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Mechanik 10
Newtonsche Gesetze der Dynamik
1. Entscheide, ob die Aussagen richtig oder falsch sind. Wenn du denkst, es handelt
sich um eine falsche Aussage, dann berichtige sie.
Aussage
richtig
falsch
Die Aussage müsste richtig heißen:
Ist die resultierende Kraft auf einen
Körper gleich Null, so befindet sich
der Körper in Ruhe oder gleichförmiger, geradliniger Bewegung.
Je schwerer die Ladung eines
LKWs, umso größer ist seine
Beschleunigung.
Wirken mehrere Kräfte, die sich
aufheben, auf einen Körper, so
befindet er sich in Ruhe oder
bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit.
U
A
Wenn ein Körper beschleunigt,
besteht kein Kräftegleichgewicht.
H
C
2. Ordne die drei Grundgesetze der Dynamik zu. Verbinde.
Der Fußballer schießt den Ball in das Tor.
S
R
Trägheitsgesetz
Wechselwirkungsgesetz
Newtonsche Grundgesetz
O
V
Beim Anfahren eines LKWs rutscht die
Ladung herunter.
Das Auto mit dem größeren Motor fährt an
der Kreuzung schneller an.
Ein aufgeblasener Luftballon wird losgelassen und fliegt durch den Raum.
Die Decke unter einem Teller wird so
schnell weggezogen, dass der Teller
stehen bleibt.
3. Was wäre, wenn … Begründe deine Antworten.
a) … Wellensittiche passende Sauerstoffmasken tragen. Könnten sie dann durch einen
luftleeren Raum fliegen?
b) … Sprinter Spezialschuhe mit einer extra glatten reibungsfreien Sohle anziehen.
Würden sie dann jeden Wettkampf gewinnen?
c) … Schnecken an ihrem Fuß Spikes hätten. Wären sie dann schneller?
Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 10
© Persen Verlag
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1
Mechanik 10
Arbeit und Energie
1. Vervollständige.
Wird ein Karton von unten in ein Regal gehoben, so wird _________________ verrichtet.
Der Karton besitzt dann _________________ Energie. Fällt der Karton herunter, nimmt
seine _______________ Energie zu, die ______________ Energie ab.
2. Im Heide-Park Soltau eröffnete im Jahre 2001 die damals größte Holzachterbahn der
Welt. Aus einer Höhe von 48,5 m fahren bis zu 30 Personen in einem Zug die Bahn
fast senkrecht nach unten.
U
A
H
C
a) Welche potenzielle Energie besitzt der Zug, wenn der Zug inklusive Fahrgäste eine
Masse von 8 500 kg besitzt?
b) Welche Geschwindigkeit erreicht der Zug, wenn das Gefälle und die Reibung unberücksichtigt bleiben?
S
R
O
V
3. Um das Verhalten eines Fahrzeugs, seiner Insassen und der Ladung zu untersuchen, führt die Automobilindustrie Crashtests durch. Das Fahrzeug wird dazu auf
beschleunigt und prallt dann frontal gegen eine Barriere.
64 km
h
a) Mit welcher kinetischen Energie prallt das Fahrzeug (1150 kg) auf die Barriere?
b) Einem Sturz aus welcher Höhe entspricht dieser Aufprall?
c) Maximilian behauptet, dass die berechnete Höhe für leichte und schwere Fahrzeuge
gleich ist. Was sagst du dazu? Begründe deine Aussage.
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Mechanik 10
5. Der Turm der Großen Olympiaschanze in Garmisch-Partenkirchen hat eine Höhe von
60,4 m.
a) Welche potenzielle Energie besitzt ein Skispringer mit einer Masse von 84 kg?
b) Wie groß ist die Geschwindigkeit, mit der er vom Schanzentisch abspringt?
(Die Neigung, die Reibung und der Luftwiderstand bleiben unberücksichtigt.)
6. Veröffentlichte Nachricht in einer regionalen Zeitung.
U
A
25.11.2012, Sao Paulo
Formel 1 – Großer Preis von Brasilien
Am Wochenende endete die Saison mit einem spannenden Finale. Die Fahrer fuhren 71 Runden à 4309 m. Den Sieg bei
diesem Rennen holte sich Jenson Button. Er beschleunigte in
11,3 Sekunden von 0 auf 300 km/h. Seine Höchstgeschwindigkeit betrug 303 km/h. Den Weltmeistertitel konnte sich jedoch
Sebastian Vettel zum dritten Mal sichern.
H
C
S
R
a) Wie groß war seine Beschleunigung?
b) Wie groß war die Kraft beim Anfahren, wenn sein vollgetanktes Auto mit Fahrer eine
Masse von ca. 700 kg hatte?
O
V
c) Wie groß ist die Energie des Ferraris bei der Höchstgeschwindigkeit?
d) Einem Sturz aus welcher Höhe entspricht dies?
Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 10
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Lösungen/Physik – Mechanik 10
Newtonsche Gesetze der Dynamik
1.
S. 1
Aussage
richtig falsch Die Aussage müsste richtig heißen:
Ist die resultierende Kraft auf einen Körper gleich
Null, so befindet sich der Körper in Ruhe oder
gleichförmiger, geradliniger Bewegung.
X
Je schwerer die Ladung eines LKWs, umso
größer ist seine Beschleunigung.
X
Wirken mehrere Kräfte, die sich aufheben, auf
einen Körper, so befindet er sich in Ruhe oder
bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit.
X
Wenn ein Körper beschleunigt, besteht kein
Kräftegleichgewicht.
X
2.
Je schwerer die Ladung eines LKWs, umso kleiner ist
seine Beschleunigung.
Der Fußballer schießt den Ball in das Tor.
Beim Anfahren eines LKWs rutscht die Ladung herunter.
Das Auto mit dem größeren Motor fährt an der Kreuzung
schneller an.
Trägheitsgesetz
U
A
Wechselwirkungsgesetz
Ein aufgeblasener Luftballon wird losgelassen und fliegt
durch den Raum.
Newtonsche Grundgesetz
Die Decke unter einem Teller wird so schnell weggezogen,
dass der Teller stehen bleibt.
3.
a) Die Wellensittiche könnten nicht durch einen luftleeren Raum fliegen. Es fehlt zu der von den Flügeln ausgehenden
Kraft eine Gegenkraft.
H
C
b) Mit glatten Sohlen verringert sich die Reibung. Dies könnte zum Vorteil sein, wenn die Sprinter über eine glatte Oberfläche gleiten wollen. Während eines Sprintlaufs müssen sie sich jedoch von dem Untergrund abstoßen. Durch den
Halt, den die Sohlen mit Profil bieten, wirkt eine zu ihrer Beinkraft entgegengesetzt gerichtete Kraft.
c)
Mit Spikes an der Sohle könnte die Kraft der Schnecke auf den Untergrund wirken. Die gleich große entgegengesetzt
gerichtete Kraft wirkt dann auf die Schnecke, sodass sie sich schneller fortbewegen kann.
m
;
s2
S
R
4.
F = m · a; F = 700 kg · 4
5.
Die Kraft der Ruderblätter wirkt zum Heck des Bootes (nach hinten). Nach dem Wechselwirkungsgesetz wirkt eine gleich
große Kraft dann nach vorn zum Bug. Das Boot bewegt sich nach vorn.
6.
a) Der Probekörper auf dem Wagen fällt beim plötzlichen Abbremsen des Wagens nach vorn. Aufgrund seiner Trägheit
kann er sich der plötzlichen Bewegungsänderung nicht anpassen und setzt die Bewegung nach vorn fort – Trägheitsgesetz.
F = 2 800 N
O
V
b) Fahre immer mit einem Gurt angeschnallt.
Stelle deine Taschen immer auf den hinteren Sitz.
c)
Die Neigung der Ebene beeinflusst die Größe der Beschleunigung. Man kann das Experiment mit verschiedenen
Neigungswinkeln wiederholen und jeweils die Bewegung des Probekörpers beobachten.
Arbeit und Energie
S. 3
1.
Wird ein Karton von unten in ein Regal gehoben, so wird Hubarbeit verrichtet. Der Karton besitzt dann potenzielle Energie. Fällt der Karton herunter, nimmt seine kinetische Energie zu, die potenzielle Energie ab.
2.
a) Epot = m · g · h; Epot = 8 500 kg · 9,81
b) v = 2 · g · h = 2 · 9,81
3.
N
kg
N
kg
· 48,5 m; Epot = 4 044,2 kJ
· 48,5 m; v = 30,8 ms = 111 km
h
a) Ekin = 12 · m · v2; Ekin = 12 · 1 150 kg · 17,782
b) Epot = Ekin; 181,7 kJ = 1 150 kg · 9,81
c)
N
kg
m2
;
s2
Ekin = 181,7 kJ
· h; h =
181,7 kJ
1 150 kg · 9,81
N
kg
; h = 16,1 m
Setzt man Epot und Ekin gleich, kürzt sich die Masse heraus.
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Lösungen/Physik – Mechanik 10
Lernzielkontrolle
S. 4
1.
Ein fliegender Schneeball
potenzielle Energie
Geröllberge im Hochgebirge
kinetische Energie
Heißer Dampf, der in eine Turbine strömt
Kokosnuss an einer Palme
2.
Zu Beginn, weit oben, besitzt die Lawine eine große potenzielle Energie. Wenn sie sich nach unten bewegt, wird die
potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Die potenzielle Energie nimmt ab, die kinetische Energie zu.
3.
a) Schnalle Gepäck zum sicheren Transport an.
Stelle deine Kopfstützen auf die richtige Höhe ein.
b) individuelle Antworten
4.
Die Geschwindigkeiten sind gleich groß.
5.
a) Epot = m · g · h; Epot = 84 kg · 9,81
N
kg
· 60,4 m; Epot = 49,8 kJ
N
· 60,4 m; v = 34,4 ms = 123,9 km
b) v = 2 · g · h = 2 · 9,81 kg
h
6.
a) a = vt ; a =
m
s
;
11,3 s
83,3
a = 7,37
b) F = m · a; F = 700 kg · 7,37
c)
1
2
Ekin = · m · v2; Ekin =
1
2
m
;
s2
F = 5 162,2 N
· 700kg · 84,16
m2
;
s2
Ekin = 2 479 kJ
H
C
2
d) h =
v2
;
2·g
h=
m
s2
;
N
2 · 9,81
kg
84,16
U
A
m
s2
h = 361 m
S
R
O
V
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