Inhalte der 1. Schulaufgabe

Physik * Jahrgangsstufe 8 * Wichtige Inhalte für die 1. Schulaufgabe
1.
Energiearten, Energiewandler und Energieflussdiagramme
Welche Energiearten
werden hier dargestellt?
Welche Energieumwandlung wird hier beschrieben?
Benenne im Energieflussdiagramm die Energiearten und trage in die Kästchen passende
Energiewandler ein
2.
Kraftwandler und die Goldene Regel der Mechanik
Flaschenzüge
s
FZug
Schiefe Ebene
Bei der schiefen Ebene kann man mit Hilfe der
FH
Kräftezerlegung die benötigte Zugkraft zum
FN
Hochziehen einer Last ermitteln.
( FG Gewichtskraft, FH Hangabtriebskraft,
FN Normalkraft, d.h. Kraft senkrecht auf die Unterlage,
FG
FZug Zugkraft)
Die Zugkraft ist genauso groß wie die Hangabtriebskraft.
Die Goldene Regel der Mechanik besagt:
Was man an Kraft einspart, muss man an Weg zulegen. Genauer FZug  s  FG  h
3.
Mechanische Energieformen, Epot und Ekin
Um einen Gegenstand der Masse m um die Höhe h senkrecht hochzuheben, muss man
die Hubarbeit WHub  FG  h  m  g  h verrichten.
Der Gegenstand hat dann die potentielle Energie (auch Lageenergie) Epot  m  g  h
Fällt ein Gegenstand der Masse m die Höhe h herab, so verwandelt sich die potentielle
1
Energie in kinetische Energie (auch Bewegungsenergie) E pot   m  v 2 .
2
2
m
Einheit für die Energie  E   N  m  kg  2
s
Aufgaben zur Energieerhaltung
vu = 3,5 m/s
Beispiel:
Spielzeugauto wird angestoßen und
fährt mit 3,5 m/s zur Rampe.
Mit welcher Geschwindigkeit kommt das Auto oben an?
hA = 30 cm
Bitte wenden!
h
4.
Grundwissen aus der 7. Klasse
Berechnung der Gewichtskraft FG  m  g mit
Erdbeschleunigung g  9,8
m
s2
m
N
s2
Freier Fall (beschleunigte Bewegung)
Beim freien Fall nach unten (Fallhöhe h, Falldauer t) mit der konstanten
Erdbeschleunigung g gilt für die Auftreffgeschwindigkeit vunten  g  t .
h
1
Für die mittlere Geschwindigkeit v gilt: v 
und v   vunten
t
2
Einheit für die Kraft
 FG  
kg 
Nochmals zwei Aufgaben zur Energieerhaltung
1. Bond braust mit seinem Sportwagen
(Masse 1,4 t) mit der Geschwindigkeit
von vo = 162 km/h über eine Klippe
und stürzt dann 40 m in die Tiefe.
a) Wie groß ist die kinetische Energie des
Sportwagens bei der Geschwindigkeit
von 162 km/h ?
m = 1,4 t
vo = 162 km/h
h = 40 m
b) Mit welcher Geschwindigkeit vu
schlägt der Sportwagen am Boden auf?
km
(Ergebnis: v u  191
)
h
vu = ?
2. Indiana Jones rast in einer Lore eine Berg- und Talbahn entlang.
An der höchsten Stelle A der Bahn besitzt die Lore die Geschwindigkeit
vo = 162 km/h.
a) Welche Geschwindigkeit vB hat die Lore an der Stelle B ?
b) Welche Geschwindigkeit vC hat die Lore an der Stelle C ?
A
VA = 162 km/h
C
VC = ?
VB = ?
hA = 40 m
hC = 20 m
B
Physik * Jahrgangsstufe 8 * Wichtige Inhalte für die 1. Schulaufgabe
Lösungen zur Bond- und Indiana-Jones-Aufgabe
2
1. a)
 162 1000m 
1
1
 m
E kin   m  v 2  1400 kg  
  700kg   45  
2
2
 s
 3600s 
1, 4 106 kg 
b)
2
m2
 1, 4 106 Nm  1, 4 106 J (  1, 4 MJ )
2
s
Egesamt,oben  Egesamt,unten

Epot,oben  Ekin,oben  Ekin,unten 
1
1
 m  vo 2   m  v u 2  2  g  h  v o 2  v u 2 
2
2
m
m
m2
 2  9,8 2  40m  (45 ) 2  2809 2 
s
s
s
mgh 
vu 2
vu 
2. a)
m2
m
km
 53
 191
2
s
s
h
Der Ansatz entspricht genau dem Ansatz von 1a)
1
1
m  g  h A   m  v A 2   m  v B 2  2  g  h A  vA 2  vB 2 
2
2
vB
b)
2809
2
m
m 2
m2
 2  9,8 2  40m  (45 )  2809 2
s
s
s
Egesamt,A  Egesamt,C

 vB 
m2
m
2809 2  53
s
s
Epot,A  Ekin,A  Epot,C  Ekin,C 
1
1
 m  vA 2  m  g  h C   m  vC 2 
2
2
2
2
vC  2  g  h A  vA  2  g  h C  vC2  2  g  (h A  h C )  vA 2 
m  g  hA 
vC 2  2  9,8
m
m 2
m2

20m

(45
)

2417
s2
s
s2
 vC 
2417
m2
m
 49
2
s
s