Lernstation I - Familie Michele
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Oliver Michele F =m·a 11b, GSG Bad Wildungen Lernstation I Abstrakte Formulierungen – die drei Größen in der Kraftformel 1. Welche Kraft wird benötigt, um einen Körper der Masse m = 1 kg mit a = 1 schleunigen? Schreiben sie einen Antwortsatz! m s2 zu be- 2. Welche Beschleunigung erfährt ein Körper der Masse m = 1 kg, wenn eine Kraft F = 9, 81 N auf ihn wirkt? Berechne! 3. Welche Masse hat ein Körper, der von der Kraft F = 100 N die Beschleunigung a = 5 erfährt? m s2 4. Zum Ausprobieren: Auf dem Tisch liegen verschieden beladene“ Wagen und es stehen so” genannte Kraftmesser zur Verfügung. Wie verhalten sich die Kräfte, wenn die beiden Wagen parallel nebeneinander beschleunigt werden (nur qualitativ, nicht quantitativ)? Oliver Michele F =m·a 11b, GSG Bad Wildungen Lernstation II Berechnungen zur Schwerkraft 1. Mit welcher Kraft wird eine 80 kg schwere Person von der Erde angezogen? 2. Ein Mann hat die Masse 80 kg. Ein Eisenbahnwaggon hat die Masse 20 t. (a) Der Mann schiebt mit der ihm maximal möglichen Kraft (entsprechend seiner Gewichtskraft) an dem Waggon. Welche Beschleunigung a resultiert aus der maximalen Kraft? (b) Welche Geschwindigkeit hat der Waggon nach einer Minute? (c) Zur Information: Es ist tatsächlich möglich, dass eine einzelne Person einen Waggon anschiebt. Woher kennen sie vielleicht noch ähnliche Beispiele (sehr große Massen, kleine Beschleunigungen)? Worauf kommt es bei dem Experiment an? Oliver Michele F =m·a 11b, GSG Bad Wildungen Lernstation III Formel 1 Ein Formel-1-Auto hat die Masse 600 kg (inklusive Fahrer). Das Auto beschleunigt zweimal von 0 auf 100 km/h. Einmal benötigt es t1 = 6 s und einmal t2 = 3, 2 s für den Spurt. 1. Wie groß ist jeweils die Beschleunigung a in m ? s2 2. Berechnen sie für beide Fälle die Kraft F auf das Auto (inklusive Fahrer)! 3. Welche Kraft F wirkt im zweiten Fall auf den Fahrer (Masse 70 kg)? Dem Wievielfachen seiner Gewichtskraft entspricht dies? 4. Zur Information: Beim Bremsen eines Formel-1-Autos treten zum Teil Beschleunigungen auf, die dem Fünffachen der Erdbeschleunigung entsprechen. Die Tränenflüssigkeit im Auge der Fahrer kann dabei an das Innere des Helmvisiers spritzen“. ” Oliver Michele F =m·a 11b, GSG Bad Wildungen Lernstation IV Das sanfte Bremsen 1. Experiment (auch zum Ausprobieren!) Lassen sie eine Knetgummikugel aus 2 m Höhe auf die Abdeckung eines Eimers fallen. Bringen sie das Knetgummi wieder in Kugelform. Lassen sie die Knetgummikugel wieder aus derselben Höhe in den Wassereimer fallen. (a) Vergleichen sie die Verformungen der Kugel! Begründen sie! (b) Welche Geschwindigkeit hat die Kugel nach dem Fall aus 2 m Höhe? (c) Nehmen sie an, dass die Kugel im ersten Fall auf einer Strecke von 3 cm (Bremsweg) gebremst wird und im zweiten Fall einen Bremsweg von 20 cm hat. Berechnen sie die Verzögerung a beim Bremsen. Vergleichen sie die beiden Verzögerungen jeweils mit der Erdbeschleunigung g = 9, 81 sm2 . (d) Welche Kräfte wirken in den beiden Fällen, wenn die Masse der Knetgummikugel 0,018 kg beträgt? 2. Zur Information: In Amerika sieht man an Highway-Ausfahrten oft angeordnetet Fässer (gefüllt mit Wasser und oben offen) zwischen der abbiegenden Spur und der weiterführenden Spur. Welchen Zweck haben diese Fässer bei einem Unfall? Welchen Vorteil haben sie gegenüber einer starren Leitplanke? 3. Quetschungen von Körperteilen können sehr unangenehm sein. Ein 1 kg schwerer Hammer wird (natürlich aus Versehen) fallen gelassen und landet auf dem eigenen Zeh (nicht selbst ausprobieren!). Machen sie Abschätzungen über die benötigten Größen, um die Kraft auf den Zeh zu berechnen. Oliver Michele F =m·a 11b, GSG Bad Wildungen Lernstation V Weiterführende Überlegungen Bitte bearbeiten sie diese Lernstation erst, wenn sie sich die Stationen I bis IV erarbeitet haben!! 1. In der letzten Klausur war die Rede von einem Fallschirmspringer, der beim Landen die Geschwindigkeit 14 m/s hat. Angenommen der Fallschirmspringer fällt (bei geöffnetem Fallschirm) konstant mit dieser Geschwindigkeit (gleichförmige Bewegung): (a) Welche Kräfte wirken dann auf ihn? (b) Wie groß ist die resultierende Gesamtkraft? 2. Den Versuch mit dem Fallschirmspringer kann man selbst nachvollziehen: Basteln sie aus einem Stück Papier und etwas Klebstoff einen Trichter“ (Kegel ohne Öffnung). Lassen ” sie ihn mit der Spitze nach unten aus großer Höhe fallen. Was beobachten sie nach einer gewissen Fallhöhe? Welche Kräfte spielen eine Rolle? 3. Beim Quetschen des Zehs mit dem fallenden Hammer wurde die Kraft auf den Zeh angegeben. Welche Kraft wirkt auf den Hammer?
