Klasse 9c 1. Schulaufgabe aus der Physik ...... 01. 2005 (WWG

Klasse 9c
(WWG)
1. Schulaufgabe aus der Physik
Nachholschulaufgabe
...... 01. 2005
1. Ein Pkw der Masse m = 1, 7t fährt mit konstanter Geschwindigkeit v = 80 km
eine
h
Passstraße hinauf. Die Passstraße hat über ihre gesamte Länge l = 2, 0 km eine
Steigung von 13% und erklimmt dabei die Höhe h = 258 m.
a) Wie lange braucht der Pkw für die Bergauffahrt der Passstraße?
(Ersatzergebnis: 2 min)
b) Welche Nutzleistung muss der Motor dazu mindestens aufbringen?
c) Warum ist die tatsächlich erforderliche Leistung höher?
~Z
F2. Ein Eichenholzquader der Masse mE = 400 g ist
mE
mS
über eine dünne Schnur mit einem Stahlquader
der Masse mS = 600 g verbunden. Beide werden
durch eine waagrechte Zugkraft FZ = 4, 3 N mit konstanter Geschwindigkeit über
einen Eichenholztisch gezogen. Die Gleitreibungszahl von Eiche auf Eiche beträgt
µE = 0, 34.
Berechne daraus die Gleitreibungszahl µS von Stahl auf Eiche.
3. Eine Masse m = 1, 5 kg ist über ein masselose Rolle und ein dünnes Seil mit einer zweiten,
größeren Masse M = 2, 0 kg verbunden. Sobald
M losgelassen wird, setzen sich beide Massen in
Bewegung. Diese wird beendet, wenn M nach
Durchlaufen der Höhe h = 1, 2 m den Boden erreicht.
M
h
a) Wie ändert sich die potenzielle Energie des
Systems aus beiden Massen durch die gesamte Bewegung?
m
b) Mit welcher Geschwindigkeit v trifft M
auf dem Boden auf, wenn Reibung vernachlässigt wird?
4. Die Gummiseile einer Steinschleuder gehorchen zwar nicht genau dem Gesetz von
Hooke, trotzdem kann man den beiden Gummiseilen für nicht allzu starke Dehnungen
eine ,,Federhärte“ D zuordnen. Das Gummiseil wird um 50 cm über seine ungespannte
Länge gedehnt, um einen Stein der Masse m = 15 g wegzuschleudern.
Mit welcher Geschwindigkeit (in km
) verlässt der Stein höchstens die Schleuder, wenn
h
N
mit D = 0, 90 cm
gerechnet wird?
Viel Erfolg !
Kink
Klasse 9c
(WWG)
1.
1. Schulaufgabe aus der Physik
Nachholschulaufgabe
Musterlösung
...... 01. 2005
m
km
= 22, 2 , l = 2, 0 km
h
s
l
v=
t
2000 m
l
= 90 s
t= =
v
22, 2 ms
a) geg:
v = 80
b) geg:
m = 1, 7t, h = 258 m, t = 90 s
W = Epot
N
· 258 m
1700 kg ·9, 81 kg
Epot
mgh
P =
=
=
= 48 kW
t
t
90 s
c) Tatsächlich ist die Leistung höher, da zusätzlich Reibungsarbeit (im Getriebe,)
durch Rollreibung und Luftreibung verrichtet wird.
2. geg:
mE = 400 g = 0, 40 kg, mS = 600 g = 0, 60 kg, FZ = 4, 3 N, µE = 0, 34.
Die Zugkraft ist gleich der gesamten Reibungskraft:
FZ = µE · mE · g + µS · mS · g
µS · mS · g = FZ − µE · mE · g
N
4, 3 N −0, 34 · 0, 40 kg ·9, 81 kg
FZ − µE · mE · g
=
= 0, 50
µS =
N
mS · g
0, 60 kg ·9, 81 kg
3. geg:
m = 1, 5 kg, M = 2, 0 kg, h = 1, 2 m.
a) Potenzielle Energie vorher:
Epot = M gh
Potenzielle Energie nachher:
0
Epot
= mgh
Änderung:
0
∆Epot = Epot
− Epot = mgh − M gh = (m − M ) · gh
N
= (1, 5 kg −2, 0 kg) · 9, 81 · 1, 2 m = −5, 9 J
kg
Die potenzielle Energie nimmt um 5, 9 J ab.
b) Diese Energie wird in kinetische Energie beider Massen umgewandelt:
Ekin = −∆Epot
1
(M + m) v 2 = −∆Epot
2
s
r
−2 · ∆Epot
2 · 5, 9 J
m
v=
=
= 1, 8
M +m
2, 0 kg +1, 5 kg
s
Klasse 9c
(WWG)
1. Schulaufgabe aus der Physik
Nachholschulaufgabe
Musterlösung
N
N
= 90 , d = 50 cm, m = 15 g
cm
m
Energieerhaltung
4. geg:
D = 0, 90
1 2 1 2
mv = Ds
2
2
s
r
N
90 m
D
m
km
v=s
= 0, 50 m ·
= 39 ≈ 140
m
0, 015 kg
s
h
...... 01. 2005