Kurzquiz zum InLOT Szenario Fallschirmspringen
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1 InLoT Austria Für den Inhalt verantwortlich InLoT Ronald Binder u. Markus Fuger EU 1. Einleitung Bei folgendem Quiz werden dir Fragen aus dem Bereich Mechanik (insbesondere Beschleunigung) gestellt. Beantworte folgende Fragen mit Hilfe der dir zur Verfügung gestellten Unterlagen aus dem InLoT Projekt. 2. Quiz JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 2 2.1. Fallschirmsprung Die folgenden Fragen beziehen sich auf den InLoT Workshop InLoT in the sky bei dem Daten zum Fallschirmsprung gesammelt wurden. InLoT Austria InLoT EU 1. In dem Moment, in dem die Springer das Flugzeug verlassen wirkt welche Kraft auf sie? Zentripetalkraft Schwerkraft Luftwiderstand JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 3 2. Welche Kraft wird durch die zunehmende Geschwindigkeit gröÿer? Zentripetalkraft Schwerkraft Luftwiderstand InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 4 3. Von welchem Ausdruck hängt der Luftwiderstand nicht ab? Luftdichte Querschnittsäche der Springer Masse der Springer InLoT Austria InLoT 4. Bei Verdopplung der Geschwindigkeit wird der Luft- EU widerstand doppelt so groÿ. dreimal so groÿ. viermal so groÿ. 5. Bei Verdopplung des Widerstandsbeiwertes (cw ) wird der Luftwiderstand doppelt so groÿ. dreimal so groÿ. viermal so groÿ. JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 5 6. Wie verändert sich die Gesamtbeschleunigung während des Fallens bis zum Önen des Fallschirmes. Bleibt konstant. Nimmt zu. Nimmt ab. InLoT Austria InLoT 7. Die Springer erreichen die Höchstgeschwindigkeit, EU wenn die Schwerkraft und der Luftwiderstand gleich groÿ sind. die Schwerkraft geringer wird. das Graviationsfeld der Erde am gröÿten ist. JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 6 8. Berechne die theoretische Höchstgeschwindigkeit, wenn die Masse der beiden zusammen cw = 1, A = 1 m2 1, 2 kg/m3 ist. trägt, 150 kg be- und die Dichte der Luft 40 m/s 50 m/s 60 m/s InLoT Austria InLoT EU 9. Die Geschwindigkeit nimmt beim dem Önen des Fallschirmes ab, weil die Schwerkraft zu nimmt. sich der Luftwiderstand vergröÿert. plötzlich eine aerodynamische Auftriebskraft wirkt. JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 7 10. Schau dir das Video an und erkläre, warum es so scheint, dass die beiden Springer nach oben iegen würden: Der Kameramann iegt mit nahezu gleichbleibender Geschwindigkeit weiter. Daher scheint die Verzögerung im Vergleich zu seinem Bezugs- InLoT Austria InLoT EU system als Aufwärtsbewegung. Durch das Önen des Fallschirms entsteht ein Auftrieb, der die Springer nach oben zieht. (Bitte hier Klicken) JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 8 11. Beim Önen des Fallschirms wird der Luftwiderstand vergröÿert, weil die Luftdichte ansteigt. die Querschnittsäche erhöht wird. die Schwerkraft durch das Önen abnimmt. InLoT Austria InLoT 12. Beim gleichförmigen Sinken mit dem geöneten EU Fallschirm ist die Schwerkraft gröÿer als kleiner als gleich groÿ wie der Luftwiderstand. JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 9 13. Mit welcher Geschwindigkeit sinken die beiden Springer die letzten 1000 m? Die Gesamtmasse beträgt 1, 2 kg/m3 . Der Fallschirm bildet eine Halbkugel von 6 m Durchmesser und sein Widerstandbeiwert ist cw = 1, 4. 150 kg und die mittlere Luftdichte ist 29 km/h 19 km/h 25 km/h InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 10 2.2. Fragen zum Fallschirmsprung - Interpretieren des Graphen Versuche folgende Fragen mit Hilfe der nachstehenden Graphen vom Fallschirmsprung zu lösen. Geschwindigkeit InLoT Austria InLoT 6,68597 EU 0 -5 Velocity -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40,3762 167,315 170 175 180 185 190 195 Zeit 200 205 210 215 220 225 227,655 Beschleunigung 30,3499 28 26 24 22 Acceleration 20 18 16 JJ II J I 14 12 10 8 6 4 2 0,349854 163,369 170 175 180 185 190 195 200 Zeit 205 210 215 220 225 230 234,426 J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 11 14. Ab wann bleibt die Geschwindigkeit konstant? Ab der 5. Sekunde 15. Sekunde 35. Sekunde InLoT Austria InLoT 15. Welchen Wert hat sie? EU 35 m/s 65 m/s 90 m/s JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 12 16. Wie kannst du dir die kurze Beschleunigung am Ende des Fallschirmsprunges erklären? Sieh dir dafür ev. noch einmal das Video auf Seite 7 an!) InLoT Austria Der Bremsfallschirm, zieht beim Reiÿen der Leine den eigentlichen Fallschirm aus der Tasche InLoT des Springers und verliert so für kurze Zeit sei- EU ne Wirkung. Beim Aualten des Hauptfallschirmes entsteht bereits eine kurze Bremswirkung, der dann die eigentliche Abbremsung folgt. JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Abschnitt 2: Quiz 13 17. Welchen Wert hat die maximale Beschleunigung, die auf die Springer wirkt und wann tritt sie auf ? Sie beträgt 10 m/s2 (1g) und tritt beim Verlas- sen des Flugzeuges auf. Sie beträgt 30 m/s2 (3g) und tritt beim Önen InLoT des Fallschirmes auf. Sie beträgt 0 m/s 2 InLoT Austria EU und wirkt nur im ersten Moment des freien Falles. JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close 14 Lösungen der Aufgaben Lösung zu Aufgabe: Im ersten Moment des Falles wirkt auf den Fallschirmspringer nur die Schwerkraft, da im ersten Moment die Fallgeschwindigkeit noch ist. 0 m/s InLoT Austria Test beenden InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 15 Lösung zu Aufgabe: Von den wirkenden Kräften (Schwerkraft und Luftwiderstand) ist nur der Luftwiderstand von der Geschwindigkeit über den Zusammenhang FL = cw · A ρv2 InLoT 2 abhängig. Test beenden Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 16 Lösung zu Aufgabe: In der letzten Lösung wurde die Formel für den Luftwiderstand vorgestellt FL = cw · A ρv2 2 . Somit hängt dieser von der Form (cw -Wert), der Querschnittsäche (A), der Luftdichte (ρ) und der Geschwindigkeit (v ) ab. Er ist also unabhängig von der Masse InLoT Austria InLoT EU der Springer und somit ist Antwort 3 richtig. Test beenden JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 17 Lösung zu Aufgabe: Da die Geschwindigkeit quadratisch eingeht (FL = cw · A ρv2 2 ), folgt aus einer Ver- doppelung der Geschwindigkeit ein vier mal so groÿer Luftwiderstand. Test beenden InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 18 Lösung zu Aufgabe: Der Widerstandsbeiwert geht 2 FL = cw · A ρv2 Verdoppelung des cw Wertes nur linear in den Luftwiderstand ein und somit bewirkt eine einen doppelt so groÿen Luftwiderstand. Test beenden InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 19 Lösung zu Aufgabe: Da im Laufe der Fallens der Luftwiderstand durch die gröÿer werdende Geschwindigkeit immer gröÿer wird und der Schwerkraft entgegenwirkt nimmt die Gesamtbeschleunigung ab. Test beenden InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 20 Lösung zu Aufgabe: Im Laufe des Falles wird der Luftwiderstand immer gröÿer (da auch die Geschwindigkeit zunimmt) bis diese ein Gleichgewicht mit der Schwerkraft einstellt. Ab diesem Zeitpunkt wird die Geschwindigkeit nicht mehr gröÿer Test beenden InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 21 Lösung zu Aufgabe: Aus der letzten Frage ergibt sich die Tatsache, dass man die Scherkraft dem Luftwiderstand gleichsetzen kann. InLoT ρv 2 m · a = cw · A 2 Austria InLoT und durch Umformen folgt r v= EU 2m · a cw · A Einsetzen der angegebene Werte liefert einen Maximalwert von vmax = 50 m/s Test beenden JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 22 Lösung zu Aufgabe: Da mit fallender Höhe die Luftdichte zunimmt, steigt auch der damit verbundene Luftwiderstand und dadurch sinkt die Geschwindigkeit. Test beenden InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 23 Lösung zu Aufgabe: Das Wort gleichförmig, deutet bereits an, dass die Geschwindigkeit gleich bleiben soll. Das bedingt allerdings, dass keine zusätzliche Kraft wirken soll. Somit muss die Schwerkraft und der entgegengesetzt gerichtete Luftwiderstand gleich groÿ sein. Test beenden InLoT Austria InLoT EU JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close Lösungen der Aufgaben 24 Lösung zu Aufgabe: Man setzt zunächst einmal den Luftwiderstand und die Schwerkraft gleich: m · a = cw · A ρv 2 2 InLoT Austria und durch Umformen folgt daraus r v= InLoT 2m · a cw · A EU d 2 π (Quer2 schnittsäche der Halbkugel ist ein Kreis) folgt eine Einsetzen der angegebene Werte und konstante Sinkgeschwindigkeit von A= 29 km/h Test beenden JJ II J I J Dok Dok I Zurück Close
