Kompetenzschwerpunkt: Dynamik der Punktmasse - Eltis

Kompetenzschwerpunkt: Dynamik der Punktmasse
Fachwissen
erwerben
und anwenden
M
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S
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W
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E
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den Impuls als Zustandsgröße charakterisieren und seine Änderung
durch die Prozessgröße Kraftstoß anwenden
die den Vorgang bestimmenden Größen bei unterschiedlichen Stoßvorgängen berechnen
die Newton’schen Axiome begründet anwenden
die vektorielle Größe Kraft in ihren verschiedenen Erscheinungen
erkennen und verschiedenen Bezugssystemen zuordnen
die Energieerhaltung und die Impulserhaltung in einem abgeschlossenen mechanischen System beschreiben und anwenden
die Kraft als die zentrale Wechselwirkungsgröße beschreiben
zentrale elastische und unelastische Stöße beschreiben und einordnen
das Rückstoßprinzip auf die Impulserhaltung zurückführen
Bilanzgleichnungen für die Erhaltungsgrößen Impuls und Energie
aufstellen und auswerten
anhand von komplexen Anwendungsaufgaben den Energieerhaltungssatz und den Impulserhaltungssatz als Grundlage für die Entwicklung von Lösungsstrategien bewusst anwenden
den Energieerhaltungssatz unter Einbindung der mechanischen Arbeit anwenden
Erkenntnisse
gewinnen
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Experimente zur Messung von Kräften planen, durchführen und auswerten
Ø Bestimmung von Haft- und Gleitreibung
Ø Experimente zur Bestimmung mechanischer Arbeiten
Kommunizieren
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Flächen im F(s) – Diagramm als Arbeit interpretieren und auswerten
die Abgeschlossenheit von mechanischen Systemen im Kontext der
Erhaltungssätze bewerten
die Fortbewegung im Weltall mit dem Rückstoßprinzip erklären
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Reflektieren und
Bewerten
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Stoßvorgänge im Straßenverkehr und zwischen Schienenfahrzeugen
analysieren
Erkennen, dass der Impulserhaltungssatz bei Stößen weitreichender
anwendbar ist als der Energieerhaltungssatz
die Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile mit dem Energieerhaltungssatz begründen
Grundlegende Wissensbestände
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Kraft als Wechselwirkungsgröße
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Wechselwirkungskraft
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Gleichgewichtskraft
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Trägheitskraft
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Reibungskräfte, FReib = µ ⋅FN
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Radialkräfte, FR =
·
·
·
·
m ⋅ v2
r
Vektorielle Addition und Zerlegung von Kräften
Kräfte an geneigten Ebenen
Kurvenüberhöhungen
Anwendungsaufgaben mit Kräftebilanzen
Skalare und vektorielle Größen
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Kräfte in verschiedenen Bezugssystemen
Energieerhaltungssatz der Mechanik
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Energie als Erhaltungsgröße im abgeschlossenen System
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Perpetuum mobile (1. Art) und seine Unmöglichkeit
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Energiebilanzgleichungen unter Einbeziehung der thermischen Energie
mechanische Arbeit
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Arten der mechanischen Arbeit (Hub-, Beschleunigungs-, Reibungs- und Verformungsarbeit)
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Arbeit im F(s) – Diagramm (auch für F ≠ konst. )
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Bilanzgleichungen unter Einbeziehung der Reibungsarbeit, WReib = µ ⋅FN ⋅ s
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mechanische Leistung und Wirkungsgrad, Pmech =
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Impuls und Impulserhaltung
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Wmech
E
= F ⋅ v , η = nutz
t
Eauf
r
r
Impuls als Erhaltungsgröße p = m ⋅ v
·
Herleitung des Zusammenhangs zwischen Impulsänderung und Kraftstoß
r r
Δp = F ⋅ Δt
·
zentrale elastische und unelastische Stoßvorgänge und die Anwendbarkeit der Erhaltungssätze
Herleitung der Geschwindigkeit nach einem unelastischen Stoß zweier Körper
ur
u
uur
r m ⋅v +m ⋅v
2
2
u= 1 1
m1 + m1
·
·
Geschwindigkeitsgleichungen
zweier
Körper
ur
u
uur nach einem elastischen
uur Stoß ur
u
ur
u
ur
u
m1 − m2 ⋅ v1 + 2 ⋅ m2 ⋅ v 2
m2 − m1 ⋅ v 2 + 2 ⋅ m1 ⋅ v1
und u2 =
u1 =
m1 + m2
m1 + m2
(
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·
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)
(
)
ballistisches Pendel zur Bestimmung der Geschossgeschwindigkeit
Bilanzgleichungen für Impuls und Energie
Impulserhaltungssatz
Stoßvorgänge im Straßenverkehr
Rückstoßprinzip und Fortbewegung im All
Bezüge zu anderen Fächern
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