1. Schulaufgabe 2009

1. Schulaufgabe aus der Physik - Lösung
Januar 2009 - zur Verfügung gestellt von Dr. Roland Worg
Aufgabe 1: Energieumwandlungen (ca. 10 BE)
• In der Maus muss sich eine Feder befinden, welche aufgezogen werden kann. Diese Feder kann
die Räder antreiben.
• 0 → 1:
Die Feder wird bei diesem Vorgang aufgezogen, sie besitzt Spannenergie.
• 1 → 2:
Beim Loslassen der Maus beschleunigt diese. Die Spannenergie wird in kinetische Energie
gewandelt.
• 2 → 3:
Ein Teil der ursprünglich vorhandenen kinetischen Energie wird in potentielle Energie
umgewandelt. Die Maus besitzt bei 3 auch noch (wenn auch weniger als bei 2) kinetische Energie.
• 3 → 4:
Die bei 3 noch vorhandene kinetische Energie wird in potentielle Energie gewandelt. Bei 4 bleibt
der Wagen stehen und hat dort seine höchste potentielle Energie. Hinweis: Nach Erreichen der
maximalen Höhe bei 4 läuft die Maus ein kleines Stück zurück, ein vollständiger Rücklauf wird
durch die Feder verhindert. Bei diesem Vorgang wird potentielle Energie in Spannenergie
gewandelt.
Aufgabe 2: Bogenschuss nach oben (ca. 10 BE)
a) Berechnung der kinetischen Energie:
b) Im höchsten Punkt wurde die beim Abschuss vorhandene kinetische Energie des Pfeils in potentielle
Energie umgewandelt:
c) Beim Rückflug des Pfeils besteht hohe Verletzungsgefahr für den Schützen. Versieht man den Pfeil
mit einer Schaumstoffkugel an der Spitze, so kommt der Pfeil aufgrund der höheren Reibung nicht so
hoch und wird beim Herabfallen gebremst.
Aufgabe 3: Richtig oder falsch? (ca. 10 BE)
a) Falsch! Der absolute Temperaturnullpunkt liegt bei -273 °C.
b) Falsch! Für die Zunahme der Energie gilt:
c) Richtig! Die innere Energie setzt sich aus der kinetischen und der potentiellen Energie der atomaren
Teilchen zusammen.
Aufgabe 4: Energieänderungen (ca. 11 BE)
a) Gib zu jedem Beispiel in einem Satz an, warum sich die Temperatur ändert. Verwende dabei die
richtigen physikalischen Begriffe, die mit Energie zusammenhängen.
• Thermischer Kontakt: Es fließt Wärme vom Tee zum Löffel.
• Reibungsarbeit: Die mechanische Arbeit führt zur Erhöhung der inneren Energie des Bohrers.
• Die Strahlungsenergie der Sonne erhöht die innere Energie der zugewandten Mondoberfläche
(die sonnenabgewandte Oberfläche strahlt Energie ab).
b)
• Dem System wird 60 kJ Wärme und 20 kJ mechanische Arbeit zugeführt, d.h. insgesamt wird
dem System 60 kJ + 20 kJ = 80 kJ zugeführt.
• Die innere Energie des Systems und die mechanische Energie des Systems nimmt um jeweils
20 kJ zu, d.h. die Energiezunahme des Systems ist:
20 kJ + 20 kJ = 40 kJ
• Das System gibt 40 kJ Wärme ab.
• Für die abgegebene mechanische Arbeit gilt: