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Landeswettbewerb Physik 2012/2013 Runde 3
Durchblick mit Physik
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Aufgabe 1
Physik rund um den Wasserkocher
a) Stelle Dir zunächst einen Wasservorrat (mindestens 5 Liter) bereit und bestimme die Temperatur des Wassers.
b) Bestimme mehrfach unmittelbar hintereinander die Zeit, die dein Wasserkocher zum Kochen von 1 l Wasser
benötigt. Trage die Messwerte in ein Diagramm ein und erkläre deine Ergebnisse.
c) Bestimme aus den Messwerten möglichst genau die elektrische Leistung des verwendeten Wasserkochers.
d) Vergleiche den Wert aus c) mit dem Nennwert deines Wasserkochers und erkläre, wie die Differenz zustande
kommt.
e) Führe eine ausführliche Fehlerbetrachtung durch. Wodurch werden deine Messergebnisse verfälscht?
Vorsicht beim Experimentieren mit kochendem Wasser! Du musst dir unbedingt genügend Zeit lassen beim
Ausgießen des kochenden Wassers, damit du dich nicht verbrühst.
Aufgabe 2
Sprung vom Rande des Universums
a) Felix Baumgartner ist am 14. Oktober 2012 nach Verlassen seiner Kapsel in 39 km Höhe direkt zur Erde gefallen.
Etwa 300 km über der Absprunghöhe von Felix Baumgartner schweben die Astronauten in der Raumstation ISS
und fallen nicht herunter. Woran liegt das? Ab welcher Höhe beginnt das "Schweben"? Begründe Deine
Überlegungen.
b) Bei seinem Sprung hat Felix Baumgartner eine Höchstgeschwindigkeit von 1340 km/h erreicht und ist dabei 4 min
20 s gefallen, bevor er seinen Fallschirm geöffnet hat. Ein normaler Fallschirmspringer erreicht beim Fallen seine
Maximalgeschwindigkeit von ungefähr 55 m/s (ca. 198 km/h) bereits nach etwa 7 s. Welcher scheinbare
Widerspruch steckt in diesen Angaben? Finde physikalische Erklärungen.
c) Angenommen, Felix Baumgartner hätte vor seinem eigenen Absprung eine 80 kg schwere Kugel mit 50 cm
Durchmesser aus 39 km Höhe abgeworfen. Warum ist es gar nicht so leicht genau anzugeben, wie lange die Kugel
fällt, bis sie die Erdoberfläche erreicht? Schätze rechnerisch ab, wie lange der Fall der Kugel mindestens dauern
muss und wie lange er höchstens etwa dauern kann. Erläutere Deine Überlegungen.
Aufgabe 3
Feuchtigkeitssensor
Mit der elektronischer Schaltung kann angezeigt werden, dass
die Erde in einem Blumentopf zu trocken ist und dass die
Blume gegossen werden muss. Dazu werden die beiden
Messspitzen in einem bestimmten Abstand d einfach in die
Erde gesteckt.
a) Baue diese Schaltung nach (Bauteile bis auf die 9V­Block­
Batterie sind beigefügt, informiere dich über die Anschlüsse
beim Transistor, bei der LED sowie über die Farbcodierung
der Widerstände ) und fotografiere sie so, dass alle Bauteile gut erkennbar sind.
b) Nimm nun anstelle eines Blumentopfes ein Glas mit Leitungswasser. Tauche die beiden Drahtenden, die
normalerweise im Blumentopf stecken, ins Wasser. Variiere nun den Abstand der beiden Drähte und erkläre deine
Beobachtung!
c) Schließe nun in deiner Schaltung parallel zur LED ein empfindliches Spannungsmessgerät an (Punkte A und B).
Wiederhole den vorherigen Versuch und erstelle eine aussagekräftige Messtabelle, in der die Spannung in
Abhängigkeit des Drahtabstandes eingetragen ist. Fertige nun ein U(d)­Diagramm an.
d) Gießwasser enthält oft Dünger (Mineralien, Salze). Füge deinem Glas Wasser Kochsalz hinzu und führe den
vorherigen Versuch erneut durch. Fertige auch jetzt eine Messtabelle und ein Diagramm an und erkläre den
Unterschied zum vorherigen Versuch!
e) Die Schaltung lässt sich natürlich variieren. Baue zuerst anstatt des 330­Ohm Widerstandes den 100­Ohm
Widerstand (später den 10­ bzw. 56­kilo­Ohm Widerstand) ein und wiederhole Versuch 3 sowohl mit Leitungswasser
als auch mit Salzwasser und erkläre deine Beobachtung.
f) Erkläre mit deinen Worten, wie diese Schaltung funktioniert und welche Aufgabe die einzelnen Bauteile haben!
www.lw-physik.bildung-rp.de
Einsendungen bis zum 2. Mai 2013 an das Sickingen Gymnasium, Frau StD' Schuster, Philipp-Fauth-Str. 3, 66849 Landstuhl
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