alle 2. Schulaufgaben Klasse 8 I - mathe

Realschule
2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten der Gase
1.1
Was ist die Brown’sche Bewegung?
1.2
Kennzeichne die festen, flüssigen und gasförmigen Körper in Bezug auf die Kräfte
zwischen den Teilchen. Wie heißen diese Kräfte?
2.1
Gib an, wie die Einheiten des Drucks 1 hPa und 1 bar definiert sind.
2.2
Nenne den Satz des Archimedes.
3.1
Die Querschnittsfläche des Pumpenkolbens einer hydraulischen Presse hat die
Größe von 18 cm², die des Arbeitskolbens ist 1,2 dm² groß. Der Arbeitskolben hat
eine Gewichtskraft von 1,5 kN.
Wie groß ist die Pumpkraft, wenn eine Last von 9,0 kN gehoben wird?
3.2
Berechne die Hubhöhe bei einem Pumpweg von 150 mm.
3.3
Die Rechnung zu 3.1 setzt einen Wirkungsgrad von 100% voraus.
Was ändert sich, weil in Wirklichkeit Reibungsverluste auftreten (dieselbe Last soll
gehoben werden)?
4.1
Wie funktioniert ein Dosenbarometer?
(Es genügt eine kurze Beschreibung, eine Zeichnung ist nicht nötig.)
4.2
Warum zeigt bei uns ein Dosenbarometer nicht den tatsächlichen Luftdruck an?
4.3
Zeichne den Aufbau eines Versuchs, bei dem der tatsächliche Luftdruck gemessen
wurde.
4.4
Bei einem Versuch wie in 4.3 wurde mit einem Kolben von 2,0 cm Durchmesser
eine Kraft von 29 N gemessen. Berechne den Luftdruck in der Einheit hPa.
5.
In welcher Wassertiefe befindet sich ein U-Boot, wenn auf seine Luke von 0,40 m²
eine hydrostatische Kraft von 100 kN ausgeübt wird?
RP_A0200 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0200)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten der Gase
1.
Nenne die charakteristischen Eigenschaften eines Festkörpers und eines Gases.
Erkläre diese mit dem Teilchenmodell.
2.1
Erkläre mit Hilfe einer Skizze die Arbeitserhaltung an der hydraulischen Presse
(hydraulischer Kraftwandler).
2.2
Welches allgemeine Gesetz wird hier bestätigt?
3.1
Welche Belastung wirkt auf den Boden, wenn sich eine 600 N schwere Person auf
einen vierbeinigen Stuhl der Gewichtskraft 40 N setzt?
(Auflagefläche eines Stuhlbeins: A  4 cm2 ).
Gib das Ergebnis in N / cm2 und in kN / m2 an.
3.2
Warum darf im Fall der Aufgabe 3.1 nicht von Druck gesprochen werden?
4.1
Wie kann man den Schweredruck in einer Flüssigkeit messen?
(Skizze des Versuchsaufbaus und kurze Beschreibung)
4.2
Von welchen Größen hängt der Schweredruck ab?
4.3
Der Schweredruck ist von der Gefäßform unabhängig. Wie heißt diese
Erscheinung?
4.4
Wo wird die Eigenschaft verbundener Gefäße praktisch genutzt?
Nenne drei Beispiele.
5.
Berechne die Kraft auf das Sichtfenster einer Taucherbrille (Fläche A  120 cm2 )
in 4,0 m Wassertiefe.
6.
Ein Loch in einem Motorradreifen hat eine Querschnittsfläche von 4,8 mm2 .
Welcher Druck (in bar) herrscht im Reifen, wenn zum Abdichten des Lochs eine
Kraft von 1,2 N aufgebracht werden muss?
Rechne mit folgenden Konstanten:
Natürlicher Luftdruck: pL  1,0 bar  1,0  105 N2
m
m
N
Ortsfaktor: g  10 2  10
kg
s
RP_A0201 **** Lösungen 4 Seiten (RP_L0201)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten der Gase
1.
Wie groß ist die Kraft auf das Trommelfell ( A  0,35 cm2 ) eines Tauchers in 5,0 m
Wassertiefe?
2.
Wie groß ist die Dichte von Benzin, wenn eine 80 cm hohe Benzinsäule denselben
Schweredruck erzeugt wie eine 59 cm hohe Wassersäule?
3.
Leite die Formel für den Schweredruck her.
4.
Welche Nutzlast (in kg) kann ein heliumgefüllter Ballon mit dem Volumen 350 m³
tragen, wenn das Ballonmaterial 50 kg wiegt? ( Luft  1,2 kg / m3 ; He  0,18 kg / m3 )
5.
Erkläre die Funktionsweise des Aräometers.
6.
Wie tief (Maß x) taucht ein 20 cm dicker Holzbalken (mit quadratischer
Querschnittsfläche) in Wasser ein? ( Holz  0,65 kg / dm3 ;  Wasser  1,0 kg / dm3 )
Rechne mit folgenden Konstanten:
Natürlicher Luftdruck: pL  1 103 hPa  1 105 Pa
Ortsfaktor: g  10 m2  10 N
kg
s
RP_A0202 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0202)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten der Gase
1.
Charakterisiere kurz die festen, flüssigen und gasförmigen Körper in Bezug auf
► ihr Volumen und ihre Form,
► die Stärke der Kohäsionskräfte,
► die Art der Wärmebewegung der kleinsten Teilchen.
Festkörper
Flüssigkeit
Gas
Volumen
und Form
Kohäsionskräfte
Wärmebewegung
2.1
2.2
Deute mit Hilfe des Teilchenmodells
a) den Druckzustand in einem eingeschlossenen Gas.
b) die Verkleinerung des Drucks bei dessen Volumenvergrößerung.
Zeige (durch rechnerische Umformung): 1bar < 10 N 2
cm
3.0
In einer Kfz-Werkstätte wird auf einer hydraulischen Hebebühne ein Pkw der
Gewichtskraft 12,5 kN um 1,80 m angehoben. Der Pumpenkolben (Querschnittsfläche A 1 < 3,6 cm2 ) wird von einem Elektromotor angetrieben.
Der Presskolben hat zusammen mit der Bühnenplatte die Gewichtskraft 2,2 kN.
Das Manometer zeigt während des Hochhebens den Druck 3,2 bar an.
3.1
Welche Kraft wirkt auf den Pumpenkolben während seiner Abwärtsbewegung
(Reibungskräfte sollen unberücksichtigt bleiben)?
3.2
Welche Querschnittsfläche hat der Presskolben?
3.3
Wie groß ist das Volumen der Flüssigkeit, die insgesamt in den Presszylinder
gepumpt wird?
3.4
Welche Arbeit wird am Pumpkolben verrichtet, wenn der Wirkungsgrad dieser
Maschine γ < 0,92 beträgt?
4.1
Was versteht man unter dem hydrostatischen Druck?
4.2
Was ist die Eigenschaft verbundener Gefäße? Gib hierzu zwei Anwendungsbeispiele.
RP_A0203 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0203)
1 (2)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
5.
Kreuze nachfolgend die richtigen Antworten an.
Ein U-Boot ist auf Tauchfahrt im Atlantik. Der Auftrieb am U-Boot
О wird umso größer, je tiefer es taucht,
О wird geringer, wenn das U-Boot im Bodensee (Süßwasser) tauchen würde,
О
О
О
О
О
hängt vom Volumen des U-Boots ab,
hängt von der Masse des U-Boots ab,
hängt von der Gewichtskraft des U-Boots ab,
hängt von der Masse des verdrängten Wassers ab,
hängt von der Gewichtskraft des verdrängten Wassers ab,
RP_A0203 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0203)
2 (2)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten und Gase
1.1
Was verstehen wir unter Kohäsionskräften, was unter Adhäsionskräften?
1.2
Die Oberfläche von Wasser in einem Glasröhrchen ist am Rand nach oben,
die von Quecksilber nach unten gewölbt. Erkläre mit den Kräften aus 1.1.
2.1
Was ist die thermische Bewegung?
2.2
Wie sieht diese bei festen, flüssigen und bei gasförmigen Körpern aus?
3.
Was ist Belastung? Wodurch unterscheidet sich diese vom Druck?
4.
Zeige: 1 mbar = 1 hPa
5.0
Eine hydraulische Presse soll Kräfte bis zu 100 kN erzeugen.
Es steht ein Presskoben mit der Querschnittsfläche A 2  12,0 dm2 zur Verfügung.
Der Pressweg beträgt 0,80 m.
5.1
Berechne den Öldruck während des Pressvorgangs.
5.2
Wie groß ist die auf der Preßseite verrichtete Arbeit W2 ?
Berechne hiermit die auf der Pumpseite verrichtete Arbeit W1 bei einem Wirkungsgrad   0,90 .
5.3
Wie viel Liter Öl wurden in den Presszylinder hineingepumpt?
5.4
Das Öl aus 5.3 kam aus dem Pumpzylinder. Wie groß war der gesamte Pumpweg s1
bei einer Fläche A1  6,0 cm2 des Pumpkolbens? Wie viel Umdrehungen machte der
antreibende Elektromotor bei einem Hub von 10,0 cm?
5.5
Aus dem Öldruck von 5.1 und der Fläche A1 lässt sich eine Kraft F1 berechnen, die auf
den Pumpstempel wirkt. Wie groß ist diese?
5.6
Berechne mit F1 die Arbeit W1 * auf der Pumpseite und vergleiche mit W1 aus 5.2.
Erkläre den Unterschied.
6.
Was ist eine Schlauchwaage (Schlauchwasserwaage)?
Wozu wird sie verwendet?
Welche physikalische Erscheinung wird hier angewendet?
RP_A0204 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0204)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten und Gase
1.
Fertige die Bauskizze eines Röhrenfeder-Manometers und beschreibe das
Funktionsprinzip.
2.
Bei einer hydraulischen Presse wird durch den Pumpenkolben im Zylinder 1 ein
Druck von p = 200 N/cm² erzeugt. Wie groß ist der Druck im Zylinder 2, wenn sich
die Flächen von Pumpenkolben zu Presskolben wie A1 : A 2  1: 3 verhalten?
Begründe die Antwort kurz!
3.
Erläutere die Wirkungsweise eines Stechhebers.
4.
Ein beidseitig offener Zylinder wird unten mit einer
dünnen Glasplatte abgedeckt und 15,6 cm tief in
Wasser eingetaucht. Die Zylinderöffnung ist
2,5 cm² groß. (siehe Skizze!)
Wie viel cm³ Alkohol müssen eingefüllt werden,
damit die Platte abfällt?
(Die Gewichtskraft FG der Platte wird nicht
berücksichtigt!)
Wasser  1,0 kg / dm3 ; Alkohol  0,8 kg / dm3
5.
Wie kann man experimentell nachweisen, dass die Auftriebskraft nicht von der
Gewichtskraft eines Körpers abhängig ist? (Durchführung – Ergebnis)
6.
Wie lautet das Archimedische Gesetz in Worten?
7.
Zur Bestimmung der Dichte einer unbekannten Flüssigkeit wird die Gewichtskraft
eines Körpers einmal in Luft, einmal in Wasser und einmal in der unbekannten
Flüssigkeit ( FX ) bestimmt. Es ergaben sich folgende Werte:
FLuft  0,63 N ; FWasser  0,45 N ; FX  0,48 N
Wasser  1,0 kg / dm3
Wie groß ist die Dichte  X der unbekannten Flüssigkeit?
RP_A0205 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0205)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten und Gase
1.
Zeichne den Aufbau einer hydraulischen Presse und erkläre deren Funktionsweise.
2.0
Der Pumpenkolben einer hydraulischen Presse hat eine innere Querschnittsfläche
von 10 cm². Es steht eine maximale Pumpkraft von 250 N zur Verfügung.
2.1
Welche Querschnittsfläche muss der Laststempel haben, damit dort Kräfte bis 15 kN
entstehen?
2.2
Auf der Lastseite wird ein Auto von 15 kN Gewichtskraft 2,0 m weit angehoben.
Berechne:
a) den Weg, den der Pumpenstempel insgesamt zurücklegen muss,
b) die Arbeit, die auf der Pump- und auf der Lastseite verrichtet wird.
Nimm zum Ergebnis Stellung!
3.
a) Was sind verbundene Gefäße?
b) Welche Gesetzmäßigkeit gilt für Flüssigkeiten in verbundenen Gefäßen?
4.
Beweise, dass in verbundenen Gefäßen, die mit derselben Flüssigkeit gefüllt sind,
die Füllhöhen gleich sind! (Skizze + Beweis)
5.
Ein mit Wasser (  W  1,0 kg / dm3 ) gefülltes
U-Rohr wird in einem Schenkel 10 cm hoch mit
Öl ( Öl  0,8 kg / dm3 ) aufgefüllt.
Welcher Höhenunterschied h zwischen den
beiden Flüssigkeiten stellt sich ein?
RP_A0206 **** Lösungen 3 Seiten (RP_L0206)
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2. Physikschulaufgabe
Klasse 8 I
Thema: Mechanik der Flüssigkeiten und Gase
1.1
Beschreibe einen Versuch, mit dem die Abhängigkeit des Volumens einer
eingeschlossenen Gasmenge vom Gasdruck untersucht werden kann.
(Versuchsaufbau, Durchführung)
1.2
Welcher Zusammenhang herrscht zwischen Druck und Volumen?
Wie heißt dieses Gesetz?
1.3
Das Gesetz aus 1.2 gilt nur unter einer bestimmten Voraussetzung.
Welche ist das und wie kann sie erreicht werden?
2.1
Zeichne ein senkrecht stehendes, oben verschlossenes, 8,0 cm langes Glasröhrchen.
Dieses Röhrchen wird (senkrecht stehend) in 10 m Wassertiefe vollständig mit Luft
gefüllt. Wie groß ist der Druck in der eingefüllten Luft?
2.2
Das luftgefüllte Glasröhrchen soll als Tiefenmesser für Tiefen unter 10 m verwendet
werden. Bringe die Markierungen an für 20 m, 30 m, 50 m und 100 m Tiefe.
3.
Ob ein Körper schwimmt, schwebt oder sinkt hängt von der Dichte des Körpers und
der Flüssigkeit ab, in der er sich befindet. Erkläre diese Zusammenhänge am Beispiel
eines U-Bootes, das je nach Bedarf jeden dieser Zustände annehmen kann.
4.
Welche Dichte hat eine 50 cm dicke Eisscholle mit dem Flächeninhalt 20 m², die
schwimmend 5,0 cm aus dem Wasser herausschaut?
5.0
Zur Bestimmung der Masse eines Körpers steht eine gleicharmige Balkenwaage und
ein Wägesatz aus Messingstücken zur Verfügung.
5.1
Warum erhält man trotz sorgfältigster Messung (auf mg genau) für Probekörper, die
nicht aus Messing bestehen, leicht fehlerhafte Ergebnisse?
5.2
Warum ist nur bei Messingkörpern das Messergebnis unverfälscht?
5.3
Ist die tatsächliche Masse
a) bei einem Bleiwürfel
b) bei einem Holzkörper
größer oder kleiner als die gemessene?
RP_A0207 **** Lösungen 5 Seiten (RP_L0207)
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