durchschwimmen. Der Fluss hat eine<br />
Fließgeschwindigkeit von 0,6 m/s; Max schwimmt mit 0,75 m/s.<br />
a) Unter welchem Winkel α (Schwimmrichtung <strong>zur</strong> Bahn) muss Max schwimmen?<br />
b) Wie lange dauert die Überquerung?<br />
c) Welchen Weg wäre Max in der gleichen Zeit in einem ruhenden See geschwommen?<br />
Da die Geschwindigkeiten nicht in die gleiche Richtungen zeigen, müssen sie vektoriell<br />
behandelt werden:<br />
sin α = (0,6 m/s) / (0,75 m/s) α = 53.13 o<br />
v res = (0,75 m/s) 2 – (0,6 m/s) 2 = 0,45 m/s<br />
v = s/t t = s/v = 25 m / 0,45 m/s = 55,5 s<br />
3. Im rechts skizzierten s-t-Diagramm sind die Bewegungen zweier Züge qualitativ dargestellt.<br />
a) Interpretiere das rechte Diagramm und erkläre auch, welcher der Züge mit höherer<br />
Geschwindigkeit fährt.<br />
b) Welche Größen kann man an einem Fahrtenschreiber (linkes Bild) ablesen?<br />
a) 2 Züge begegnen sich. Zug 2 fährt zuerst mit konst. Geschwindigkeit los. Erst später startet Zug 1 von<br />
einem weiter entfernten Ort aus in die entgegengesetzte Richtung. Bei Erreichen der Begegnungsstelle<br />
hält Zug 2 an und wartet Zug 1 ab, der dann ohne zu halten zum Startpunkt von Zug 2 weiter fährt.<br />
Bevor Zug 1 den Zielpunkt erreicht hat, fährt Zug 2 wieder mit gleicher Geschwindigkeit weiter.<br />
Die Geschwindigkeit von Zug 1 ist (negativ) im Betrag größer als die von Zug 2, denn der Steigungswinkel<br />
ist größer.<br />
b) Mit einem Fahrtenschreiber wird die Fahrgeschwindigkeit<br />
über die Zeit aufgetragen. Also kann man die Fahrtzeiten und<br />
die jew. Geschwindigkeiten direkt ablesen. Indirekt erkennt<br />
man an der Änderung der Geschwindigkeit die<br />
Beschleunigungen und an der Größe der eingeschlossenen<br />
Fläche (Σ v⋅∆t = s) den <strong>zur</strong>ückgelegten Weg.<br />
(Für Noch-besser-Wisser: am Innenring wird zusätzlich vom<br />
Tachograph auch der Weg aufgezeichnet; jede Zacke<br />
bedeutet 5 km. Ähnliches gilt für Fahrt- und Ruhezeiten.)<br />
(Für Noch-noch-besser-Wisser: heutzutage ist das alles<br />
digital gespeichert.)<br />
4. Ein großer Öltanker macht auf hoher See bei voller Fahrt mit 15 Knoten (=Seemeilen<br />
pro Stunde) eine „Vollbremsung“. Er kommt nach 9 km zum Stehen. (1 Seemeile = 1,852 km)<br />
a) Berechne seine Bremsverzögerung.<br />
b) Wie viel km Bremsweg benötigt er, um auf halbe Geschwindigkeit zu kommen?<br />
geg.: v = 15 Knoten = 15 ⋅ 1,852 km/h = 27, 78 km/h = 7,72 m/s<br />
s = 9 000 m<br />
ges. a in m/s 2<br />
Lösung: sh. nächstes Blatt
Name:<br />
BBS Technik Idar-Oberstein<br />
Physik-Lösungen <strong>zur</strong> <strong>1.</strong> <strong>Klassenarbeit</strong> 2/3<br />
Datum:<br />
und t = v/a s = ½ ⋅ v 2 /a<br />
a = ½⋅ v 2 /s = ½⋅ (7,72 m/s) 2 /9000m = 0,00331 m/s 2<br />
t = v/a = (7,72 m/s) / 0,00331 m/s 2 = 2332 s t (1/2 v) = 1166 s<br />
7, 72<br />
v + v 7,72<br />
m<br />
+<br />
m<br />
Trapezfläche = s 2<br />
s 2 s<br />
1166 6750<br />
1 / 2v<br />
= ⋅ t1 / 2<br />
2<br />
v = ⋅ s = m = ¾ von s<br />
2<br />
ges (vgl. Diagramm)<br />
alternative Lösung für „klein Hänschen“ (hier einfacher, weil konkreter Zwischenwert für t ausgerechet wird):<br />
a)<br />
1 2 s 2 ⋅ 9000m<br />
s = v ⋅t ⇒ t = ⋅ = = 2332s<br />
2 v 7,72 m<br />
s<br />
7,72 m<br />
a = ∆v<br />
a = s = 0, 003311 m<br />
∆t 2<br />
2332s s<br />
b) Rechteck + Dreieck:<br />
7,72 m<br />
2332s<br />
sR<br />
= vR<br />
⋅ tR<br />
= s ⋅ = 4500m<br />
2 2<br />
7,72 m<br />
1 1 2332s<br />
sDr = v s<br />
Dr<br />
⋅ tDr<br />
= ⋅ ⋅ = 2250m<br />
2 2 2 2<br />
= 6750 m<br />
5. Rocker Rudi überholt mit seinem Motorrad bei 72 km/h lässig einen Oldtimer, der mit<br />
54 km/h rollt.<br />
a) Berechne die Dauer des Überholvorganges, der 3 m hinter dem 5 m langen PKW<br />
beginnt und 52 m vor ihm endet. ( Sicherheitsabstand !!?)<br />
b) Welche Strecke hat Rudis Motorrad dabei <strong>zur</strong>ückgelegt?<br />
a) Bewegung nur vom PKW aus betrachtet: (vgl. Unabhängigkeitsprinzip)<br />
geg: v = (72-54) km/h = 18 km/h = 5 m/s<br />
s = (3+5+52) m = 60 m<br />
v = s/t t = s/v = 60 m / (5m/s) = 12 s<br />
ges.: t in s<br />
b) Bewegung vom Straßenrand aus betrachtet:<br />
geg.: t = 12 s<br />
v = 72 km/h = 20 m/s<br />
v = s/t s = v ⋅ t = 20 m/s ⋅ 12 s = 240 m<br />
ges.: s in m<br />
6. Franz und Frieder wollen an einem 4,2 km entfernten Grillplatz den Ferienbeginn feiern.<br />
Franz wandert pünktlich los und benötigt 50 Minuten bis zum Ziel.<br />
Frieder fährt lieber mit seinem Mountain-Bike: er startet eine Viertel Stunde später als<br />
Franz, benötigt aber nur 30 Minuten bis <strong>zur</strong> Feuerstelle.<br />
a) Zeichne beide Bewegungen in das linke Koordinatensystem ein.<br />
b) Stelle im Diagramm fest, wann und wo Frieder den Wander-Franz überholt.<br />
c) Berechne die in b) gesuchten Werte mathematisch exakt.<br />
ges. v 1 = 4200 km/50 min = 84 m/min Franz<br />
v 2 = 4200 km/30 min = 140 m/min Frieder<br />
t Diff = 15 min<br />
ges. t ü in s<br />
s = v 1 ⋅t ü = v 2 ⋅(t ü - t Diff ) = v 1 ⋅t ü = v 2 ⋅t ü - v 2 ⋅t Diff<br />
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<br />
<br />
t ü = (v 2 ⋅t Diff )/( v 2 ⋅- v 1 ) = 140 m/min ⋅ 15 min /((140-84)m/min) = 37,5 min<br />
s ü = v 1 ⋅t ü = 84 m/min ⋅ 37,5 min = 3150 m
Name:<br />
BBS Technik Idar-Oberstein<br />
Physik-Lösungen <strong>zur</strong> <strong>1.</strong> <strong>Klassenarbeit</strong> 3/3<br />
Datum:<br />
7. Rudi ist wieder mit seinem Motorrad auf einer breiten Landstraße unterwegs und genießt das Sommerwetter bei 108 km/h. Plötzlich taucht<br />
80 m vor ihm ein stehendes Hindernis auf. Rudis Reaktionszeit beträgt 0,75 s.<br />
Welche Bremsverzögerung ist nötig, damit Rudi noch vor dem Hindernis zum Stehen kommt?<br />
Tipp: Verwende ein geeignetes Diagramm<br />
geg: v = 108 km/h = 30 m/s<br />
s ges .= 80 m<br />
s 1 = v⋅t Reakt = 30 m/s ⋅ 0,75 s = 22,5 m<br />
t Reakt = 0,75 s s = 80m – 22,5m = 57,5m<br />
ges. a in m/s 2 und t = v/a s = ½⋅v 2 /a<br />
a = ½⋅v 2 /s = ½⋅(30m/s) 2 /57,5m = 7,83 m/s 2<br />
8. Welche Größe kann man der Steigung des Graphs im Weg-Zeit-Diagramm entnehmen?<br />
<strong>zur</strong>ückgelegter Weg benötigte Zeit Momentangeschwindigkeit<br />
Startzeitpunkt Beschleunigung Ausgangspunkt der Bewegung<br />
9. Welcher Unterschied besteht zwischen den folgenden<br />
Formeln und welche verwendest du wann?<br />
Beide Formeln beschreiben die Beschleunigung.<br />
Die <strong>1.</strong> Formel gilt allgemein und liefert die Momentanbeschleunigung,<br />
die 2. Formel gilt nur, wenn die Anfangsgeschwindigkeit Null ist und die<br />
Bewegung gleichmäßig beschleunigt ist.<br />
10. Erstelle eine „Faustformel“, die aus dem zeitlich unterschiedlichen Auftreten von Donner und Blitz die Entfernung<br />
des Einschlages ermittelt. (Schallgeschwindigkeit = 330 m/s)<br />
geg.: v Schall = 330 m/s ~ 1/3 km/s<br />
t in s<br />
ges.: s in km<br />
s = v⋅t = 1/3 km/s ⋅ Anzahl der Sekunden<br />
Entfernung in km = Anzahl der Sekunden geteilt durch 3