5. Kontrolle Physik Klasse 9 31.5.2012 1. Erklären Sie

5. Kontrolle Physik Klasse 9
31.5.2012
1. Erklären Sie mit Hilfe eines Newtonschen Gesetztes, warum beim Anfahren einer
Straßenbahn die Fahrgäste, die sich nicht festhalten oder keinen sicheren Stand haben,
umfallen können. (3)
In welche Richtung fallen die Fahrgäste beim Anfahren? (1)
a) In Richtung der anfahrenden Bahn
b) Entgegen der Richtung der anfahrenden Bahn
c) Das hängt davon ab, wie sie stehen.
2. „Ein in Bewegung befindlicher Körper hört auf in seiner Bewegung, wenn die Kraft, die ihn
voran stößt, ihre Wirkung beendet.“(ARISTOTELES)
Beurteilen Sie die Richtigkeit dieses Satzes. Begründen Sie Ihr Urteil. (3)
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. Ein Auto mit der Masse 900 kg wird auf einer Strecke von 50 m durch die konstante Kraft
900 N bis zum Stillstand abgebremst. Wie groß war die Anfangsgeschwindigkeit? (6)
5.
Erklären Sie mit Hilfe eines Newtonschen Gesetzes, warum die oben gezeigte Pannenhilfe
nicht funktionieren kann. (3)
Lösungen
1. Trägheitsgesetz: Wirkt auf einen Körper keine Kraft, bleibt er im Zustand er Ruhe
oder gleichförmigen Bewegung.
Erklärung: nicht Festhalten = fast keine Kraftübertragung zwischen Straßenbahn und
Fahrgast -> Fahrgast bleibt in Ruhe und Straßenbahn fährt unter ihm weg.
b) Entgegen der Richtung der anfahrenden Bahn
2. Der Satz ist falsch. Er widerspricht dem Trägheitsgesetz.
Die Erfahrung lehrt zwar, dass auf der Erde jeder Körper anhält, wenn die treibende
Kraft aufhört, es muss dabei aber die Reibung berücksichtigt werden. Wirkt keine
Reibung wie z.B. bei Raumschiffen im Weltall und die Triebwerke werden abgestellt,
bewegt sich das Raumschiff mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Diese Bewegung
führt es solange aus, bis wieder irgendeine Kraft wirkt. Das kann Jahrtausende
dauern wie z.B. bei den amerikanischen Planetensonden Pioneer, die unser
Planetensystem verlassen haben und ohne Antrieb in den Weltraum fliegen.
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.:
ges.:
m = 900 kg
s = 50 m
∆v
F = 900 N
Lösung:
Da die Kraft konstant wirkt, ist es eine gleichmäßig negativ
beschleunigte Bewegung. Die Bremsbeschleunigung berechnet sich
mit dem Newtonschen Grundgesetz:
F = m⋅a
F
a=
m
900 N
a=
900 kg
a = 1 m2
s
Damit lässt sich die Anfanggeschwindigkeit berechnen:
∆v
t
∆v = a ⋅ t
a=
Über die Bremszeit ist in der Aufgabe keine Aussage gemacht. Man
erhält sie über den Weg:
a 2
⋅t
2
2⋅s
t2 =
a
s=
Einsetzten und ausrechnen:
∆v 2 = a 2 ⋅ t 2
2⋅s
∆v 2 = a 2 ⋅
a
∆v 2 = a ⋅ 2 ⋅ s
∆v = 2 ⋅ s ⋅ a
∆v = 2 ⋅ 50 m ⋅ 1 m2
s
∆v = 10
m
s
∆v = 36 km
h
Antwort:
Das Auto hatte eine Anfangsgeschwindigkeit von 36 km/h.
5. Das Newtonsche Gesetz ist das Wechselwirkungsgesetz: Eine Kraft wirkt immer
zwischen mindestens zwei Körpern. Auf beide Körper wirkt die gleich große, aber
entgegengesetzt gerichtete Kraft.
Der eine Körper ist das Auto. da hinten die Räder fehlen, muss eine Kraft nach oben
wirken. Diese wird von dem Kran aufgebracht, auf den dann eine Kraft nach unten
wirkt. Da der Kran aber auf dem Auto befestigt ist, wirkt auf das Auto ebenfalls eine
Kraft nach unten. Die ist genau so groß wie die Kraft des Kranes nach oben. Beide
Kräfte heben sich auf.