1. Klausur Physik Klasse 11 Grundkurs, 23.11.2011

1. Klausur Physik Klasse 11
Grundkurs, 23.11.2011
Dauer: 45 min
1. Skizzieren Sie für die gleichförmige und die gleichmäßig beschleunigte Bewegung die s-t-,
v-t und a-t-Diagramme. (6)
2. Bevor ein Dach neu eingedeckt wird, werden die alten Dachziegel von den Dachdeckern
direkt vom Dach aus in einen Container geworfen. Der Wurf kann als waagerechter Wurf
betrachtet werden. Der Container steht 3 m von der Rüstung entfernt, auf der die
Dachdecker stehen. Das Gerüst ist 8 m hoch. Unter welchem Winkel zum Boden kommen
die Dachziegel unten an. (Wenn die Ziegel senkrecht auftreffen würden, wäre der Winkel
90°.)
Hinweis: Berechnen Sie die Fallzeit, Geschwindigkeit in x-Richtung, Geschwindigkeit in yRichtung, Auftreffwinkel. (8)
3. Wird ein Dach neu eingedeckt, können die Dachziegel mit einem Kran auf das Dach
befördert werden. Dazu bringt der Motor eine bestimmte Kraft auf. Wie groß ist diese Kraft im
Vergleich zur Gewichtskraft der Dachziegel, wenn die Ziegel mit konstanter Geschwindigkeit
senkrecht nach oben befördert werden? (Sämtliche Reibungskräfte durch Rollen, Lager,
Luftwiderstand usw. sowie die Gewichtskraft von Kranhaken und Seilen werden
vernachlässigt) (1)
a) Die Kraft muss etwas kleiner als die Gewichtskraft sein.
b) Die Kraft muss genau so groß wie die Gewichtskraft sein.
c) Die Kraft muss etwas größer als die Gewichtskraft sein.
4. a) Ein Junge gibt einem Ball mit der Masse 0,5 kg in der Zeit von 0,2 s aus der Ruhe eine
-1
Geschwindigkeit von 8 ms . Welche Kraft übt er auf den Ball aus? (5)
b) Mit welcher Geschwindigkeit fliegt der Ball weg, wenn er durch zähes Training seine
Schussstärke verdoppelt hat? (1)
Lösungen
1.
gleichförmige Bewegung
Weg-Zeit-Gesetz
gleichmäßig beschleunigte Bewegung
Weg-Zeit-Gesetz
Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz
Geschwindigkeit-Zeit-Gesetz
Beschleunigung-Zeit-Gesetz
Beschleunigung-Zeit-Gesetz
2.
geg.:
Lösung:
s = 3m
h =8m
ges.:
α
Den Winkel kann man bestimmen, wenn man die beiden
Geschwindigkeiten kennt, die die Dachziegel haben, die in y-Richtung als
freier Fall und die in x-Richtung als gleichförmige Bewegung.
Zur Berechnung der Geschwindigkeit in y-Richtung benötigt man die
Fallzeit. Das ist auch die Zeit, in der die Dachziegel die Entfernung
Rüstung - Container zurücklegen müssen und führt zur Geschwindigkeit in
x-Richtung.
g
h = ⋅t2
2
2 ⋅h
t=
g
t=
2⋅8 m
9,81 sm2
t = 1,28 s
Damit ergibt sich die Geschwindigkeit in y-Richtung:
v = g⋅ t
2 ⋅h
g
v y = g⋅
v y = 9,81 sm2 ⋅
2⋅8 m
9,81 sm2
v y = 12,53 ms
Die Geschwindigkeit in x-Richtung:
vx =
vx =
vx =
s
t
s
2 ⋅h
g
3m
2⋅8 m
9,81 sm2
v x = 2,35 ms
Aus diesen beiden Geschwindigkeiten lässt sich der Winkel berechnen.
Die Bewegung des Dachziegels ist
die Überlagerung der beiden
Bewegungen in x- und in yRichtung. (Superpositionsprinzip.
Der gesuchte Winkel ist ein Winkel
in einem rechtwinkligen Dreieck. Die
Hypotenuse ist die resultierende
Geschwindigkeit, die beiden
Katheden die Geschwindigkeiten in
x- und y-Richtung.
Damit ergibt sich:
sin α =
vy
vr
Die unbekannte resultierende
Geschwindigkeit kann mit dem Satz
des Pythagoras berechnet werden.
v r = v 2x + v 2y
Damit ergibt sich
sin α =
sin α =
vy
v 2x + v 2y
12,53 ms
2,35 2
m2
s2
+ 12,53 2
m2
s2
α = 79,4 °
Oder:
tan α =
vy
vx
α = 79,4 °
Antwort:
Der Dachziegel schlägt unter einem Winkel von etwa 80° zum Boden auf.
3. b) ist richtig. Da sich die Ziegel mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, muss die
wirkende Kraft Null sein (Trägheitsgesetz). Nach unten wirkt die Gewichtskraft. Die Kraft des
Motors muss so groß sein, dass sie die Gewichtskraft genau aufhebt.
Wäre die Kraft nach oben etwas größer als die Gewichtskraft, wäre die resultierende Kraft
nach oben gerichtet und würde die Dachziegel beschleunigen.
4.
geg.:
m = 0,5 kg
t = 0,2 s
ges.:
F
v = 8 ms
Lösung:
a) Es gilt das Grundgesetz der Mechanik:
F = m⋅a
Darin fehlt noch die Beschleunigung:
a=
∆v
∆t
Da das Schießen des Balles aus der Ruhe heraus erfolgt, kann man
schreiben:
a=
v
t
Damit wird dann:
F =m⋅
v
t
F = 0,5 kg ⋅
8 ms
0,2 s
F = 20 N
b) In der Gleichung
F =m⋅
Antwort:
v
t
ist zu erkennen, dass Kraft und Geschwindigkeit direkt proportional
zueinander sind. Die Abschussgeschwindigkeit verdoppelt sich also auch
auf 16 m/s.
Der Junge übt auf den Ball eine Kraft von 20 N aus. Mit der doppelten Kraft
erreicht er eine Geschwindigkeit von 16 ms-1.