Wichtiges Grundwissen aus der 8. Klasse - Rasch-Web

Grundkenntnisse Physik der Jahrgangsstufe 8 (G9)
Formel / Gesetz
Einheiten
s
t
v=
1
f =
T
1
[ f] =
s
=
n
t
= Hz
FG = m ⋅ g
[ F ] = 1N
[ m ] = kg
Physikalische Größen
Einfache Aufgabe
Geschwindigkeit v
zurückgelegter Weg
benötigte Zeit t
Ein PKW fährt mit 65 km/h.
Wie lange braucht er für 14 km?
s
Frequenz f
Schwingungsdauer T
Anzahl n der Schwingungen
und dafür benötigte Zeit t
Hunde haben eine obere Hörgrenze bei der
Schwingungsdauer 0,017 ms.
Welcher Frequenz in kHz entspricht das?
Gewichtskraft FG
Masse m
Welche Gewichtskraft gehört zur Masse einer Tafel
Schokolade (100g)?
Welche Masse gehört zu einer Gewichtskraft von
0,69 kN?
Ortsfaktor g = 9, 81
N
kg
Hookesches Gesetz
Kraft F an Feder und Dehnung s
der Feder sind zueinander
proportional.
Federkonstante D
Hängt man an eine Feder ein Massestück von 50g,
so wird sie um 3,2cm gedehnt.
Wie groß ist die Federhärte?
Welche Dehnung verursacht eine Kraft von 2,5N?
Drehmoment M,
Kraft F, Hebelarm a
Im Gleichgewicht gilt das
Hebelgesetz
Entwerfe ein Mobile mit zwei masselosen
Strohhalmen geeigneter Länge, masselosen Fäden
und den drei Massen 20g, 30g
und 40g.
Kräfteaddition
Zwei Kräfte, die an einem Punkt
angreifen, werden vektoriell
addiert.
(Kräfteparallelogramm)
Welchen Winkel müssen zwei Kräfte mit den
Beträgen 5,0N und 6,0N zueinander einnehmen,
so dass die resultierende Kraft genau 4,0N
beträgt? (Zeichnerische Lösung!)
Kräftezerlegung
z.B.
Schiefe
Ebene
Eine Kraft kann man mit Hilfe
eines Kräfteparallelogramms in
Ersatzkräfte zerlegen.
FH Hangabtriebskraft
FN Normalkraft
Wie groß ist die Hangabtriebskraft eines PKW
(1,2 t) an einer Straße der Steigung von 8,0% ?
(Zeichnerische Lösung!)
Dichte ρ
Masse m, Volumen V
Die Dichte von Sand beträgt 1,5 kg/dm3.
Wie viele m3 Sand darf man auf einen Güterwagen
mit der maximalen Zuladung von 10t aufladen?
Druck p
Fläche A und Kraft F (senkrecht
zu dieser Fläche)
1 mbar = 1 hPa
Das Gas in einer Taucherflasche steht unter einem
Druck von 200 bar.
Welche Kraft wirkt auf die 360 cm2
große Bodenfläche der Flasche?
Schweredruck ps in der Tiefe h
einer Flüssigkeit (eines Gases) der
Dichte ρ
(Ortsfaktor g)
Der normale Luftdruck beträgt 1013 hPa.
Welcher Druck herrscht am Boden eines
Schwimmbeckens der Tiefe 2,80m?
Auftriebskraft FA in einer
Flüssigkeit (bzw. in einem Gas)
entspricht der Gewichtskraft der
verdrängten Flüssigkeit FFl .
Die Dichte von Meerwasser beträgt 1,03 g/cm3,
die von Eis dagegen 0,917 g/cm3.
Welcher (Volumen-)Prozentsatz eines Eisberges
ragt aus dem Wasser?
F s
F = D⋅s
M = F ⋅a
Hebelgesetz
Ml = Mr
F1 + F2 = Fres
FG = FH + FN
m
ρ =
V
F
p =
[ p] =
A
N
m
2
= Pa
ps = ρ ⋅ g ⋅ h
FA = FFl
G.R.
Lösungen:
Ein PKW fährt mit 65 km/h. Wie lange braucht er für 14 km?
∆s
∆s
14 km
14 km ⋅ h 14 ⋅ 60 min
v=
v ⋅ ∆t = ∆s
∆t =
=
=
=
= 12, 92... min ≈ 13 min
km
v
65 km
65
∆t
65
h
Hunde haben eine obere Hörgrenze bei der Schwingungsdauer 0,017 ms.
Welcher Frequenz in kHz entspricht das?
1
1
1
1
f =
=
=
= 58823, 5... ≈ 59 kHz
T
0, 017 ms
0, 017 ⋅ 0, 001 s
s
Welche Gewichtskraft gehört zur Masse einer Tafel Schokolade (100g)?
N
FG = m ⋅ g = 0,100 kg ⋅ 9, 81
= 0, 981 N
kg
Welche Masse gehört zu einer Gewichtskraft von 0,69 kN?
F
0, 69 kN
690 N ⋅ kg
FG = m ⋅ g m = G =
=
= 70, 3... kg ≈ 70 kg
N
g
9, 81 N
9, 81
kg
Hängt man an eine Feder ein Massestück von 50g, so wird sie um 3,2cm gedehnt.
Wie groß ist die Federhärte? Welche Dehnung verursacht eine Kraft von 2,5N?
N
F
0, 49 N
N
N
F = FG = m ⋅ g = 0, 050 kg ⋅ 9, 81
= 0, 49 N ; F = D ⋅ s
D =
=
= 0,15
= 15
kg
s
3, 2 cm
cm
m
F = D⋅s
s =
F
D
=
2, 5 N
0,15
N
= 16, 6... cm ≈ 17 cm
cm
Entwerfe ein Mobile mit zwei masselosen Strohhalmen
geeigneter Länge, masselosen Fäden und den drei
Massen 20g, 30g und 40g.
Es gibt viele unterschiedliche Lösungen!
00000
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00000
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20g
30g
40g
Welchen Winkel müssen zwei Kräfte mit
den Beträgen 5,0N und 6,0N zueinander
einnehmen, so dass die resultierende Kraft
genau 4,0N beträgt?
Maßstab in der Zeichnung: 1,0 cm
2,0 N
4,0 N
5,0N
6,0 N
139 °
FH
Wie groß ist die Hangabtriebskraft
eines PKW (1,2 t) an einer Straße
der Steigung von 8,0% ?
10
Maßstab in der Zeichnung:
2,0 kN
1,0 cm
FG = m ⋅ g = 1200 kg ⋅ 9, 81
also gilt 11,8 kN
FH
1,0 kN
0,8
N
kg
≈ 11, 8 kN
Fg
5,9cm
FN
0,5 cm
(Genauer:
0,47 cm)
FH 0,94 kN
Die Dichte von Sand beträgt 1,5 kg/dm3.
Wie viele m3 Sand darf man auf einen Güterwagen mit der maximalen Zuladung von 10t aufladen?
m
m 10000 kg
3
3
ρ =
V =
=
= 6666, 6... dm ≈ 6, 7 m
kg
ρ
V
1, 5
3
dm
Das Gas in einer Taucherflasche steht unter einem Druck von 200 bar.
Welche Kraft wirkt auf die 360 cm2 große Bodenfläche der Flasche?
N
1 mbar = 1 hPa = 100 Pa d.h. 1,0 bar = 100 000 Pa = 100 000 2
m
F
N
2
2
p=
F = p ⋅ A = 200 bar ⋅ 360 cm = 200 ⋅ 100000 2 ⋅ 0, 0360 m = 720 kN
A
m
Der normale Luftdruck beträgt 1013 hPa.
Welcher Druck herrscht am Boden eines Schwimmbeckens der Tiefe 2,80m?
kg
N
9, 81 N ⋅ 28 dm
N
275 N
ps = ρ ⋅ g ⋅ h = 1, 0 3 ⋅ 9, 81 ⋅ 2, 8 m =
≈ 275 2 =
= 0, 275 bar
3
2
dm
kg
dm
dm
0, 01 m
pam Boden = ps + pLuft = 0, 275 bar + 1013 hPa = 275 hPa + 1013 hPa = 1288 hPa
Die Dichte von Meerwasser beträgt 1,03 g/cm3, die von Eis dagegen 0,917 g/cm3.
Welcher (Volumen-)Prozentsatz eines Eisberges ragt aus dem Wasser?
kg
3
1,00 m3 Eis hat die Masse m = ρ ⋅ V = 0, 917
⋅ 1000 dm = 917 kg .
3
dm
m
917 kg
3
917 kg Meerwasser haben das Volumen V =
=
= 890 dm .
kg
ρ
1, 03 3
dm
1,00 m3 = 1000 dm3 Eis verdrängen daher nur 890 dm3, d.h. 110 dm3 ragen aus dem Meerwasser heraus.
110 dm
3
1000 dm
3
= 0,110 = 11% des Eisbergvolumens ragen also aus dem Meerwasser.