LÖSUNGEN! 1. Ein Auto mit der Masse 900 kg erfährt eine

LÖSUNGEN!
1. Ein Auto mit der Masse 900 kg erfährt eine Beschleunigung von 4,5 ms-2. Welche Kraft muss
dabei von jedem Rad auf den Wagen übertragen werden?
Geg:
m = 900kg
Ges: F in N
2
a = 4,5 m/s
Lös:
F = m·a = 900kg ·4,5 m/s2 = 4050 kg· m/s2 = 4050 N!
Antwortsatz: Da das Auto 4 Räder hat muss jedes Rad eine Kraft von 1012,5N aufbringen![5]
2. Ein Junge gibt einem Ball mit der Masse 0,5 kg in der Zeit von 0,2 s aus der Ruhe eine
Geschwindigkeit von 8 ms-1. Welche Kraft übt er auf den Ball aus?
Geg:
m = 500 g = 0,5 kg
Ges: F in N
t = 0,2 s
v =8 m/s
Lös:
𝑣
F = m·a //Die Beschleunigung ist nicht gegeben!!  𝑎 = 𝑡 =
8
𝑚
𝑠
𝑚
= 40 𝑠2
0,2𝑠
𝑚
𝐹 = 0,5𝑘𝑔 · 40 𝑠2 = 20N
Antwortsatz:
[4]
3. Ein Zug mit der Gesamtmasse 600 t erreicht beim Anfahren von der Haltestelle aus auf der
Strecke von 2,45 km die Fahrgeschwindigkeit 120 kmh-1. Wie groß ist die Kraft, mit der die
Lokomotive den Zug zieht?
Geg:
m = 600 t = 600 000 kg
Ges: F in N
s = 2,45 km = 2450 m
v = 120km/h = 33,3 m/s
Lös:
𝑎
F = m·a // Die Beschleunigung ist nicht gegeben!!  𝑠 = 2 𝑡 2 𝑢𝑛𝑑 𝑎 =
𝑣
𝑡
𝑣2
 𝑎 = 2𝑠
𝑚 2
𝑠
(33,3 )
𝑣2
𝐹 = 𝑚 · 2𝑠 = 600000𝑘𝑔 · 2∙2450𝑚
𝐹 = 135800𝑁 = 135,8 kN
Antwortsatz:
[5]
4. Eine Kraft von 1200 N beschleunigt auf einer Strecke von 100 m einen Wagen. Das
Fahrzeug erreicht dadurch eine Geschwindigkeit von 62 km/h. Wie groß ist seine Masse?
Geg:
F = 1200N
Ges: m in kg
s = 100m
v = 62km/h = 17,2 m/s
Lös:
F = m·a
𝐹
𝑎
𝑣
 𝑚 = // Die Beschleunigung ist nicht gegeben!!  𝑠 = 𝑡 2 𝑢𝑛𝑑 𝑎 =
𝑎
2
𝑣2
 𝑎 = 2𝑠 =
𝑚=
Antwortsatz:
1200𝑁
𝑚
1,5 2
𝑠
𝑚
𝑠
(17,2 )2
2·100𝑚
𝑡
𝑚
≈ 1,5 𝑠2
= 800kg
[5]
5. Die Kabine eines Aufzugs hat eine Masse von 2,0 t. Sie wird aus der Ruhe gleichmäßig nach
oben beschleunigt und erreicht nach 2,5 m die Geschwindigkeit von 1,0 ms-1. Danach fährt
die Kabine gleichförmig weiter. Für die Lösung der Aufgabe werden Reibung und Masse des
Seils vernachlässigt.
a) Berechnen Sie die Beschleunigung der Kabine.
b) Berechnen Sie die Kraft, die während des Beschleunigungsvorgangs auf das Seil wirkt.
𝑚
Geg:
m = 20005g
Ges: a in 𝑠2 und F in N
s = 2,5m
v = 1 m/s
Lös:
a) Beschleunigung
𝑎
𝑣
𝑠 = 2 𝑡 2 𝑢𝑛𝑑 𝑎 = 𝑡
𝑣2
 𝑎 = 2𝑠 =
𝑚
𝑠
(1 )2
2·2,5𝑚
𝑚
≈ 0,2 𝑠2
b) Auf das Seil wirkt die Gewichtskraft der Kabine und die Kraft, die zum Beschleunigen
notwendig ist.
F  Fg  Fb
F  mg  ma
F  m  g  a 

F  2 10 3 kg  9,81 sm2  0,2 sm2

F  20,02 kN
Antwortsatz:
[6]
6. Erkläre, warum beim Abschuss einer Gewehrkugel ein Rückstoß entsteht. Begründe mit dem
wirkenden Newtonschen Gesetz und nenne seinen Inhalt!
Wechselwirkungsgesetz: Wirkt auf einen Körper eine Kraft, so wirkt auf den zweiten Körper
eine gleich große, aber entgegengesetzte Kraft.
1. Körper: Gewehr
2. Körper: Schütze
[3]
7. Warum konnte auch Münchhausen sich nicht selbst an den Haaren aus dem Sumpf ziehen?
Begründe mit dem wirkenden Newtonschen Gesetz und nenne seinen Inhalt!
Nach dem Wechselwirkungsgesetz wirkt auf den Arm von Münchhausen beim Ziehen die
Gewichtskraft von Münchhausen. Diese drückt über den Arm auf Münchhausen zurück. Damit
ist die resultierende Kraft Null und es kann nach dem Trägheitsgesetz keine Bewegung erfolgen.
[3]
8. Erkläre mit Hilfe eines Newtonschen Gesetzes, warum beim Anfahren einer Straßenbahn die
Fahrgäste, die sich nicht festhalten oder keinen sicheren Stand haben, umfallen können.
Trägheitsgesetz: Wirkt auf einen Körper keine Kraft, bleibt er im Zustand er Ruhe oder
gleichförmigen Bewegung.
Erklärung: nicht Festhalten = fast keine Kraftübertragung zwischen Straßenbahn und Fahrgast
=> Fahrgast bleibt in Ruhe und Straßenbahn fährt unter ihm weg.
[3]
9. Wie ist es zu erklären, dass ein laufender Mensch, der stolpert, stets in Richtung seiner
Bewegung fällt, während ein auf dem Eis ausrutschender Mensch immer nach hinten fällt?
Wenn ein Mensch stolpert, werden seine Füße plötzlich abgebremst, es wirkt also eine Kraft auf
sie entgegen der Bewegungsrichtung. Da die Kraft immer eine gewisse Zeit braucht, um sich in
einem Körper auszubreiten, spürt der Rest des Körpers noch nichts davon und bewegt sich nach
dem Trägheitsgesetz nach vor weiter. Damit verliert der Mensch das Gleichgewicht und fällt
nach vorn.
Rutsch ein Mensch auf dem Eis aus, wirkt auf Grund der fehlenden Reibung zwischen Füßen
und Eis keine Kraft mehr auf die Füße. Damit bewegen sie sich schneller als der restliche
Körper, der durch seine Trägheit zurück bleibt. Auch hier verliert der Mensch das
Gleichgewicht und bleibt hinter seinen Füßen zurück, fällt also nach hinten.
[3]
10. Ein Dieb hat seine Beute in einem Sack aus schlechtem Material. Warum zerreißt der Sack,
wenn er ihn rasch hochhebt, nicht aber, wenn er ihn langsam anhebt?
Beim schnellen hochheben kann sich Kraft nicht schnell genug auf die Beute wirken, sie will
nach dem Trägheitsgesetz im Zustand der Ruhe bleiben. Auf den Sack wirkt dann die
Gegenkraft und er zerreißt. Hebt der Dieb die Beute langsam an, kann die Kraft auf die Beute
wirken und er wird mit dem Sack beschleunigt.
Kraft benötigt eine gewisse Zeit, bis sie sich weiterbewegt.
[3]
11. Ein Milchauto ist hat auf einem Bauernhof Milch geholt und ist erst halb gefüllt. Ordne den
Fahrabschnitten Anfahren, Fahren mit konstanter Geschwindigkeit und Abbremsen die
Bilder zu, die den Zustand der Milch im Tank darstellen.
Begründe deine Entscheidungen!
Die Milch verhält sich träge.
Bild b beim Anfahren bleibt sie etwas zurück, also,
Bild a beim Fahren mit konstanter Geschwindigkeit liegt sie ruhig im Tankwagen,
Bild b beim Abbremsen bewegt sie sich nach vorn!
[3]
12. Löse von den Aufgaben 1 - 5 drei Aufgaben und von den Aufgaben 6 -12 vier Aufgaben!