1. Schulaufgabe 2008

1. Schulaufgabe aus der Physik – Lösung
Dezember 2008 - zur Verfügung gestellt von Ernst Leitner
1. Aufgabe: Grobe Messung einer menschlichen Leistung (ca. 6 BE)
Größen, welche bekannt sein müssen:
• Masse von Max: m
• Höhe der Treppen, die er bewältigt: Δh
• Zeit, die er für die Bewältigung der Treppen benötigt: Δt
• Erdbeschleunigung: g
Beziehung, mit der er seine Hubleistung bestimmt:
2. Frühsport mit Expander (ca. 5 BE)
Herr Schlaumeier rechnete:
Wdehn = N·F·Δs → Wdehn = 40·500·1,0 N·m = 20 kJ
Seine Rechnung ist nicht richtig, da die Kraft während der Dehnung des Expanders nicht konstant und
somit obige Formel nicht anwendbar ist.
3. Aufgabe: Formel für die kinetische Energie (ca. 10 BE)
• Versuchsaufbau und –
durchführung
Man lässt ein gut gelagertes
Wägelchen (→ Reibungsverluste
sind zu vernachlässigen) aus der
Höhe hA eine glatte schiefe Ebene
hinabrollen.
In der Höhe hB (< hA) der schiefen
Ebene befindet sich eine
Lichtschranke, die vom Wägelchen
für die Zeit Δt unterbrochen wird
(diese Zeit wird mit dem
Digitalzähler gemessen). In der
Zeitspanne Δt bewegt sich das
Wägelchen um die Strecke Δx fort,
so dass gilt:
(1)
• Vereinfachende Annahme:
Bei fehlenden Reibungsverlusten gilt nach dem Energieerhaltungssatz:
Ekin,A = ΔEpot → Ekin,B = m·g·(hA – hB)
(2)
• Vorgehensweise bei der Auswertung:
Man lässt das Wägelchen aus verschiedenen Höhen h A herabrollen und die Lichtschranke
passieren.
Nach Beziehung (2) kennt man die kinetische Energie in B und nach Beziehung (1) die
Geschwindigkeit in B. Aus dem Vergleich verschiedener Wertepaare erhält man:
Ekin,B ~ vB2
4. Aufgabe: Speicherkraftwerk (ca. 19 BE)
a)
• Durch die Fallröhren wird die Lageenergie des Wasser in kinetische Energie gewandelt.
• Durch die Turbine wird die kinetische Energie des Wassers in Rotationsenergie gewandelt.
• Durch den Generator wird die Rotationsenergie in elektrische Energie gewandelt.
b)
Epot,oben = Ekin,unten
c)
d) Berechnung der mechanischen Leistung:
Berechnung der elektrischen Leistung: