Physik kompetenz- orientiert: Mechanik 6
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DOWNLOAD Anke Ganzer Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 7. / 8. Klasse Bergedorfer ® Unterrichtsideen Anke Ganzer Downloadauszug aus dem Originaltitel: Physik II – kompetenzorientierte Aufgaben Optik, Mechanik, Wärmelehre, Energie, Elektrizitätslehre sse 7./ 8. Kla Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im eigenen Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen schulweiten Einsatz und Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte (einschließlich aber nicht beschränkt auf Kollegen), für die Veröffentlichung im Internet oder in (Schul-)Intranets oder einen weiteren kommerziellen Gebrauch. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Verstöße gegen diese Lizenzbedingungen werden strafrechtlich verfo verfolgt. Mechanik II Auflagedruck 1. Vervollständige den Lückentext. Der Druck gibt an, mit welcher ___________ ein Körper senkrecht auf ___________ ____________________ einwirkt. Der Auflagedruck ist die Kraft, die ein _____________ ____________________ mit seiner _____________________ auf eine Unterlage ausübt. Der Druck hat das Formelzeichen _____ und wird in der Einheit ______ angegeben. 2. Der Auflagedruck ist bei diesen Schuhen sehr unterschiedlich. a) Vergleiche. ______________________ ___ __________ ______________________ _ ______________________ _______________ ______________________ __________ ______________________ __ _ __ ______________________ __________ b) Begründe de deine dein ne Behauptung mit einer Je-desto-Aussage. Aussag c) Welcher Welcher Kurvenverlauf Kurve stellt diesen Zusammenhang usammenhang in dem Diagramm dar? 3. Wahr oder falsch? Kreuze richtige Aussagen an. Wird die Auflagefläche verdoppelt, so verdoppelt sich der Auflagedruck bei gleicher Gewichtskraft. so halbiert sich der Auflagedruck bei gleicher Gewichtskraft. so verdoppelt sich die Gewichtskraft bei gleichem Auflagedruck. so halbiert sich die Gewichtskraft bei gleichem Auflagedruck. Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 1 Mechanik II 4. Finde die Fehler und korrigiere sie. A =F·p F = p = p A A F 23 kPa = 230 Pa 6 850 Pa = 6 850 000 kPa 750 kPa = 7,5 MPa 5. Wie viel Pa fehlen 24,8 MPa zu 25 MPa? 6. Tobias steht im Schnee und staunt, wie tief er versinkt. a) Berechne seinen Auflagedruck, wenn er 80 kg schwer ist und seine e Schuhsohle Schuhsohlen jeweils 0,03 m2 groß sind? b) Nach kurzer Überlegung behauptet beh er, dass sein Bruder Brude Timo einen mindestens mindestens doppelt so großen Druck wie eine SchneeSchneeraupe hat raupe ausübt. Timo T h eine Masse von n 60 kg, seine seine Skischuhe Skisc haben haben jeweils eine Fläche von on 0,025 0,02 m2. Die Schne Schneeraupe erau hat Druck eine Masse von 4 000 kg und übt auf den den Schnee einen e von 4 000 Pa aus. Stimmt das? Begründe deine Aus Aussage durch eine Rechnung. c) Wie ist das möglich? Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 2 Mechanik II Schweredruck 1. Die Flüssigkeit in den Gefäßen ist gleich hoch. Vergleiche (<; >; =) die Schweredrücke am Boden der Gefäße miteinander. p2 p4 p4 p1 p1 p4 Wasser Wasser a) p1 p1 p3 p3, p5 p5 Öl Wasser er Wa Wasser b) Vergleiche (<; >; =) die auf dem Boden wirkenden nden Kräfte. Kräfte. F1 F2 F1 F3 F1 F4 F1 F5 F3 F4 F4 F5 c) Formuliere deine Erkenntnisse sse in zwei Sätzen. Sätze 2. Den Schweredruck man mit der Formel weredruc ck p berechnet berech mel p = · g · h a) Gib die Bedeutung Bedeutu der 3 Größen in derr Formel an. an b) Vervollständige folgende b folgend Aussagen. sage Je höher die desto ____________________ der Schweredruck. e Flüssigkeitssäule, Flüssigke Je ___ ____________________ __________ _ die Dichte der Flüssigkeit, desto größer der Schweredruck. 3. Ein taucht am Meeresboden in ca. 10 m Tiefe im Abstand von 3 m n Spezialtauchboot Spezialttauch unterr dem Schiffsrumpf eines Schiffes durch. S Fertige eine Skizze an, trage die gegebenen Maße ein und entscheide, wie sich der Schweredruck auf das Tauchboot unter dem Schiff ändert. Skizze: Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 3 Mechanik II 4. Ein Muscheltaucher mit einer Oberfläche von ca. 1,5 m2 taucht im Meer 12 Meter tief. a) Wie groß ist dort der Schweredruck? (Dichte Meerwasser: 1,02 g cm 3 kg = 1 020 m ) 3 b) Wie groß ist die Kraft, die auf den Taucher wirkt? c) Welcher Masse entspricht diese Kraft? d) War Warum werden Fische durch diese Kraft n nicht icht zerquetscht? e) Warum gibt es ke keine Tiefseefische im Aquarium? f) Warum sollte ein Taucher aus der Tiefe langsam auftauchen? Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 4 Mechanik II Luftdruck 1. Vervollständige den Lückentext. Der Luftdruck entsteht ________________________________________. Er wird mit einem _________________________ gemessen. Wir nutzen den Luftdruck z. B. ______________________________________. In einem luftleeren Raum entsteht ein __________________, dort herrscht ein _____________ Druck. 2. Andrea hat in ihrem Haus an unterschiedlichen Orten den Luftdruck gemessen und verschieden notiert. 1013 hPa 114 kPa 88 000 Pa 0,134 MPa 75 kPa a) Ordne die Werte der Größe nach. b) An welchem Ort könnte sie den Luftdruck dru in ihrem Haus Haus gemessen haben? ________ < ________ < ________ ___ < ________ ____ __ < _ ________ ________ < ________ < __ ________ ____ < __ ________ __ < ________ ________ < ________ ____ < ___ ________ ____ < ________ < ________ _ __ c) Andrea zieht aus ihrem kleinen klein Experiment Schlussfolgessfolgerungen. n. Beurteile Beurte le diese. diese Der er Luftdruck Luftdruc ist st in den verschiedenen Zimmern Zimmern unterschiedlich. unters hie Der Der Luftdruck Luftdruc ist in einer Etage gleich ch groß. Im Keller ll wirken auf die Körper örper der Luftdruck uftdruck und un der Druck des Gebäudes. d) Nun kann Andrea endlich erklären, eine luftgefüllte, fest verschlossene lären, warum sich s Trinkflasche bei der er Fahrt Fa von einem eine Berg in das Tal verformte. Welche Beobachtung machte Andrea? deine rea? Begründe Beg ne Aussage. e) Berechne die Kraft, die auf eine Fläche von 1 m2 bei einem Luftdruck von 1 013 hPa wirkt. Welcher Masse entspricht das ungefähr? Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 5 Mechanik II Otto von Guericke (1602–1686) 1. In diesem Lebenslauf stimmen einige Fakten nicht. Recherchiere und korrigiere sie. nahm er später Kupferkugeln mit ausreichender Wandstärke. In diesen Jahren entwickelte er Pumpen und erfand die Vakuumpumpe. Um den Menschen die Bedeutung des Luftdrucks näherzubringen, veranstaltete er spektakuläre Schauexperimente. 1645 führte er dem Reichstag in Regensburg seine „Magdeburger urg s Halbkugeln“ vor. O Guericke wurde 1602 Otto 602 a als Sohn eine eines alten Patriziergeschlechts Marburg geboren. hts in Mar oren Nach einer angemessenen Erziehung und Ausbildung essenen Erzieh von Privatlehrern begann ein Jurastudium in vatlehrern began n er e Leipzig, setzte Helmstedt und Jena fort. pzig, se zte es in Helm Später studierte Maschinenkunde, Mathepäter studie rte er M matik und Nat Naturwissenschaften in Holland. Im Jahre 1626 wurde Otto Guericke in Magdehre 16 burg Ratsherr und Ratsbaumeister und war für den Wiederaufbau der Stadt nach der Zerstörung durch die Truppen von Napoleon verantwortlich. In all den Jahren war er an wissenschaftlichen Experimenten und Erkenntnissen interessiert. Besondere Aufmerksamkeit schenkte er der Herstellung eines Vakuums. Da seine Familie Winzerrechte besaß, waren Weinfässer ausreichend vorhanden. Er versuchte aus ihnen die Luft herauszupumpen, was jedoch misslang, da durch die Ritzen deutlich hörbar die Luft eindrang. Deshalb Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag Die Luft zwischen den Halbkugeln wurde uft zwisch en de herausgepumpt, sodass der äußere Luftdruck herau sgepumpt sod beiden Halbkugeln aneinanderpresste. Nur die beid en Hal Mühe konnten 16 Pferde auf jeder Seite die mit Müh Kugeln trennen. Noch heute wird in Magdeburg Ku vor vielen begeisterten Zuschauern dieses Experiment vorgeführt. An seinem Haus in Magdeburg befestigte Otto Guericke eine Apparatur, mit der er das Wetter vorhersagen konnte – das „Magdeburger Wetterhähnchen“. Veränderte sich der Luftdruck, bewegte sich das Hähnchen hoch oder runter und der Schnabel zeigte schönes oder schlechtes Wetter an. 1660 konnte Guericke sogar ein schweres Unwetter vorhersagen. Nachdem er seine Experimente und dessen Ergebnisse in einem Buch veröffentlichte, wurde er 1666 von Kaiser Wilhelm in den Adelsstand erhoben und nannte sich seit dem Otto von Guericke. Nach Ausbruch der Pest lebte er in Hamburg und verstarb dort im Jahre 1686. Die Magdeburger verehren auch heute noch ihren großen Naturwissenschaftler und haben die Universität, eine Straße, die Wohnungsbaugenossenschaft, eine Bibliothek, eine Brauerei und ein Museum nach ihm benannt. 6 Mechanik II Hydraulische Anlagen 1. Beschrifte die Kolben der hydraulischen Anlage. F2 F1 p2 p1 a) Vergleiche. p2 p1 und F1 F2 b) Beschreibe die Funktionsweise. 2. Hier sind die Kolben ben vertauscht. vertausc t. a) Welche e Auswirkungen Auswirkungen hat das da auf die Kräfte? A1 A2 b) Vervollständige. dige Ist die Fläche des Arbeitskolbens Arbe ______________, so ist die dort wirkende Kraft _________________ _____ ______ als am Pumpkolben. Die Kraft F1 verhält sich zur Kraft F2, wie die e _____ ___________ zur _______________. Kurz: 3. Berechne die fehlenden Größen der hydraulischen Anlagen. F1 F2 300 N 80 000 N Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 4 000 N A1 A2 50 cm2 600 cm2 2 000 cm2 7 Mechanik II 4. Auf den Kolben einer Hebebühne mit einer Querschnittsfläche von 0,02 m2 wirkt eine Kraft von 100 N. a) Wie groß ist der Druck in der Flüssigkeit? b) Mit der Hebebühne soll ein Auto mit einer Masse von n 800 kg angehoben werden. Wie groß muss die Fläche des Arbeitskolbens s sein? c) Wah Wahrr oder falsc falsch? Kreuze wahre Aussagen agen an. Bei ist derr Hubweg Bei der Hebebühne He Hubw kleiner als der der Pumpweg. P Bei B der Hebebühne ist derr Hubweg größer größer als der Pumpweg. Ist die Fläche des Arbeitskolbens kolbens größer, größe er so ist der Hubweg kleiner. Ist die Fläche des Arbeitskolbens A olbe größer, so ist der Hubweg größer. 5. Die Wasserspritzpistole asserspritzpistole von v Lukas nutzt das Prinzip hydraulischer ydraulischer Anlagen. Anlage Mit welcher Kraft schießt das Wasser man mit einer Kraft von 1 N auf eine asser heraus, heraus, wenn w 2 Fläche m drückt und der Arbeitskolben 0,0003 m2 he von 0,00005 0 groß ist? ist Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 8 Mechanik II Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen 1. Vervollständige. Die Auftriebskraft wirkt der _________________________ entgegen. Sie ist umso größer, je größer das ________________ und die _____________ des verdrängten Stoffes sind. Deshalb ist die Auftriebskraft in Flüssigkeiten ___________ als in Gasen. 2. Kreuze an. Das Archimedische Prinzip besagt, dass … … die Auftriebskraft so groß ist, wie die Gewichtskraft des Körpers. ers. … die Auftriebskraft so groß ist, wie das Volumen des verdrängten n Stoffes. Sto … die Auftriebskraft so groß ist, wie die Gewichtskraft des verdrängten drängten Stoffes. S 3. In einem Experiment möchte Max ein rohes Ei zuerstt in einen Eimer mit mi Wasser und anschließend in einen Eimer mit Meerwasser aus der der Nordsee legen. a) Zeichne das rohe Ei in die Eimer ein n und die e wirkenden wirkenden Kräfte. Kräf Nordsee b) Welc Welchen Unterschied bemerkt kt er? c) Welche kann er aus dem Experiment auf den Tiefgang eines e Schlussfolgerungen Schlussfolgeru Schiffes chiffe es ziehen, wenn wenn es e von der Elbe in die Nordsee fährt? 4. Nathalie beobachtet beim Einsetzen neuer Pflanzen in ihr Aquarium, dass die Pflanzen an der Luft ganz zusammengefallen und schlapp aussehen. Erst als die Pflanzen sich im Wasser befinden, stehen sie schön aufrecht. Erkläre diese Erscheinung. Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 9 Mechanik II 5. Zur Reparatur fahren Schiffe in das schwebende Schwimmdock. Bei der Reparatur des Schiffes schwimmt das Dock. Ordne die jeweiligen Aussagen den Veränderungen des Schwimmdocks zu. a) b) c) d) e) Tanks werden geflutet. FA = FG Dock > Wasser Tanks werden mit Druckluft geleert. Dock = Wasser f) g) h) i) FA < FG Tanks sind vollständig mit Luft gefüllt. Dock < Wasser FA > FG 6. In dem Film „Das fliegende e Klassenzimmer“ K Klassenzimmer“ stellt sich Uli einerr Mutprobe Mutprobe und will mit zwei heliumgefüllten der Schule ten Ballons Bal ons vom Vordach Vo chul springen. pringen. Er stürzt jedoch j ab und bricht sich h ein Bein. Unter welchen chen Voraussetzungen Vo oraussetzungen wäre seine Mutprobe be geglückt? geg ückt? Wenn hätte. We n Uli eine kleinere k nere Masse als die Ballons ons hä te. Wenn der Ballons sehr viel größer w wäre. Wenn das Volumen Volu ns se äre. Wenn die von Uli viel k kleiner di Gewichtskraft G ner wäre. Wenn gewesen Wen die Temperatur der Luftt größer gew wese wäre. 7. Laura hat eine große L oße Knetkugel, Kn l, die di im Wasser auf den Boden sinkt. Wie muss Laura die Knete te formen, formen damit sie schwimmt? Fertige eine Skizze an. Warum schwimmt die Knete, wenn Laura sie in einer anderen Form auf das Wasser legt? Die Knete ist nun leichter. Die Knete verdrängt mehr Wasser. Die Gewichtskraft der Knete ist jetzt kleiner als die Gewichtskraft des verdrängten Wassers. Die Knete hat nun eine größere Oberfläche. Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 10 Mechanik II Auf die „Puste“ kommt es an Hast du schon einmal zwei DIN-A4-Seiten ca. 5 Zentimeter auseinandergehalten und kräftig dazwischen gepustet? Das Ergebnis des kleinen Experimentes ist verblüffend. Anstatt sich voneinander wegzubewegen, kleben die Seiten aneinander. Vielleicht hat dieser Versuch den Schweizer Mathematiker und Physiker Daniel Bernoulli (1700–1782) veranlasst, mit strömenden Flüssigkeiten und Gasen zu experimentieren. Dabei entdeckte er folgende Zusammenhänge: 1. Desto kleiner der Rohrquerschnitt, desto größer ist die Strömungsgeschwindigkeit. 2. Desto größer die Strömungsgeschwindigkeit, umso kleiner ist der senkrecht dazu gemessene Druck. Diese Entdeckung beeinflusste den Bau von Flugapparaten. Die Tragfl gflächen wurden so konstruiert, dass sie die Strömung der Luft teilen. Die Strömungsgeschwindigkeit schwindigke unterhalb der Tragflächen ist kleiner als oberhalb. Folglich herrscht oberhalb äche ein kleineberhalb der Tragfläc rer Druck als unten. Mit der daraus resultierenden Auftriebskraft skraft kann dann ein Flugzeug fliegen. Experimente und die Vorbilder in der Naturr führten vieler weiterer führ n zu der Entwicklung Entwickl er Flugapparate wie zum Beispiel von Hubschraubern, Nurflüglern ern, Segelfl Segelflugzeugen, ugze gle oder Gleitschirmen. lgenden Stromlinienbildern Strom inien ngsgeschwind digke 1. Vergleiche in folgenden die Strömungsgeschwindigkeiten und den Druck oberhalb des Körpers. Zeichne die resultierende rhalb und unterhalb unter Zeichne e jeweils jew r Kraft ein. n. 2. Vervollständige Bild die Stromlinien. Schlussfolgere auf den Druck rvollständige in folgendem fo und Kraft und entscheide, was passieren könnte. nd die resultierende resultiere 3. Erstelle eine Übersicht mit Bildern zu verschiedenen Flugapparaten und ihren Vorbildern in der Natur. Recherchiere dazu im Internet oder in einer Bibliothek. Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag Tipp: Gib die Quellen der Bilder an. 11 Mechanik II Verbundene Gefäße 1. In einer Porzellanfabrik werden Teekannen hergestellt. Zeichne die Tülle an die Kanne so an, dass sie a) maximal b) minimal gefüllt werden kann. Zeichne den jeweiligen Füllstand ein. eiche Form und Größe. Grö äß A ist randvoll ran ndvoll mit 2. Die Gefäße A und B haben die gleiche Das Gefäß Wasser gefüllt. äße mit einem inem Schlauch Schla binde dass Ist es möglich, die Gefäße so zu verbinden, a) Gefäß A und B gleich gefüllt sind? b Gefä A mehr als B b) Gefäß gefüllt ist? c) Gefäß A weniger wenig als B gefüllt ist? ist gefüllt We n möglich, zeichne ichn eine solche Verbindung ndung e in. Wenn ein. a) b) A B c) A B A B d) Mit welcher könnte man die gesamte Flüssigkeit mit einem Schlauch lcher Gefäßanordnung Gefäßanord umfüllen, umfüllen, ohne umzugießen? umz 3. In Verbindungen zwischen Fallrohren und Regenwassertonnen werden häufig Regensammler eingebaut. Zeichne den maximalen Füllstand der Wassertonne ein. Welchen Vorteil bietet der Regensammler gegenüber einfachen Regenwasserklappen? Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 12 Mechanik II Lernzielkontrolle 1. Entscheide, ob die Aussagen richtig oder falsch sind. Wenn du denkst, es handelt sich um eine falsche Aussage, dann schreibe dahinter, wie sie richtig heißen müsste. Aussage richtig falsch Die Aussage müsste richtig heißen: Je größer die Fläche ist auf die eine Kraft wirkt, umso größer ist der Druck. In zwei gleich hoch gefüllten, jedoch unterschiedlich breiten Trinkgläsern ist der Schweredruck gleich groß. Mit hydraulischen Anlagen kann man Kraft und Arbeit einsparen. nstEine leere, luftgefüllte Kunststoffflasche wird bei der n hohen Berg Fahrt auf einen dicker. Weshalb spritzt eine e sse sche mit Kohlensäure, Kohlensä 2. Weshalb Mineralwasserflasche wenn man sie vor dem nen kräftig kräftig schüttelt? s Öffnen er falsch? Kreuze Kreuz die richtige Antwort an: 3. Wahr oder n Heliumballon Heliumballon steigt steig nach oben, … Ein G Gewich weil die Gewichtskraft des Ballons kleiner als die Auftriebskraft ist. eil das Volumen V weil des Ballons größer als die Dichte der Luft ist. eil die d Gewichtskraft des Ballons kleiner als die Gewichtskraft der verdrängten Luft ist. weil weil die mittlere Dichte des Ballons kleiner, als die Dichte der Luft ist. 4. Für ein Herbarium presst Luisa Pflanzen in einem DIN-A4-Hefter und legt Bücher mit einer Masse von 5 kg darauf. Berechne den Druck, der auf die Pflanzen wirkt. Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 13 Lösungen/Physik – Mechanik II Auflagedruck 1. S. 1 4. Der Druck gibt an, mit welcher Kraft ein Körper senkrecht auf eine Fläche einwirkt. Der Auflagedruck ist die Kraft, die ein fester Körper mit seiner Gewichtskraft auf eine Unterlage ausübt. Der Druck hat das Formelzeichen p und wird in der Einheit Pa angegeben. a) Der Auflagedruck der Schneeschuhe ist am kleinsten und der Pumps am größten. b) Je größer die Auflagefläche, desto kleiner der Auflagedruck. c) gestrichelter Kurvenverlauf So halbiert sich der Auflagedruck bei gleicher Gewichtskraft. So kann sich die Gewichtskraft bei gleichem Auflagedruck verdoppeln. A = Fp ; F = p · A; p = AF 5. 23 kPa = 23 000 Pa 6 850 Pa = 6,85 kPa 750 kPa = 0,75 MPa 200 000 Pa 6. a) p = AF ; F = m · g; p = 2. 3. b) p = AF ; F = m · g; p = 80 kg · 9,81 N kg 0,06 m2 N 60 kg · 9,81 kg 0,05 m2 ; p = 13080 Pa ; p = 11772 Pa Ja es stimmt, Timos Auflagedruck ist fast dreimal so groß. c) Timo hat zwar eine viel kleinere Masse, jedoch auch eine viel kleinere A Auflagefläche, so dass sein Auflagedruck uflagefläc agedruc hoch ist. Die Schneeraupe hat eine große Masse, jedoch auch eine gro große A Auflagefläche. e, jedoc f Schweredruck 1. S. 3 3.. a) p1 = p2, p1 > p3, p1 = p4 p1 = p5 p3 < p4 p4 = p5 5 b) F1 = F2, F1 > F3 F1 = F4 F1, = F5 F4, F3 < F 4, F4 = F5 c) Der Schweredruck ist von der Gefäßform unabhängig. Je größe größer die Dichte d derr Flüs Flüssigkeit, umso größer der hweredruck is Schweredruck. Schweredru a) – Dichte Flüssigkeit, g – Ortsfaktor, Fallbeschleunigung, Höhe der Wassersäule a Dichte der Flüss r, Fal hleunigung, h – H öhe de höher die Flüs Flüssigkeitssäule, desto größer der Schweredruck. b) Je höh weredruck. die Dichte der Flüssigkeit, desto der Schweredr Schweredruck. Je größer grö esto größer de Schweredruck ist unter dem Schiffsrumpf groß. Der Schw pf genauso groß 4. a) p = · g · h; p = 1 020 2. kg m3 · 9,81 N kg · 12 m; p = 120 074,4 Pa b) F = p · A; F = 120 074,4 Pa · 1,5 m2; F = 180 111,6 N c) m = Fg ; m = 180 111,6 N ; N 9,81 kg m = 18 360 kg = 18,36 t d) Die Fische sind an den Druck und die wirkende Kraft angepasst. Sie bestehen fast nur aus Wasser, welches sich nur sehr wenig komprimieren lässt. e) Tiefseefische sind an die Bedingungen (hoher Druck, kaum Licht, wenig Nahrung) in der Tiefe angepasst und sterben, wenn man sie in flachere Gewässer holt. f) Beim zu schnellen Auftauchen verringert sich der Druck für einen Taucher sehr schnell. Es kann dann zu einer Dekompressionskrankheit kommen. Das im Gewebe und in der Körperflüssigkeit des Tauchers gebundene Gas wird beim zu schnellen Auftauchen, also bei zu schnell verringertem Druck, gasförmig. Die sich bildenden Gasblasen können die lebensgefährliche Taucherkrankheit auslösen. Durch Stopps beim Auftauchen kann das Gas abgeatmet werden. Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 14 Lösungen/Physik – Mechanik II Luftdruck S. 5 1. Der Luftdruck entsteht durch das Gewicht der Luft. Er wird mit einem Barometer gemessen. Wir nutzen den Luftdruck z. B. bei Saughaken. In einem luftleeren Raum entsteht ein Vakuum, dort herrscht ein niedriger (Unter) Druck. 2. a) 75 kPa < 88 000 Pa < 1 013 hPa < 114 kPa < 0,134 MPa b) Dachgeschoss < 2. Etage < 1. Etage < Erdgeschoss < Keller c) Der Luftdruck ist in einer Etage gleich groß. Der Luftdruck ist in den verschiedenen Zimmern unterschiedlich, wenn sich die Zimmer in unterschiedlichen Etagen befinden. d) Die Flasche ist im Tal zusammengedrückt, da dort der Luftdruck viel größer als auf dem Berg ist. p = AF ; F = p · A; F = 101 300 Pa · 1 m2; F = 101 300 N e) F = m · g; m = Fg : m = 101 300 N ; N 9,81 kg m = 10 326 kg ≈ 10 t Otto von Guericke S. 6 altes Patriziergeschlechts in Magdeburg später studierte er Festungsbau Zerstörung durch die Truppen von Tilly Da seine Familie Braurechte besaß, waren Bierfässer ausreichend vorhanden. e orhanden In diesen Jahren entwickelte er Pumpen und erfand die Luftpu Luftpumpe. e. Nur mit Mühe konnten 8 Pferde auf jeder Seite die Kugeln trennen.. n trenn „Magdeburger Wettermännchen“. Veränderte sich der Luftdruck, bewegte sich das Männche Männchen hoch o oder runter und der Finger er runte wurde er 1666 von Kaiser Leopold in den Adelsstand erhoben delsstand erhobe eine Bibliothek, eine Brauerei – ist falsch nach iihm benannt. h und ein Museum nac Hydraulische Anlagen en 1. 2. Pumpkolben und Arbei Arbeitskolben skolben a)) p1 = p2; F1 < F2 b) Wirkt Wirk auf den Pumpk Pumpkolben eine Kraft F1, so entsteht in der Flüssig Flüssigkeit keit ein Dru Druck. Der Druck tritt in der gesamten Flüssigkeit auch am Arbeitskolben. Folglich wirkt dort dann die Kraft F2. Da bei gleich großem Druck dort Flüssi keit auf, so a en. Fo ie Kraf jedoch Querschnittsfläche viel größer doch die e Quers ßer als am Pumpkolben mpkolben ist, ist F2 auch größer als F1. Kraft am Pumpkolben ist größer als a) Die Kr s die Kraft am Arbeitskolben. rbeitsk die Fläche des Arbeitskolbens größer b) Ist d er (oder kleiner), so s iist die dort wirkende Kraft größer (oder kleiner) als am Pumpkolben. Die Kraft F1 verhält erh sich zur ur Kraft F2, wie die Fläche A1 zur Fläche A2. Kurz: FF = AA 3. 4. 5. S. 7 F2 A1 A2 3 600 N 50 cm2 600 cm2 80 000 N 4 000 N 2 000 cm2 100 cm2 p = 5 000 Pa A2 = A F· F ; A2 = 0,02 m 2 · 800 kg · 9,81 Bei der Hebebühne ist der Hubweg kleiner als der Pumpweg. Ist die Fläche des Arbeitskolbens größer, so ist der Hubweg kleiner. 1 2 1 F2 = F A· A ; F2 = 1 2 1 1 N · 0,0003 m 2 ; 0,00005 m 2 100 N 2. 3. 4. ; A2 = 1,57 m2 F2 = 6 N Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen 1. N kg c) A1 ; A2 A1 ; A2 100 N ; 0,02 02 m2 F1 F2 = 2 F1 b) F1 F2 1 2 300 N a) p = AF ; p = = 1 S. 9 Die Auftriebskraft wirkt der Gewichtskraft entgegen. Sie ist umso größer, je größer das Volumen und die Dichte des verdrängten Stoffes sind. Deshalb ist die Auftriebskraft in Flüssigkeiten größer als in Gasen. … die Auftriebskraft so groß ist, wie die Gewichtskraft des verdrängten Stoffes. a) Im Meerwassereimer sollte das Ei oben eingezeichnet werden mit FA > FG. Im Wassereimer am Boden FA < FG. b) Im Meerwassereimer schwimmt das Ei an der Oberfläche. Im Wassereimer sinkt das Ei nach unten. c) Fährt das Schiff von der Elbe in die Nordsee wird der Tiefgang geringer werden. Die Gewichtskraft der Pflanzen ist im Wasser und an der Luft gleich groß. Jedoch wirkt im Wasser der Gewichtskraft eine größere Auftriebskraft entgegen. Die Blätter der Pflanzen sind aufrechter. Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 15 Lösungen/Physik – Mechanik II 5. 6. 7. Bild 1: b) FA = FG e) Dock = Wasser Bild 2: d) Tanks werden mit Druckluft geleert. i) FA > FG h) Dock < Wasser Bild 3: g) Tanks sind vollständig mit Luft gefüllt. i) FA > FG h) Dock < Wasser Bild 4: a) Tanks werden geflutet. f) FA < FG c) Dock > Wasser Wenn das Volumen der Ballons sehr viel größer wäre. Wenn die Gewichtskraft von Ulli viel kleiner wäre. individuelle Antworten, zum Beispiel Knete in Bootform Die Knete verdrängt mehr Wasser. Die Gewichtskraft der Knete ist jetzt kleiner als die Gewichtskraft des verdrängten Wassers. Die Knete hat nun eine größere Oberfläche. Auf die „Puste“ kommt es an S. 11 1. voben < vunten; poben > punten voben > vunten; poben < punten 2. 3. voben = vunten; poben = punten Die e Strömungsg Strömungsgeschwindigkeit zwischen schen Motorrad orrad u und LKW ist sehr g groß. Der kleinerr (Unterdruc (Unterdruck). Der Motorradfahrer D Druck wird folglich zwischen ihnen n klein k). De verspürt einen Sog zum LKW hin. Die Gefahr eines Unfalls besteht. ve Individuelle Antworten Verbundene Gefäße Verbun 1. a) 2. a) und b) sind mö möglich S. 12 b)) a) b) c) d) 3. Schlauchverbindung in der unteren Hälfte beider Gefäße. hlauc Schlauchverbindung in der oberen Hälfte beider Gefäße nicht möglich Wenn man das Gefäß A höher stellt als das mit dem Schlauch verbundene Gefäß B, läuft die gesamte Flüssigkeit dort hinein. Die mit dem Regensammler verbundene Wassertonne kann nicht überlaufen. Lösungsbild: Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 16 Lösungen/Physik – Mechanik II Lernzielkontrolle 1. S. 13 Aussage richtig Je größer die Fläche ist auf die eine Kraft wirkt, umso größer ist der Druck. In zwei gleich hoch gefüllten, jedoch unterschiedlich breiten Trinkgläsern ist der Schweredruck gleich groß. 2. Die Aussage müsste richtig heißen: X Je größer die Fläche ist, auf die eine Kraft wirkt, umso kleiner ist der Druck. X Mit hydraulischen Anlagen kann man Kraft, aber keine Arbeit einsparen X Mit hydraulischen Anlagen kann man Kraft und Arbeit einsparen. Eine leere, luftgefüllte Kunststoffflasche wird bei der Fahrt auf einen hohen Berg dicker. falsch X 3. Beim Schütteln wird das im Wasser gelöste Gas freigesetzt und der Druck in der Flasche erhöht sich erheblich. Öffnet man die Flasche, strömt das Gas heftig heraus und reißt kleine Wasserteilchen mit sich. Der Ballon steigt nach oben, … weil die Gewichtskraft des Ballons kleiner als die Auftriebskraft ist. kraft is … weil die Gewichtskraft des Ballons kleiner als die Gewichtskraft der verdrängten Luft ist. htskraft de … weil die mittlere Dichte des Ballons kleiner ist, als die Dichte der Luf Luft. 4. p = AF , A = a · b; A = 0,21 m · 0,3 m (gerundet); A = 0,063 m2; F = m · g; F = 5 kg · 9,81 p= 49 N ; 0,063 m 2 N ; kg F ≈ 49 N p ≈ 778 Pa Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 6 © Persen Verlag 17 ® Bergedorfer Weitere Downloads, E-Books und Print-Titel des umfangreichen Persen-Verlagsprogramms finden Sie unter www.persen.de Hat Ihnen dieser Download gefallen? Dann geben Sie jetzt auf www.persen.de direkt bei dem Produkt Ihre Bewertung ab und teilen Sie anderen Kunden Ihre Erfahrungen mit. © 2013 Persen Verlag, Hamburg AAP Lehrerfachverlage GmbH Alle Rechte vorbehalten. Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im eigenen Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen weiteren kommerziellen Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte oder für die Veröffentlichung im Internet oder in Intranets. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Die AAP Lehrerfachverlage GmbH kann für die Inhalte externer Sites, die Sie mittels eines Links oder sonstiger Hinweise erreichen, keine Verantwortung übernehmen. Ferner haftet die AAP Lehrerfachverlage GmbH nicht für direkte oder indirekte Schäden (inkl. entgangener Gewinne), die auf Informationen zurückgeführt werden können, die auf diesen externen Websites stehen. Illustrationen: Haus (S. 5): Marion El-Khalafawi; Hebebühne (S. 8), Illustrationen (S. 11), Regentonne (S. 12): Roman Lechner; Ballon (S. 13), Elisabeth Lottermoser; Schneeschuh (S. 1) © Fotograf: Luidger, Wikimedia Commons, lizenziert unter Creative Commons BY-SA-3.0.de, URL: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/legalcode; Pumps (S. 1) © Fotograf: Ulianaa, Wikimedia Commons, lizenziert unter Creative Commons BY-SA-3.0.de, URL: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/legalcode; Chucks (S. 1) © Fotograf: Brooke Fishwick, Wikimedia Commons, lizenziert unter Creative Commons BY-SA-3.0.de, URL: http://creativecommons.org/ licenses/by-sa/3.0/de/legalcode; Schneeraupe (S. 2): Anke Ganzer; Wasserpistole (S. 8) © Alterfalter – Fotolia.com; U-Boot (S. 14): Roman Lechner Satz: Satzpunkt Ursula Ewert GmbH, Bayreuth Bestellnr.: 23111DA5 www.persen.de
