Kräfte - Persen
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DOWNLOAD Nabil Gad Mechanik: Kräfte Downloadauszug aus dem Originaltitel: Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im eigenen Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen schulweiten Einsatz und Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte (einschließlich aber nicht beschränkt auf Kollegen), für die Veröffentlichung im Internet oder in (Schul-)Intranets oder einen weiteren kommerziellen Gebrauch. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Verstöße gegen diese Lizenzbedingungen werden strafrechtlich verfo verfolgt. Kräfte messen (1) Kräfte Aufgabe 1 Peter und Hans wollen mithilfe eines Expanders ihre Muskelkraft miteinander vergleichen. Beschreibe, wie man den Expander als Messgerät nutzen kann, um ihre Kräfte miteinander zu vergleichen. Aufgabe 2 Hänge an eine Feder verschiedene Massen. ssen. a) Was kannst du beobachten? en? Je größer die _____________, stärker wird _______, umso st die Fed Feder ______________________. __________ ___ b) Trage die M Messwerte in eine Tabelle ein. n. Masse des Körpers er Feder in cm Dehnung der n Zusam c) Welchen Zusammenhang kannst du zwischen der Masse des Körpers und der Dehnung der Feder feststellen? Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 1 Kräfte Kräfte messen (2) Aufgabe 1 a) Wie nennt man die Kraft, die dafür sorgt, dass sich die Feder des benachbart abgebildeten Messgerätes dehnt? 4N 3N 2N 1N b) Wovon ist die in a) gesuchte Kraft abhängig? c) Beim hier abgebildeten Messgerät handelt es sic sich um einen ____________________________, mit dem in m man die ____________________________ _______ der Einheit ____________________________ messen kann. D Dabei entspricht eine ______ mes en ka e Masse von etwa ________ g einem Newton. wto Aufgabe 2 dazugehörende Notiere die da zugehörend Gewichtskraft. Masse asse m 50 g 150 g 1000 g 4,5 kg Gewichtskraft FG Aufgabe e3 Markiere die richtige(n) Aussage(n). e richtige ☐ Auf dem Mond haben 100 g eine Gewichtskraft von 1 N. ☐ Auf dem Mond haben 100 g eine Gewichtskraft von weniger als 1 N. ☐ Auf dem Mond haben 100 g eine Gewichtskraft von mehr als 1 N. ☐ Die Mondanziehungskraft ist etwa 6 mal kleiner als die Erdanziehungskraft. Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 2 Kräfte Wirkungen von Kräften Kräfte erkennt man an ihren Wirkungen Wirkt eine Kraft auf einen Körper, kann dieser _____________________ oder ________________ werden, seine __________________________ ändern oder ________________ werden. Bei Verformungen unterscheidet man zwischen plastischer und einer elastischer Verformung. Bei _____________________ Verformung geht der Körper in seinem Ursprungszustand zurück, sobald die Kraft auf ihn nicht mehr einwirkt. Bei _____________________ Verformung hingegen bleibt der Körper auch dann n weiterhin verformt, wenn die Kraft nicht mehr auf ihn einwirkt. Aufgabe 1 Markiere, ob es sich um eine elastische Verformung (PV) erformun (EV) oder um eine plastische Verformung (P V) handelt. ☐ EV ☐ PV ☐ EV ☐ PV ☐ EV ☐ PV ☐ EV ☐ PV Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 3 Kräfte Kräfteaddition Aufgabe 1 Zeichnerisch stellt man Kräfte in Form von Pfeilen dar. Je länger der Pfeil, umso ________________ ist die Kraft. Die Wirkung einer Kraft hängt von folgenden drei Merkmalen ab. _______________________________ _______________________________ _______________________________ Aufgabe 2 Zwei Hunde ziehen einen Schlitten. Der rechte Hund zieht 170 N, wohingegen der andere Hund nur 110 N zieht. Was wird passieren? Aufgabe 3 Aufga Wirken rken zwei _________________ F1 und F2 in unterschied unterschiedlicher dlich Richtung (jedoch nicht entgegengesetzt), lässt sich die gegenge so lä _______________________________ _________ ____ FR durch die Konstruktion eines Kräfteparallelogrammes ermitteln. ftepara elogrammes erm Die beiden _________________ an dem Angriffspunkt ergeben ________ F2 FR F1 die beiden Seite Seiten des Parallelogramms, die in unterschiedliche Richtungen zeigen. Parallel zu diesen beiden Kräften konstruiert man jeweils die anderen _________________ des Parallelogramms. Die resultierende Kraft ist dann die _________________ des Parallelogramms, die vom Angriffspunkt ausgeht. Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 4 Kräfte Resultierende Kraft Aufgabe 1 Gruppe A FA Gruppe B FB a) Wirken zwei gleich große Kräfte in entgegengesetzter geset Richtung, spricht ma man von einem Kräfteäftegleichgewicht. Angenommen die Gesamtkraft FA vo von Gruppe A w wäre genau so groß wie die e Gesamtkraft FB der Gruppe B. Was könnte nte man beim Tauziehen beobachten? b) Handelt e es sich bei dem hier abgebildeten Beispiel Kräftegleichgewicht? Begründe. el um ein Kräftegleic c) Ermittle die Kräfte FA und d FB. Da Dabei gilt: 1 cm ≙ 100 N. h die resultierende Kraft. d) Ermittle zeichner zeichnerisch e) Welche Beträge könnten die Kräfte der Personen in Gruppe A (F1, F2, F3, F4) und in Gruppe B (F5, F6, F7, F8) haben. f) Zeichne die Kräfte F1 bis F8 ins obige Bild ein. Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 5 Kräfte Reibungskraft (1) Aufgabe 1 a) Ziehe langsam, gleichmäßig und vorsichtig an dem Kraftmessgerät, bis sich der Klotz in Bewegung setzt. Behalte dabei den Kraftmesser im Auge. Welche Beobachtung kannst du machen? b) Erkläre den Unterschied zwischen Haftreibungskraft und Gleitreibungskraft. c) Erhöhe nun die Anpresskraft FA , indem m du verschiedene verschiedene Massestücke auf den Klotz stellst. Halte in der nachfolgenden deine Messergebnisse M enden Tabelle fest. Die Anpresskraft ist die Kraft, mit denen zwei Körper (hier Klotz und Tisc Tischplatte) zus zusammengepresst werden (hier gleich der Gewichtskraft FG). FR : Gleitreibungskraft FA : Anpresskraft FG : Gewichtskraft FA = FG FR FR d) Trage deine Messergebnisse aus c) ins benachbarte Koordinatensystem. e) Wie groß ist bei den hier verwendeten Materialien die Reibungszahl μ? F Hinweis: µ = FR A FA Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 6 Reibungskraft (2) Kräfte Aufgabe 1 a) Was ist der Grund dafür, dass ein Holzklotz auf einer Holzunterlage etwa fünfmal schlechter gleitet als auf einer Eisenunterlage? b) Die Reibungszahl μ zwischen Stahl und Stahl ist schon sehr gering. Mit welchem Hilfsmittel wird in der Technik die Reibung noch stärker reduziert? Aufgabe 2 a) Von welchen zwei Größen hängt die Reibungskraft FR a ab? die Reibungszahl μ aus? b) Was sagt d e Reibung Aufgabe 3 a) Welche Aufgabe hat ein Kugellager? b) Warum werden Kugellager geölt? Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 7 Kräfte Archimedische Prinzip Das Archimedische Prinzip � Der Stein hat eine Gewichtskraft von ________. 18 N 7N � Nachdem der Stein vollständig eingetaucht worden ist, hat er nur noch eine Gewichtskraft von ________. Die Kraft, die ihn 11 N FG = 18 N nach oben drückt nennt man _______________________. Diese Kraft FA = 7N 0,7 Liter Wasser FG = 18 N beträgt hier ________. � Durch das Eintauchen des Steines werden _______________________ __ ________ ____ Wasser, Wasse mit einer Gewichtskraft von ________, verdrängt. 왘 Merke: Die Auftriebskraft eines entspricht der es Körpers entsp ht d Flüssigkeit. , der von ihm vverdrängten Auftriebskräfte ftriebsk in der Luft Auch Heißluftballons erfahren fah en Au Auftriebskräfte. fte. Die _______________________ _ ____________ eines Heißluftballons entspricht Gewichtskraft cht der G wichtskraft der von ihm verdrängten __________.. Ist die A Auftriebskraft größer als die Gewichtskraft des Ballons, dann __________ der Ballon. Ist sie kleiner, dann __________ er. Den Schwebezustand erreicht ein Ballon, wenn die Gewichtskraft und die Auftriebskraft _______________________. Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 8 Hebel im Alltag Kräfte Aufgabe 1 Bestätige die Türklinke mit dem kleinen Finger an verschiedenen Stellen. a) Was fällt dir auf? b) Notiere die Zusammenhänge. Benutze dabei die Wörter Kraft und Hebelarm. Aufgabe 2 Die Radmuttern sitzen sehr fest. Welche würdest e Ratsche w rdest du verwenden, um deine Kraft zu schonen? chonen Begründe. Aufgabe 3 Notiere fünf Hebelwerkzeuge. elwerkzeuge. Aufgabe 4 Warum haben manche LKWs so große Lenkräder? Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 9 Kräfte Rolle und Flaschenzug Aufgabe 1 Markiere die richtige(n) Aussage(n). ☐ Mithilfe einer festen Rolle (Umlenkrolle) spart man Kraft. ☐ Mithilfe einer festen Rolle spart man keine Kraft. ☐ Eine feste Rolle hat den Vorteil, dass die Kraft umgelenkt wird und man somit seine Gewichtskraft einsetzen kann. Aufgabe 2 a) Wie nennt man die Rolle, an der die Masse hängt? ängt? b) Nenne einen Vorteil und zwei Nachteile wei Nachte e der losen Rolle. Vorteil: Nachteile: m FG FG 2 Aufgabe 3 a) Woraus Flaschenzug? aus besteht ein Fla b) Welche Vor- und Nachteile bietet dieser? Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 10 Drehmoment im Alltag Kräfte Aufgabe 1 a) Was kann Peter tun, damit die Wippe auf seiner Seite runter geht? Begründe. b) Wie groß ist die Kraft, die Anja (45 kg) auf ihre Seite ausübt? c) Wie sieht das bei Peter (48 kg) aus, welche Kraft übt er au aus? aft üb d) Berechne das Drehmoment beiden Kinder für den Fall, dass die A Abstände der Drehachse moment M der be en K stände von n de 1,50 m (Anja) und 1,3 1,35 betragen. 5 m (Peter) betr Hinweis: M = F · l Aufgabe 2 a) Die Radmuttern dmutte ern sollen mit 120 20 Nm angezogen werden. Welche Kraft muss man in einem Abstand von 30 cm vo von der Dreha Drehachse auf den Schraubschlüssel ausüben? b) Wie ändert sich die Kraft, wenn man den Abstand verdoppelt? c) Was ist ein Drehmomentschlüssel? Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 11 Kräfte Arbeit (1) Aufgabe 1 Welche zwei physikalische Größen beeinflussen die Größe der Arbeit? ☐ Temperatur ☐ Kraft ☐ Schallpegel ☐ Weg Aufgabe 2 Der Begriff „Arbeit“ ist in der Physik im Gegensatz zum alltäglichen Sprachgebrauch klar definiert. Ordne folgende Begriffe in der folgenden Tabelle ein. Hantel auf- und abbewegen • Hantel halten • Körper heben n • Einkaufswagen anschieben • Kopfrechnen • lesen • Tragetasche halten asche halte Arbeit Keine eine Arbeit ufgabe 3 Aufgabe Markiere, bei welcher Aufgabe mehr Arbeit wird. rkiere, be it verrichtet wi d Falls be bei beiden Aufgaben gleich verrichtet wird, eich vviel Arbeitt ve dann markiere beide Antworten. ntworten. a) b) c) Sack ck (F ☐ einen Sa Sack (F ☐ einen Sa G = 20 N) in de den 1. Stock (3 m) befördern G = 20 N N) in den 2. Stock (6 m) befördern ☐ einenn SSack (F ☐ einen Sack (F G = 20 N) in den 2. Stock (6 m) befördern G = 40 N) in den 1. Stock (3 m) befördern ☐ drei Säcke je 20 N (F ) in den 2.Stock (6 m) befördern ☐ einen Sack (F = 20 N) in den 1.Stock (3 m) und G G einen Sack (FG = 50 N) in den 2. Stock (6 m) befördern Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 12 Arbeit (2) Kräfte Aufgabe 1 Wann wird mehr Arbeit verrichtet? Begründe. D Eine Masse (FG = 40 N) wird über eine feste Rolle in 7 m Höhe befördert. D Eine Masse (FG = 40 N) wird mithilfe des rechts abgebildeten Flaschenzugs in 7 m Höhe befördert. Aufgabe 2 a) Was spart man Fässer n ein, wenn w man die Fäs hinaufrollt, darauf naufro anstatt sie d rauf zu heben? ☐ Weg ☐ Kraft ☐ AArbeit e die e Arbeit, die benötig b) Berechne benötigt wird, um ein Fass (FG = 480 N) auf 80 cm Höhe zu heben. c) Welche Masse hat das Fass? d) Um das Fass hoch zu rollen, benötigt Herr Müller eine Kraft von 300 N. Wie lang ist das Brett? Hinweis: Die Rollreibung wird hier vernachlässigt. Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 13 Kräfte Arbeit und Leistung (1) Aufgabe 1 Anjas Drucker druckt 5 Seiten pro Minute. Peters Drucker druckt 4 Seiten pro Minute. Beide drucken ein 20-seitiges Dokument. a) Welcher Drucker hat mehr Arbeit geleistet? b) Welcher Drucker hat eine höhere Leistung? c) Von welchen zwei Größen hängt die Leistung ab? Aufgabe 2 Schwimmleistungen miteinander zu vergleichen, folgendes Protokoll aufgezeichnet. Um Peters Sc hwimmleistu gleichen, wird folgend durchschnittlich 210 Kraft aufbringen musste. Nimm an, dass Peter du 0 N Kraf ufbringen mus ste Zeit Z Strecke � 1 min 40 sec 100 00 m � 1 min 37 sec 100 m � 1 min 4 42 2 sec 100 1 00 m � 6 min 50 sec 400 m 4 Leistung (Rang (Rangfolge) gfolg a) Sortiere Pete Peters Leistungen. Beginne mit der Besten. Hinweis: Wissenschaftler gehen bei der Leistungsfeststellung davon aus, dass Peter eine technische Maschine ist. b) Wann hat Peter die meiste Arbeit leisten müssen? c) Berechne die in b) geleistete Arbeit. Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 14 Arbeit und Leistung (2) Kräfte Aufgabe 1 Leonid Taranenko ist seit 1988 Weltrekordhalter im Schwergewichtstoßen. Bis heute gelang es ihm als Einzigem, eine Masse von 266 kg zu stoßen. a) Berechne, welche Arbeit Leonid verrichtet hat, um die Masse auf 2,05 m Höhe zu bringen. b) Berechne, welche Leistung er erbracht hat, wenn er die Masse innerhalb von 11 s auf 2,05 m Höhe bringt? c) Kurz davor hatte er 245 kg in gleicherr Höhe ges gestoßen. oßen. War die erbrachte Leistung höher? er? Er brauchte nur 7 Sekunden. en. Aufgabe ufgabe 2 Die abgebild abgebildete Seilwinde kann eine maximale male Masse vvon 900 kg ziehen. Die Geschwindigkeit beträg beträgt 1,30 m pro Minute. a) Welche hat he Arbeit ha at die Seilwinde verrichtet, wenn sie die Masse um 1,30 m hebt? b) Welche Leistung erbringt die Seilwinde? Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 15 Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag 0,5 cm Dehnung der Feder in cm 1 cm 500 g 2 cm 1 000 g 3 cm 1,5 kg 4 cm 2 kg individuelle Lösungen ngen Nabil Gad: Mechanik: KYpM[L © Persen Verlag um 0,5 cm pro 250 g. Die Dehnung der Feder ist proportional zur Masse. Die hier eingesetzte Feder dehnt sich c) Welchen Zusammenhang kannst du zwischen der Masse des Körpers und der Dehnung der Feder feststellen? 250 g Masse des Körpers b) Trage die Messwerte in eine Tabelle ein. gedehnt die Feder ______________________. Masse Je größer die _____________, umso stärker wird a) Was kannst du beobachten? Hänge an eine Feder verschiedene Massen. Aufgabe 2 zu dehnen, hat mehr Kraft. wird so fest wie möglich gezogen. Derjenige, der es schafft, t, die Federn des Expanders weiter fest an einer Stange befestigt. An der anderen Seite Die eine Seite des Expanders wird beispielsweise a) Wie nennt man die Kraft, die dafür sorgt, dass sich die Feder des benachbart abgebildeten Messgerätes dehnt? 1N 2N 3N 4N 0,5 N 0 Gewichtskraft FG 1,5 N 150 g Nabil Gad: Mechanik: k: 2YpM[L © Persen Verlag Erdanziehun skraft. Erdanziehungskraft. Mondanziehungskraft ist etwa 6 mal kleiner als die ı Die Mondanzie als 1 N. Mond haben 100 g eine Gewichtskraft Gewichtskr von mehr ı Auf dem Mo weniger ni er als 1 N. e e Gewichtskraft Gewichtsk von 1 N. ı Auf ddem Mond haben 1000 g eine ond haben 100 g eine ine Gewichtskraft von ı Aufuf dem Mond Markiere die richtige(n) Aussage(n). M ssage(n). Aufgabe Auf gab 3 50 g 5 Masse m Notiere die Gewichtskraft. ie dazugehörende dazugeh Aufgabe be 2 etwa ________ etw _____ g einem Newton. 100 00 10 N 1000 g 45 N Kräfte 4,5 kg Newton (N) messen kann. Dabei entspricht eine Masse von der Einheit _____________________________ Federkraftmesser (Gewichts-)Kraft einen ____ ____________________________, mit dem man die ____________________________ in eine hier abgebildeten Messgerät handelt es sich um c) Beim h umso größer die Gewichtskraft. Sie hängt von der Masse ab. Je größer die Masse, b) Wovon ist die in a) gesuchte Kraft abhängig? Gewichtskraft Aufgabe 1 Kräfte messen (2) Peter und Hans wollen mithilfe eines Expanders ihre Muskelkraft miteinander vergleichen. Beschreibe, wie man den Expander als Messgerät nutzen kann, um ihre e Kräfte miteinander zu vergleichen. Kräfte Aufgabe 1 Kräfte messen (1) Lösungen 16 Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag ı PV ı EV Nabil Gad: Mechanik: 2YpM[L © Persen Verlag ı PV ı EV ı EV ı EV ı PV ı PVV Markiere, ob es sich um eine elastische Verformung (EV) oder um eine plastische Verformung rformung (PV) handelt. Aufgabe 1 wenn die Kraft nicht mehr auf ihn einwirkt. Kräfte plastischer Bei _____________________ Verformung hingegen bleibt der Körper auch dann weiterhin verformt, d nn weiterhi Ursprungszustand zurück, sobald die Kraft auf ihn nicht mehr einwirkt. wirkt. elastischer Bei _____________________ Verformung geht der Körper in seinem em scheidet man zwischen plastischer und einer elastischer Verformung. rformung. verformt ändern oder ________________ werden. Bei Verformungen untern unte gebremst Bewegungsrichtung srichtung _________ __ ____ oder ________________ werden, seine __________________________ beschleunigtt____ Wirkt eine Kraft auf einen Körper, kann dieser _____________________ Kräfte erkennt man an ihren Wirkungen Wirkungen von Kräften F2 F1 FR Kräfte Nabil Gad: Mechanik: k: 2YpM[L © Persen Verlag des Parallelogramms, die vom Angriffspunkt ausgeht. Parallelogra fspunkt aus Diagonale en Seiten _________________ des Parallelogramms. _________ d ramms. Die resultierende resultierend Kraft ist dann die _________________ Richtungen konstruiert man jeweils die anderen Richtunge zeigen. Parallel zu diesen esen beiden Kräften kons die beiden beid Seiten des Parallelogramms, elogramms, die in unterschiedliche u Kräfte ____ an dem Angriffspunkt Die beiden _________________ An ergeben eines ei es Krä Kräfteparallelogrammes mmes ermitteln. __ FR durch die Konstruktion _______________________________ h nicht entgegengesetzt), entgegen Richtung (jedoch so lässt sich die Kräfte Krä Wirken zwei _________________ F1 und F2 in unterschiedlicher _______________ Aufgabe 3 rechts. leicht schräg rec Der Schlitten ffährt nicht geradeaus, sondern Hunde ziehen einen Schlitten. Der rechte Hund zieht Zwei Hun wohingegen der andere Hund nur 110 N zieht. 170 N, woh passieren? Was wird d pas Aufgabe 2 Aufga Angriffspunkt _______________________________ Kraftrichtung _______________________________ Kraftgröße _______________________________ Die Wirkung einer Kraft hängt von folgenden drei Merkmalen ab. größer Je länger der Pfeil, umso ________________ ist die Kraft. Zeichnerisch stellt man Kräfte in Form von Pfeilen dar. Aufgabe 1 Kräfteaddition Lösungen 17 Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag FA Gruppe A FB Gruppe B Kräfte 18 Nabil Gad: Mechanik: 2YpM[L © Persen Verlag individuelle Lösungen f) Zeichne die Kräfte F1 bis F8 ins obige Bild ein. Individuelle Lösungen: Zu berücksichtigen ist, dass Kinder weniger Kraft haben als Erwachsene. e) Welche Beträge könnten die Kräfte der Personen in Gruppe A (F1, F2, F3, F4) und in Gruppe B (F5, F6, F7, F8) haben. FR = 60 N. d) Ermittle zeichnerisch die resultierende Kraft. FA = 730 N, FB = 670 N c) Ermittle die Kräfte FA und FB. Dabei gilt: 1 cm ɋ 100 N. Nein, weil FA > FB. 0,6 N FR 1,2 N 6N 6 1,8 N 9N FR 2,4 N 12 N FR : Gleitreibungskraft FA : Anpresskraft FG : Gewichtskraft Nabil Gad: Mechanik: k: 2YpM[L © Persen Verlag FR Hinweis: H µ= F A e) Wie groß ist bei be den hier verwendeten deten Materialien die Reibungszahl ? d) Trage deine Messergebnisse sse aus a s c) ins benachbarte benach Koordinatensystem. em. 3N FA = FG ösungen z.B. z.B individuelle Lösungen FA c) Erhöhe nun die Anpresskraft FA , indem du verschiedene Massestücke auf den Klotz stellst. Halte deine Messergebnisse ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle fest. Die Anpresskraft ist die Kraft, mit denen zwei Körper (hier Klotz und T Tischplatte) zusammengepresst werden (hier gleich der Gewichtskraft FG). diesen in um diese n Bewegung zu halten. setzen. Gleitet Gl er Körper einmal, benötigt man nur noch die Gleitreibungskraft, versetzen. der Es herrscht Stillstand (Kraft = Gegenkraft). Die Haftre Haftreibungskraft wird benötigt, b) Erkläre den Unterschied zwischen Haftreibungskraft und Gleitreibungskraft. reibungs halten. Sobald dieser sich bewegt, braucht man jedoch weniger Kraft um ihn in Bewegung zu um einen Kö Körper in Bewegung zu b) Handelt es sich bei dem hier abgebildeten Beispiel um ein Kräftegleichgewicht? Begründe. de Kräfte Es muss eine bestimmte Kraft aufgewendet werden, bis der Klotz sich in Bewegung setzt. a) Ziehe langsam, gleichmäßig und vorsichtig an dem Kraftmessgerät, bis sich der Klotz in Bewegung setzt. Behalte dabei den Kraftmesser im Auge. Welche Beobachtung kannst du machen? Aufgabe 1 Reibungskraft (1) Nichts, denn wenn beide Gruppen gleich stark ziehen, dann bewegt sich das Seil nicht. a) Wirken zwei gleich große Kräfte in entgegengesetzter Richtung, spricht man von einem Kräftegleichgewicht. Angenommen die Gesamtkraft FA von Gruppe A wäre genau so groß wie die Gesamtkraft FB der Gruppe B. Was könnte man beim Tauziehen beobachten? Aufgabe 1 Resultierende Kraft Lösungen Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag Gewichtskraft 19 Nabil Gad: Mechanik: 2YpM[L © Persen Verlag Damit der Rollwiderstand noch geringer wird. b) Warum werden Kugellager geölt? 11 N FG = 18 N FA = 7N , der von ihm verdrängten 0,7 Liter Wasser 7N Kräfte Nabil Gad: Mechanik: k: 2YpM[L © Persen Verlag gleich groß sind wenn die Gewichtsk Gewichtskraft und die Auftriebskraft w uftriebskraft _______________________. ____gle durch eine Rollreibung ersetzt. steigt Ballons, dann __________ der des Ballo de Ballon. Ist sie kleiner, __________. Ist die Auftriebskraft bskraft größer als die Gewichtskraft Luft entspricht en spric der Gewichtskraft kraft der von ihm verdrängten Die ___ _______________________ Heißluftballons Auftriebskraft ____ eines He Auch Heißluftballons ons erfahren Auftriebskräfte. A Auftriebskräfte fte in der Luft Die Auftriebskra Auftriebskraft eines es Kö Körpers entspricht der Flüssigkeit. üssigkeit. 왘 Merke: Gewichtskraft von ________, verdrängt. Gewich s dann _____ __________ er. Den Schwebezustand Ballon, __ ___ ezustand erreicht ein Bal sinkt___ e si FG = 18 N � Durch das Eintauchen des Steines werden _______________________ 0,7 Liter Wasser, mit einer 7N beträgt hier ________. bet Auftriebskraft _______________________. Diese Kraft nach oben drückt nennt man 11 N kraft von ________. Die Kraft, die ihn worden ist, hat er nur noch eine Gewichts- � Nachdem der Stein vollständig eingetaucht 18 N Es verringert die Reibung, indem es die Gleitreibung a) Welche Aufgabe hat ein Kugellager? Aufgabe 3 Materialien. Materialien ist. Je größer die Reibungszahl µ, umso größer ist die Reibung zwischen den Die Reibungszahl µ sagt aus, wie stark die Reibung zwischen zwei aneinander reibenden d b) Was sagt die Reibungszahl aus? Die Reibungskraft hängt von der Anpresskraft FA und der Reibungszahl µ ab. b a) Von welchen zwei Größen hängt die Reibungskraft FR ab? Aufgabe 2 Schmierung, z. B. mit Öl. b) Die Reibungszahl zwischen Stahl und Stahl ist schon sehr gering. Mit welchem Hilfsmittel wird in der Technik die Reibung noch stärker reduziert? als bei Holz und Holz. 18 N ________. � Der Stein hat eine Gewichtskraft von Eisen ist glatter als Holz. Damit können sich die e beiden Materiali Materialien schlechter verzahnen hnen Das Archimedische Prinzip Archimedische Prinzip rlag etwa fünfmal schlechter echter gleitet a) Was ist der Grund dafür, dass ein Holzklotz auf einer Holzunterlage als auf einer Eisenunterlage? Kräfte Aufgabe 1 Reibungskraft (2) Lösungen Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag Nabil Gad: Mechanik: 2YpM[L © Persen Verlag weniger Kraft. man über einen längeren Hebelarm und benötigt somit Mit dem wesentlich größeren „LKW-Lenkrad“ verfügt Warum haben manche LKWs so große Lenkräder? Aufgabe 4 Notiere fünf Hebelwerkzeuge. Aufgabe 3 Kraft. benötige ich aufgrund des längeren Hebels weniger Ich würde die längere Ratsche nehmen, denn dort Die Radmuttern sitzen sehr fest. Welche Ratsche würdest du verwenden, um deine Kraft zu schonen? Begründe. Aufgabe 2 b) Notiere die Zusammenhänge. Benutze dabei die Wörter Kraft und Hebelarm. Ich benötige unterschiedlich viel Kraft. Man n braucht nur n die Hälfte an Kraft. m FG Nabil Gad: Mechanik: k: 2YpM[L © Persen Verlag b) Welche Vor- u und Nachteile bietet dieser? eht aus mindestens m ndeste einer losen und einer festen Rolle. Ein Flaschenzug besteht a) Woraus besteht ein Flaschenzug? Aufgabe A fgabe 3 Nachteile: eile: Vorteil: b) Nenne einen Vo Vorteil und zwei Nachteile der losen Rolle. Lose ose Rolle Rol a) Wie nennt nen man die Rolle, an der die Masse hängt? Aufgabe 2 wird und man somit seine Gewichtskraft einsetzen kann. ı Mithilfe einer festen Rolle (Umlenkrolle) spart man Kraft. ı Mithilfe einer festen Rolle spart man keine Kraft. ı Eine feste Rolle hat den Vorteil, dass die Kraft umgelenkt Markiere die richtige(n) Aussage(n). a) Was fällt dir auf? Aufgabe 1 Rolle und Flaschenzug Bestätige die Türklinke mit dem kleinen Finger an verschiedenen Stellen. Kräfte Aufgabe 1 Hebel im Alltag 1 FG 2 Kräfte Lösungen 20 Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag Nabil Gad: Mechanik: 2YpM[L © Persen Verlag c) Was ist ein Drehmomentschlüssel? Die Kraft halbiert sich auf 200 N. b) Wie ändert sich die Kraft, wenn man den Abstand verdoppelt? 1 a) Die Radmuttern sollen mit 120 Nm angezogen werden. Welche Kraft muss man in einem Abstand von 30 cm von der Drehachse auf den Schraubschlüssel ausüben? 120 Nm F = 0,30 m = 400 N Aufgabe 2 Peter: M = 480 N · 1,35 m = 648 Nm Anja: M = 450 N · 1,50 m = 675 Nm Hinweis: M = F · l d) Berechne das Drehmoment M der beiden Kinder für den Fall, dass die Abstände von der er Drehachse Drehach 1,50 m (Anja) und 1,35 m (Peter) betragen. c) Wie sieht das bei Peter (48 kg) aus, welche Kraft übt er aus? Anja: FG = 450 N b) Wie groß ist die Kraft, die Anja (45 kg) auf ihre Seite ausübt? die Hebellänge seiner Seite verlängern. ı Kraft ı Schallpegel ı Weg lesen Einkaufswagen ufswagen anschieben ieb = 20 N) in den 2. Stock St (6 m) befördern G G einen nen Sack (FG = 50 N) in den 2. Stock (6 m) befördern G = 40 N) in den 1. Stock (3 m) befördern beförd G Säcke je 20 N (F ) in den 2.Stock (6 m) m befördern ı drei Säck St (3 m) und ı einenn Sack (F = 20 N) in den 1.Stock = 20 N)) in den de 2. Stock (6 m) befördern G ı eeinen Sack (F einen Sack ck (F ı eine = 20 N) in den 1. Stock S (3 m) befördern G ı einen Sack (F ı einen Sack (F Nabil Gad: Mechanik: k: 2YpM[L © Persen Verlag c) b) a) elcher Aufgabe m Markiere, bei welcher mehr Arbeit verrichtet wird. Falls bei beiden Aufgaben gleich viel Arbeit verrichtet wird, de Antworten dann markiere beide Antworten. Aufgabe 3 Kopfrechnen Körper heben Tragetasche halten Hantel halten Keine Arbeit Hantel antel auf- und abbewegen Arbeit Hantel auf- und abbewegen • Hantel halten • Körper heben • Einkaufswagen anschieben • Kopfrechnen • lesen • Tragetasche halten 1 Kräfte Der Begriff „Arbeit“ ist in der Physik im Gegensatz zum alltäglichen Sprachgebrauch klar deniert. Ordne folgende Begriffe in der folgenden Tabelle ein. Aufgabe 2 ı Temperatur Welche zwei physikalische Größen beeinussen die Größe der Arbeit? Er kann mehr nach hinten rutschen und somit Aufgabe 1 Arbeit (1) a) Was kann Peter tun, damit die Wippe auf seiner Seite runter geht? Begründe. Kräfte Aufgabe 1 Drehmoment im Alltag Lösungen 21 Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag Nabil Gad: Mechanik: 2YpM[L © Persen Verlag Hinweis: Die Rollreibung wird hier vernachlässigt. W 384 Nm s = F = 300 N = 1,28 m d) Um das Fass hoch zu rollen, benötigt Herr Müller eine Kraft von 300 N. Wie lang ist das Brett? c) Welche Masse hat das Fass? W = F · s = 480 N · 0,80 m = 384 Nm b) Berechne die Arbeit, die benötigt wird, um ein Fass (FG = 480 N) auf 80 cm Höhe zu heben. ı Weg ı Kraft ı Arbeit a) Was spart man ein, wenn man die Fässer hinaufrollt, anstatt sie darauf zu heben? Aufgabe 2 an Kraft spart, muss an Weg aufgewendet werden. muss, aber dies leider bei doppeltem Kraftweg. Das, was man Vorteil, dass nur mit der halben Gewichtskraft gezogen werden rden Bei dem hier abgebildeten Flaschenzug hat man zwar den en Bei beiden Vorgängen wird gleich viel Arbeit verrichtet. D Eine Masse (FG = 40 N) wird mithilfe des rechts abgebildeten ildeten Flaschenzugs in 7 m Höhe befördert. 1 Kräfte 1 min 37 sec 1 min 42 sec 6 min 50 sec � � � 400 m 100 m 10 100 m 100 m Strecke Strec � � � � Leistung (Rangfolge) Nabil Gad: Mechanik: k: 2YpM[L © Persen Verlag W = F · s = 210 N · 400 m = 84 000 Nm = 84 000 J = 84 kJ n b) geleistete gele c) Berechne die in Arbeit. b) Wann hat Peter die meiste Arbeit it leisten müssen? Hinweis: Wissenschaftler gehen bei der Leistungsfeststellung Hinweis stungsfeststellung davon aus, dass Peter eine technische Maschine ist. Sortiere Peters Leistungen. der Besten. a) Sor en. Beginne mit de 1 min 40 0 sec � Zeit it 1 Um Peters Schwimmleistungen miteinander zu vergleichen, wird folgendes Protokoll aufgezeichnet. rs Schwimm Nimm an, dass Peter durchschnittlich 210 N Kraft aufbringen musste. eter durchsc Aufgabe be 2 Zeit. Arbeit und Ze c)) Von welchen zwei Größen hängt die Leistung ab? Seite mehr. eine Se Zeit (1 Minute) mehr Arbeit. Er druckt pro Minute Z Anjas Drucker, denn er verrichtet in der gleichen A b) Welcher Drucker hat eine höhere Leistung? Beide haben 20 Seiten gedruckt. Beide haben gleich viel Arbeit geleistet. a) Welcher Drucker hat mehr Arbeit geleistet? Anjas Drucker druckt 5 Seiten pro Minute. Peters Drucker druckt 4 Seiten pro Minute. Beide drucken ein 20-seitiges Dokument. D Eine Masse (FG = 40 N) wird über eine feste Rolle in 7 m Höhe befördert. Aufgabe 1 Arbeit und Leistung (1) Wann wird mehr Arbeit verrichtet? Begründe. Kräfte Aufgabe 1 Arbeit (2) Lösungen 22 Nabil Gad: Mechanik: Kräfte © Persen Verlag Kräfte Nabil Gad: Mechanik:: 2YpM[L © Persen Verlag b) Welche Leistung Leistun erbringt die Seilwinde? lwinde? W 1 11 700 Nm P= t = = 195 W 60 s 6 verrichtet, wenn sie die a) Welche Arbeit hat die Seilwinde verric Masse um 1,30 m hebt? Die Geschwindigkeitt beträgt 1 1,30 m p pro Minute. Die abgebildete Seilwinde kann eine maximale Masse von e 900 kg ziehen. Aufgabe 2 Ja, denn sie betrug trug 718 Watt. c)) Kurz davor h hatte er 245 kg in gleicher Höhe gestoßen. erbrachte Leistung höher? War die erbrac Er brauchte nur 7 Sekunden. welche Leistung er erbracht hat, wenn er die b) Berechne, Be Masse innerhalb von 11 s auf 2,05 m Höhe bringt? Ma W Nm P = t = 496 s = 496 W W = F · s = 5 453 Nm a) Berechne, welche Arbeit Leonid verrichtet hat, um die Masse auf 2,05 m Höhe zu bringen. Leonid Taranenko ist seit 1988 Weltrekordhalter im Schwergewichtstoßen. Bis heute gelang es ihm als Einzigem, eine Masse von 266 kg zu stoßen. Aufgabe 1 Arbeit und Leistung (2) Lösungen 23 ® Bergedorfer Weitere Downloads, E-Books und Print-Titel des umfangreichen Persen-Verlagsprogramms finden Sie unter www.persen.de Hat Ihnen dieser Download gefallen? Dann geben Sie jetzt Beweertung auf www.persen.de direkt bei dem Produkt Ihree Bewertung ungen mi t ab und teilen Sie anderen Kunden Ihre Erfahrungen mit. © 2014 Persen Verlag, Hamburg urg AAP Lehrerfachverlage age GmbH Alle Rechte ht vorbehalten. halten Ganzes seinen Teilen unterliegt dem d deutschen Erwerber des Werkes ist berechgt, Das Werk als Gan zes sowie in se en Urheberrecht. Der Erwe Teilen für den eigenen und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist das Werk als Ganzes Gan s oder in seinen s genen Gebrauch Gebr genannten Zweck gestaet, nicht jedoch für einen weiteren Gebrauch, für die Weiterleitung an nur für den genan weit n kommerziellen kommerzie Dri rie oder für die d Veröffentlichung im Internet oder in n Intranets. Eine über über den de genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem edem Fall der vorherigen schrilichen Zusmmung des Verlages. Sind Internetadressen in diesem Werk angegeben, wurden vom Verlag sorgfälg geprü. Da wir auf die externen Seiten weder ange den diese d inhaltliche noch gestalterische Einflussmö ussmöglichkeiten haben, che Ein b können wir nicht garaneren, dass die Inhalte zu einem späteren Zeitpunkt noch dieselben sind wie zum Zeitpu Zeitpunkt kt der Drucklegung. Der Persen Verlag übernimmt deshalb keine Gewähr für die Aktualität und den Inhalt dieser Internetseiten solcher, ernetseiten oder solc er, die mit ihnen verlinkt sind, und schließt jegliche Haung aus. 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