Lösung - LEIFI Physik

1. Schulaufgabe aus der Physik - Lösung
Dezember 2008 - zur Verfügung gestellt von Frank Fritsche
Aufgabe 1: Grundwissen Kräfte (ca. 5 BE)
Jeder Körper bleibt im Zustand der Ruhe oder der geradlinigen Bewegung mit konstanter
Geschwindigkeit, solange er nicht durch Kräfte von außen gezwungen wird, den Zustand zu ändern.
Beispiel: (individuelle Lösung)
Eine Kugel befindet sich auf einem Wagen, der auf ein Hindernis mit der Geschwindigkeit v auffährt. Da
auf die Kugel „keine“ Kraft wirkt, bewegt sie sich geradlinig weiter, d.h. sie rollt nach „vorne“
(Anschnallpflicht!).
Aufgabe 2: Kraftwandler - Goldene Regel der Mechanik (ca. 5 BE)
• Was man an Kraft spart, muss man an Weg zulegen. oder
• Was man an Weg spart muss man an Kraft zulegen. oder
• Das Produkt aus Kraft und Weg bleibt stets gleich groß!
Beispiel: Schiefe Ebene
Hebt man ein Fass direkt hoch, so benötigt man mehr Kraft, aber einen kürzeren Weg, als wenn man das
Fass über eine Rampe nach oben befördert.
Dabei gilt: Fs·s = FG·h
Aufgabe 3: Energiearten und Energieumwandlung (ca. 10 BE)
a) In 1 besitzt der Sportler vorwiegend kinetische Energie (der Ausgangspunkt für die Berechnung der
Höhenenergie wird in den Schwerpunkt der Person gelegt). Diese kinetische Energie wird bis zum
Punkt 2 im wesentlichen in Spannenergie des Stabes und in Höhenenergie des Sportlers verwandelt.
Zudem besitzt er in 2 auch noch kinetische Energie, die aber wesentlich geringer als bei 1 ist.
Die bei 2 vorhandene Spannenergie des Stabes, sowie die dort noch vorhandene kinetische Energie
wird im wesentlichen in Höhenenergie des Sportlers gewandelt. Die kinetische Energie in 3 kann fast
vernachlässigt werden.
b) Berechnung der Hubhöhe des Schwerpunkts mit Hilfe des Energiesatzes:
Der Sportler kann mit seinem Schwerpunkt eine Höhe von 4,1 m + 1,1 m = 5,2 m erreichen.
Aufgabe 4: Leistung (ca. 11 BE)
a)
b) Physikalisch verrichten beide NICHT dieselbe Leistung, da sie zwar in der gleichen Zeit die
Höhendifferenz ∆h = 5 m überwinden, jedoch verrichtet Gerd mehr (physikalische) Arbeit, da er mehr
Masse besitzt.