10c - Themen fü r die Physikarbeit am 28.04.2014

10c - Themen für die Physikarbeit am
28.04.2014
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Formeln für die gleichförmige Bewegung
o s=v t
o v= const
o a= 0 m/s²
Formeln für die gleichmäßig beschleunigte Bewegung
o s=1/2 a t²
o v= a t
o a = const
o v² = 2 a s ( Kombination aus den Formeln zu s und v)
Herleitung der Formel v²=2 a s aus den Formeln
o s=1/2 a t²
o v= a t
Aufgaben zu den Bewegungsarten, z.B.
o Gegeben: Endgeschwindigkeit, Strecke; Gesucht: Beschleunigung
o Gegeben: Beschleunigung, Zeit; Gesucht: Strecke
o Gegeben Beschleunigung, Endgeschwindigkeit; Gesucht: Zeit
o ….
Formel der Dynamik, F = m * a (Kraft= Masse x Beschleunigung)
Aufgaben zur Dynamik (Kombination ALLER Formeln!) , z.B.
o Gegeben: Masse, Beschleunigung; Gesucht: Kraft
o Gegeben: Masse, Kraft, Strecke; Gesucht: Endgeschwindigkeit und Zeit
o …
Wirkung von Kräften
o Beschleunigung, falls Kraftrichtung gleich Bewegungsrichtung
o Verzögerung, falls Kraftrichtung und Bewegungsrichtung entgegengesetzt
o Richtungsänderung, falls Kraftrichtung und Bewegungsrichtung senkrecht zueinander
o [Verformung]
Kreisbewegung und Zentripetalkraft
o Mehrere unterschiedliche Beispiele zur Kreisbewegung angeben können und nennen
können, wodurch die Zentripetalkraft aufgebracht wird
 Mond dreht sich um die Erde, Zentripetalkraft auf Mond: Anziehung durch
Erde, da sich Massen anziehen
 Ball wird am Seil im Kreis geschleudert. Zentripetalkraft: wird durch den
„Ballschleuderer“ über das Seil auf den Ball ausgeübt in Form einer
„Zugkraft“.
 Auto fährt einen Kreis. Zentripetalkraft: Asphalt übt Kraft auf Reifen aus in
Richtung Kreismittelpunkt. Diese Kraft ist kleiner oder gleich der maximal
möglichen Haftkraft zwischen Reifen und Asphalt. Bei nasser Fahrbahn ist
die maximale Haftkraft geringer und damit auch die mögliche
Zentripetalkraft  die Geschwindigkeit muss reduziert werden, da man
sonst aus der Kurve fliegt.
 Fahrt in einem Karussell, z.B. Musikexpress. Zentripetalkraft: die Außenwand
drückt den Fahrgast in Richtung Mittelpunkt der Kreisdrehung.
o Bezugssysteme unterscheiden, in denen eine Drehung beschrieben werden kann.
 Laborsystem (wird nicht beschleunigt, dreht sich nicht)
o
o
o
o
o
 Drehsystem (beschleunigt, da es sich mitdreht)
Ein Körper dreht sich im Kreis (z.B. Kind im Karussell)
 Im Laborsystem dreht sich das Kind im Kreis (die Mutter am Rand sieht das
so), ein mögliches Koordinatensystem hat im Mittelpunkt der Kreisdrehung
seinen Ursprung und dreht sich NICHT, sondern ist fest mit dem Untergrund
„verbunden“
 Im „Drehsystem“ ist das Kind ortsfest (das Kind sieht das so), ein mögliches
Koordinatensystem hat seinen auch im Mittelpunkt der Kreisdrehung seinen
Ursprung. Es dreht aber mit dem Karussell mit. In diesem
Koordinatensystem ist das Kind ortsfest! KLAR???
Wo wirken „Zentripetalkraft“ und die Scheinkraft „Zentrifugalkraft“
 Die Zentripetalkraft bewirkt bei der Kreisbewegung die Richtungsänderung.
Sie wirkt im Laborsystem, im Drehsystem, als auch in ALLEN anderen
Bezugssystemen
 Die Zentrifugalkraft ist eine Scheinkraft. Sie „wirkt“ nur, wenn man die
Drehung im Drehsystem beschreibt. Sie ist genauso groß wie die
Zentripetalkraft, wirkt aber nach „außen“, also in die entgegengesetzte
Richtung wie die Zentripetalkraft
Wovon ist die Zentripetalkraft abhängig?
 Masse
 Geschwindigkeit
 Radius des Kreises
Formel der Zentripetalkraft: F = m v² / r
Experiment zur Zentripetalkraft auswerten (NOCH EINMAL DURCHFÜHREN!! Siehe
Arbeitsblatt)
 Gegeben: Masse und Radius konstant, Geschwindigkeit wird verändert,
Kraft wird gemessen
 Messwerttabelle: Geschwindigkeit und Kraft
 Diagramm zeichnen (Geschwindigkeit nach rechts, Kraft nach oben)
 Diagramm auswerten (es ist eine Parabel zu vermuten, die nach oben
geöffnet ist und ihren Scheitelpunkt im Ursprung hat)
 Vermutung: F ist proportional zu v²
 Vermutung: F = α v², α ist der Proportionalitätsfaktor
 Um die Vermutung zu überprüfen, wird die Messwerttabelle erweitert um
die Spalte α = F/v². Wenn die Werte in dieser Spalte näherungsweise gleich
sind, wird die Formel richtig sein!
 Welche Einheit hat der Proportionalitätsfaktor α?
 Die Einheit lässt sich anhand der Formel bestimmen: α=F/v², also
N*s²/m² = kg*m/s² * s²/m² = kg / m (NACHRECHNEN!!!). Die Einheit
lautet also kg / m (Kilogramm durch Meter!)
 Der Proportionalitätsfaktor wird sich wohl aus den festen Werten
für die Masse und den Radius ergeben. Was für eine Überraschung!
;-)
 Vermutung: α= m / r (Masse durch Radius)
 Überprüfung der Vermutung: Masse durch Radius teilen und schauen, ob das
Ergebnis mit den Werten für α in etwa übereinstimmt.
 ERGEBNIS: Die Formel: F = m v² /r oder anders geschrieben: F= (m/r) v²