1. Kontrolle Physik Grundkurs Klasse 11 1. Ein Luchs

1. Kontrolle
Physik Grundkurs Klasse 11
1. Ein Luchs lauert einem Hasen auf und lässt es das ahnungslose und schmackhafte Tier
bis auf 30,0 m herankommen. Dann sprintet er mit 68 km/h auf sein Opfer los, dass sofort
davon rennt. Nach 5,0 s verlassen den Luchs die Kräfte und er gibt das Rennen auf.
Wie schnell musste der Hase mindestens sein, damit er sich von der Speisekarte des
Luchses retten konnte? (5)
2. Im Diagramm sind die Bewegungen
von 5 Autos dargestellt. Beantworten Sie
folgende Fragen.
a) Vergleichen Sie ohne Berechnungen
die Geschwindigkeiten von Auto 1, Auto 2
und Auto 3. (3)
b) Welche Geschwindigkeit hat Auto 1?
(1)
c) Beschreiben Sie die Bewegungen von
Auto 2 und Auto 3 zueinander. (1)
d) Wie groß ist die Geschwindigkeit von
Auto 4? (1)
e) Beschreibe Sie so ausführlich wie
möglich die Bewegung von Auto 5. (3)
g) Geben Sie die Reihenfolge der Autos
zur Zeit 10 Sekunden vom Startpunkt aus
gesehen an. (3)
3. Auf einer Modelleisenbahnanlage fahren zwei Züge nebeneinander. Der eine (1) legt in 3
s eine Strecke von 30 cm und der andere (2) eine Strecke von 40 cm zurück. Begründen Sie
an diesem Beispiel, dass der Quotient s/t als Maß für die Geschwindigkeit besser geeignet
ist als der Quotient t/s. (4)
4. Ein Pkw erhöht seine Geschwindigkeit in 3 s von 50 auf 80 km/h.
a) Berechnen sie die Beschleunigung a
b) Berechnen sie den zurückgelegten Weg s
c) Zeichnen sie das zugehörige t-v-Diagramm
Lösungen
1.
geg.:
km
m
= 18,9
h
s
s = 30,0m
v L = 68
ges.:
vH
t = 5,0 s
Lösung:
Wie weit läuft der Luchs in den 5,0 s bis zum schlappmachen?
s
t
sL = v L ⋅ t
v=
m
⋅5 s
s
sL = 94,4m
sL = 18,9
Da der Hase 30,0 m entfernt ist, braucht er in diesen 5 entscheidenden Sekunden nur
64,4 m zu rennen, um gerade noch davon zu kommen. Wie schnell muss er dazu sein?
s
t
64,4m
vH =
5s
m
v H = 12,9
s
km
v H = 46,4
h
vH =
Antwort:
Der Hase sollte mindestens mit 46,4 km/h rennen um sein Leben zu retten.
2. a) Im Weg-Zeit-Diagramm hat das Objekt mit dem größten Anstieg die größte
Geschwindigkeit. Demnach gilt:
v Auto1 < v Auto2 = v Auto3
b) Aus dem Diagramm wird ein Weg-Zeit-Paar herausgesucht und damit die Geschwindigkeit
berechnet:
s = 200m
t = 10 s
s
t
200m
v=
10 s
v=
m
s
km
v = 72
s
v = 20
c) Die beiden Autos bewegen sich mit gleicher Geschwindigkeit. Auto 2 fährt 150 m vor Auto
1. der Abstand bleibt gleich.
d) Auto 4 legt während der gesamten Zeit keinen Weg zurück, es steht also. Damit ist seine
Geschwindigkeit 0.
e) Auto 5 führt keine gleichförmige Bewegung durch. Bis zu einer Zeit von 15 s wird der
Anstieg der Kurve immer größer, wächst also die Geschwindigkeit. Nach dieser Zeit wird der
Anstieg wieder kleiner, das Auto also langsamer.
f) Auto 5, Auto 3, Auto 1. Auto 4 und Auto 2 haben die gleiche Entfernung und sind am
weitesten entfernt.
3. Dazu werden die Quotienten zuerst berechnet.
Zug
s/t
1
10 cm/s
2
13,3 cm/s
t/s
0,1 s/cm
0,075 s/cm
Eindeutig: Zug 2 ist schneller als Zug 1.
Beim Quotienten s/t ist die Zahl für den Zug 2 größer als beim Zug 1.
Verwendet man den Quotienten t/s, ist beim schnelleren Zug der Zahlenwert kleiner.
Das ist für die Angabe einer Geschwindigkeit nicht sinnvoll.
4.
geg.:
t =3s
ges.:
a, s
v1 = 50 km
h
v 2 = 80 km
h
Lösung:
a) Die Beschleunigung gibt an, um welchen Wert sich die Geschwindigkeit in einer
bestimmten Zeit ändert. Bei dieser Bewegung ändert sich die Geschwindigkeit von
50km/h auf 80 km/h in 3 Sekunden. Also kann man schreiben:
∆v
t
v −v
a= 2 1
t
80 mh − 50 km
h
a=
3s
a=
a=
30 km
h
3s
a=
8,3 ms
3s
a = 2,8 sm2
Das bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit in einer Sekunde um 2,8 m/s oder
10km/h erhöht.
b) Der dabei zurückgelegte Weg setzt sich aus zwei Wegen zusammen: dem Weg,
den das Auto gefahren wäre, wenn es nicht beschleunigt hätte und dem Weg, der
durch die Beschleunigung hinzugekommen ist.
Der erste berechnet sich nach den Gesetzen der gleichförmigen Bewegung, er zweite
nach denen für die gleichmäßig beschleunigte Bewegung.
a
s = v1 ⋅ t + ⋅ t 2
2
m
s
s = 13,9 ⋅ 3 s +
2,8 sm2
2
s = 41,7m + 12,6m
s = 54,3m
⋅ 32 s 2
c) Bei der gleichmäßig beschleunigen Bewegung sind die Zeit und die
Geschwindigkeit zueinander proportional. Im Diagramm stellt sich das durch eine
Gerade dar. Da bereits eine Anfangsgeschwindigkeit vorhanden war, beginnt die
Gerade nicht im Ursprung.
Antwort:
Die Beschleunigung beträgt 2,8 m/s². Während der Beschleunigung legt das Auto 54,3
m zurück.