Wissen Können Beispiel, Anwendung
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Grundwissen 8. Klasse Seite 1 von 6 Version vom 05.11.01 Vorbemerkungen zur Naturwissenschaft Physik Die Physik sucht nach Erklärungen von Naturphänomenen. In der Physik werden Zusammenhänge in der Natur durch genaues Beobachten und gezieltes Experimentieren untersucht, um sie dann möglichst genau mit Modellen zu beschreiben. Zu den Grundfertigkeiten der Physik gehört daher das Stellen von Fragen zu Naturphänomenen („Warum ist das so?“; „Wie funktioniert das?“) und das Beobachten bzw. Überprüfen. Typische Beispiele für Beobachtungen sind: „Licht breitet sich geradlinig aus“ oder „Von der Sonne bestrahlte Körper werden warm“. Wissen Optische Phänomene • Mit Linsen können Gegenstände scharf abgebildet werden • Linsen besitzen einen Brennpunkt in bestimmter Entfernung zur Linse Elektrische Phänomene • Bauteile eines geschlossenen Stromkreises: Stromquelle, Kabel, Schalter, elektr. Gerät • „Stromfluss ist Transport elektrischer Ladungen“ • Wirkungen des elektrischen Stromes: Wärme-, Leucht- und magnetische Wirkung Können Beispiel, Anwendung • Genaues Beobachten und Beschreiben physikalischer Phänomene des Alltags und von Experimenten • Gegenstände (selbstleuchtende und angeleuchtete) mit Linsen auf Schirm abbilden • Lage des Brennpunkts einer Sammellinse bestimmen • Genaues Beobachten und Beschreiben physikalischer Phänomene des Alltags und von Experimenten • Geschlossenen Stromkreis aufbauen und Funktionsweise erklären • Stromfluss durch Ladungstransport erklären Drei Wirkungen des elektrischen Stromes an Bsp.: • Tauchsieder (Hitzewirkung) • Fahrradbeleuchung (Leuchtwirkung) • Elektromagnet (magnetische Wirkung) • Mechanische Phänomene • Bei einer geradlinigen • Planung, Bewegung mit Beschreibung, konstanter Durchführung und Geschwindigkeit sind Auswertung die zurückgelegte einfacher Strecke s und die Experimente, bei benötigter Zeit t denen untersucht proportional zueinander. wird, wie eine Der physikalische Propotionalitätsfaktor ist Größe von einer die Geschwindigkeit v: anderen abhängt • Messungen: Zeit s ∆s und Längen Kurz: v = t = ∆t = messen const. Diaprojektor Grafische Darstellung einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit (Fragen mit Grafik beantworten): • Eine PKW benötigt für die Strecke zwischen zwei Straßenpfosten (50 m) eine Zeit von 2,5 s. Seine m mittlere Geschwindigkeit beträgt daher 20 s . • Wie weit kommt ein PKW bei einer km Geschwindigkeit von 20 h in 2,5 s? (50 m) • Wie lange braucht ein PKW bei einer http://intranet.lsg.musin.de/physik/Fachschaft/Grundwissen/gwp8_wbg.htm 26.08.2006 Grundwissen 8. Klasse • Unter der mittleren Geschwindigkeit vm versteht man den s Quotienten t , wobei sich die momentane Geschwindigkeit während der Bewegung längs s in der Zeit t ändern kann, also nicht konstant bleiben muss. Seite 2 von 6 Sinnvolle km Fehlerabschätzung Geschwindigkeit von 20 h für eine Strecke von 50 bei Messungen m? (2,5 s) • Grafische Darstellung und Interpretation der Bewegungen im Zeit-Ort-Diagramm (t-s-Diagramm) • Geschwindigkeiten des „Alltags“ abschätzen, einordnen und experimentell bestimmen (Fahrrad, Auto, Tiere etc.) • Akustische Phänomene • Schall ist Ausbreitung • Ausbreitung von von Schall erklären Luftdruckschwankungen • Frequenz einer mit bestimmter langsamen Geschwindigkeit Schwingung (Schallgeschwindigkeit) experimentell • Frequenz = „Anzahl der bestimmen Vollschwingungen pro Sekunde“; Die Einheit 1 ist s = 1 Hertz = 1 Hz Der Kraftbegriff • Kräfte besitzen Richtung, Betrag und Angriffspunkt: ⇒ Darstellung mit v v Pfeilen: F ; | F | = F • Lautsprecher sendet Schall aus Ohr empfängt Schall • Fallschirmsprung mit konstanter Fallgeschwindigkeit Auswahl und Eichung geeigneter Kraftmesser • Maßstabsgetreue Kraftpfeile in passende Skizzen • Einheit der Kraft: [F] = einzeichnen und 1 Newton = 1 N Beträge von Vorstellung: 1 N ist in Kräften aus etwa die Gewichtskraft Zeichnungen einer 100g-Tafel ablesen Schokolade • An Wirkungen von Kräften Alltagsbeispielen • Kräfte verändern den • Verrutschen der Ladung bei scharfem Bremsmanöver die Eigenschaften Betrag oder die eines LKW (Trägheit) Richtung, Betrag Richtung von und Angriffspunkt • Wirkungsweise des Sicherheitsgurtes bei Unfällen Geschwindigkeiten einer Kraft • Kräfte verformen aufzeigen Körper • Durch den Trägheitssatz Trägheitssatz • „Ein Körper bleibt in erklärbare Ruhe oder behält seine Alltagssituationen Geschwindigkeit bei, erkennen und wenn keine Kraft auf entsprechend ihn wirkt oder beschreiben Kräftegleichgewicht herrscht“ Zusammenhang zwischen Kraft und • Experimente zur • Federgabel am Mountainbike: Einstellmöglichkeit der Verformung Federhärte (harte und weiche Federung) Bestimmung des • „Je größer der Betrag Zusammenhangs einer Kraft ist, desto zwischen Kraft F größer ist die durch sie und Verformung s • http://intranet.lsg.musin.de/physik/Fachschaft/Grundwissen/gwp8_wbg.htm 26.08.2006 Grundwissen 8. Klasse hervorgerufene Verformung“ • Kraft F und Verformung s bei Spiralfeder: Definition der F Federhärte D: D = s • Proportionalität zwischen F und s, solange Verformung elastisch bleibt (Hookesches Gesetz: D=const.) Kräftezusammensetzung und -zerlegung • Kräfte, die einen gemeinsamen Angriffspunkt besitzen, kann man zusammensetzen: Vektoraddition der Kraftpfeile zu einer Ersatzkraft • Eine Kraft kann in zwei Kräfte zerlegt werden, für die sie die Ersatzkraft darstellt: Kräftezerlegung in zwei Komponenten Kraftwandler • Sinn und Nützlichkeit von Kraftwandlern: „Verringerung einer aufzuwendenden Kraft bei Vergrößerung der zurückzulegenden Strecke“ • Ein- und zweiseitige Hebel: - Beschreibende Größen sind die wirkende Kraft F und der Kraftarm a - Definition der Größe Drehmoment M: M = F. a - [M] = 1 Newtonmeter = 1 Nm - „An einem Hebel herrscht Gleichgewicht, wenn die Summe der linksdrehenden Drehmomente gleich der Summe der rechtsdrehenden ist“ • Flaschenzüge: Eine lose Rolle halbiert die Zugkraft am Seil, eine feste Rolle lenkt die Zugrichtung um, lässt aber den Betrag der Kraft gleich Seite 3 von 6 aufbauen, durchführen und grafisch im s-FDiagramm auswerten • s-F-Diagramme interpretieren: elastische und inelastische Verformung im Diagramm erkennen Ersatzkraft zweier • Warum hängt ein waagerecht gespanntes Seil immer gegebener Kräfte nach unten durch, wenn man in die Mitte z.B. eine durch Konstruktion Lampe hängt? eines Kräfteparallelogramms finden • Gegebene Kraft in zwei Kräfte (Komponenten) mit vorgegebenen Richtungen zerlegen • Kraft F und • Drehmoment M unterscheiden und Beispiele nennen • Kraftwandler im Alltag erkennen und ihre Wirkung erklären • Kraftarme bei Hebelanordnungen • bezeichnen und • ihre Länge messen • Kraftwandler für bestimmte Situationen richtig auswählen und einsetzen • • Zange als Kraftwandler Flaschenzug an Kränen und im Klettersport Rampe zum Schieben von Einkaufswägen Auf Serpentinenstrecken kann man bestimmte Höhen überwinden, ohne sich zu überanstrengen http://intranet.lsg.musin.de/physik/Fachschaft/Grundwissen/gwp8_wbg.htm 26.08.2006 Grundwissen 8. Klasse • Schiefe Ebene: Gewichtskraft eines Körpers kann in eine Komponente parallel v (Hangabtriebskraft FH ) und senkrecht v (Normalkraft FN ) zur schiefen Ebene zerlegt werden Gewichtskraft und Masse • Die Masse m eines Körpers ist eine ortsunabhängige Größe; [m] = 1 kg. v • Die Gewichtskraft G eines Körpers hängt vom Ort ab, an dem er sich befindet • Zusammenhang zwischen m und G: G = m .g g ist der Ortsfaktor: N gErde ≈ 10 kg • Seite 4 von 6 Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft erklären; Begriffe fachlich richtig verwenden • Gewicht in Masse (und umgekehrt) umrechnen • Ortsabhängigkeit der Gewichtskraft am Beispiel der Erde (Äquator und Pol) erklären • m Körpers; kurz: ρ = V • Symbol ρ (griech. kg rho); [ρ] = 1 m³ = 1 g dm³ • Bei homogenen Körpern ist ρ eine Materialkonstante. Bei inhomogenen Körpern (z.B. Mischung aus verschiedenen m Materialien) ist V die mittlere Dichte • Wasser hat die Dichte „1,0 kg pro Liter“ • Luft hat in etwa die Dichte „1 kg pro m³“ Druck • Druck wird durch mechanische Kräfte (auch Gewichtskräfte) auf Flächen hervorgerufen Vergleich der Orte Erde und Mond: - Masse eines Steins (mSt): mStErde = mStMond - Gewicht eines Steins (GSt): GStErde ≈ 6 . GStMond Ein Körper der Masse 1 kg hat ein Gewicht von etwa 10 N (auf der Erde) • Ein Körper mit dem Gewicht 1 N hat eine Masse von etwa 100 g (auf der Erde) • Festlegung der Einheit der Masse mit „UrKilogramm“ Dichte • Die Dichte ist der Quotient aus Masse und Volumen eines • Möglichkeiten zur Bestimmung der Dichte verschiedener Körper (fest, flüssig, gasförmig) beschreiben • Unterschied zwischen Dichte als Materialkonstante und mittlerer Dichte erklären und Beispiele nennen • Unterschied zwischen Masse und Dichte erklären; Begriffe fachlich richtig verwenden • • • Unterschiedliche • Drücke abschätzen und einordnen • Druck aus gegebener Kraft • Eine 250g-Packung Butter hat ein Volumen von ca. 260 cm³. Ihre Dichte beträgt daher 250 g g 260 cm³ ≈ 0,96 cm³ Luftdruck in Fahrradschläuchen Dampfkochtopf-Ventil http://intranet.lsg.musin.de/physik/Fachschaft/Grundwissen/gwp8_wbg.htm 26.08.2006 Grundwissen 8. Klasse Druck hat keine Richtung • Definition: „Druck p ist der Quotient aus dem Betrag F der Kraft, die senkrecht auf eine Fläche wirkt und deren Flächeninhalt A“; F kurz: p = A • N [p] = 1 m² = 1 Pascal = 1 Pa • • • • • • • Der Druck 1 Pa herrscht, wenn die Kraft 1 N auf eine Fläche von 1 m² wirkt. Druck breitet sich in Flüssigkeiten und Gasen auf Grund der Verschiebbarkeit der Atome bzw. Moleküle gleichmäßig aus Druck in Flüssigkeiten oder Gasen, der durch die eigene Gewichtskraft der Stoffe verursacht wird, nennt man Schweredruck „Tiefen“-druck in Wasser und Luftdruck der uns umgebenden Luft sind Schweredrücke 10 m Wassersäule verursachen einen Schweredruck von 1 bar (= normaler Luftdruck!) Umrechnungen: 100 000 Pa = 1 bar; 1 mbar = 1 hPa Die hydraulische Presse mit Arbeits- und Hubkolben ist ein weiteres Beispiel eines Kraftwandlers Auftriebskraft v Die Auftriebskraft FA wird durch den Schweredruck verursacht. • Ein in Wasser eingetauchter Körper erfährt in jeder Tiefe die gleiche Auftriebskraft v FA ! • • Archimedisches Seite 5 von 6 und Fläche berechnen • Erklären, weshalb eine Person mit einem Stöckelschuh sogar in harten Bodenflächen Löcher hinterlassen kann, • Kraftwandlung durch Geber- und Nehmerkolben einer wobei dieselbe hydraulischen Felgenbremse beim Fahrrad Person mit Schweredruck beim Tauchen • Schneeeschuhen auf einer geschlossenen Schneedecke laufen kann • Erklären, weshalb der Schwereruck im Wasser mit zunehmender Tauchtiefe größer wird • Erklären, weshalb der Luftdruck auf Bergen niedriger als im Tal ist • cartesischer Taucher Erklären, weshalb ein Schiff aus Metall schwimmen kann und wie groß seine Auftriebskraft ist. • Funktionsweise eines cartesischen Tauchers erklären • Ab- und AuftauchVorgang mit Hilfe • Schwimmreifen und andere Schwimmhilfen für einer Schwimmblase Körper bzw. Gegenstände, die alleine in (Fische) erklären • http://intranet.lsg.musin.de/physik/Fachschaft/Grundwissen/gwp8_wbg.htm 26.08.2006 Grundwissen 8. Klasse Gesetz: „Der Betrag der v Auftriebskraft FA ist gleich dem Gewicht G der von einem Körper verdrängten Flüssigkeit oder des verdrängten Gases“ • Aufsteigen bzw. Schwimmen an der Wasseroberfläche (FA > G) • Schweben (FA = G) • Seite 6 von 6 Wasser sinken würden Sinken (FA < G) http://intranet.lsg.musin.de/physik/Fachschaft/Grundwissen/gwp8_wbg.htm 26.08.2006
