Klasse 9 a/b 1. Schulaufgabe aus der Physik 26. 01. 2001 (MNG
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Klasse 9 a/b (MNG) 1. Schulaufgabe aus der Physik Nachholschulaufgabe 26. 01. 2001 1. Ein Fahrradfahrer rollt antriebslos eine Passtraße der Steigung 15% herunter. Seine Geschwindigkeit steigert sich dabei auf 60 km , um dann konstant zu bleiben. Fahrer h und Rad haben zusammen eine Masse von 71 kg. Es herrscht Windstille. a) Erkläre, warum sich eine konstante Geschwindigkeit einstellt. b) Zeichne ein Kräftediagramm im Maßstab 100 N = b 1, 0 cm. c) Wie groß ist die gesamte Reibungskraft FR ? – graphische Lösung. d) Welche Leistung müsste der Radfahrer auf ebener Straße bei Windstille und in der gleichen Sitzposition mindestens aufbringen, um mit konstant 60 km zu h fahren? (Ersatzwert für FR : 100 N) 2. Erkläre! In die Bewertung fließt auch die sprachliche Darstellung und Prägnanz ein. Überflüssige Längen wirken sich negativ aus! a) Unmittelbar nach dem Eintauchen eines Thermometers in 90◦ C warmes Wasser geht dessen Quecksilberfaden erst ein kleines Stück zurück, bevor er ansteigt und die 90◦ C anzeigt. b) Die Pendeluhr in Großmutters Wohnstube geht im Winter immer nach, während sie im Herbst noch die richtige Zeit anzeigte. ~Z F3. 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. 4. 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? Viel Erfolg ! Kink Klasse 9 a/b (MNG) 1. Schulaufgabe aus der Physik Nachholschulaufgabe –Musterlösung – 26. 01. 2001 km m = 16, 7 . h s a) Anfangs ist die Hangabtriebskraft größer als die ihr entgegengerichtete Reibungskraft. Es resultiert eine Kraft, die den Radfahrer beschleunigt. Die Luftreibung nimmt mit steigender Geschwindigkeit solange zu, bis sich Reibungskraft und Hangabtriebskraft gegenseitig kompensieren. N b) FG = mg = 71 kg ·9, 81 = 0, 70 kN = b 7, 0 cm kg F~R F~H 1. geg: Steigung: 15%, m = 71 kg, v = 60 F~G F~N c) Der Zeichnung entnimmt man für FR eine Länge von 1, 0 cm. Demnach ist FR = 0, 10 kN d) Leistung: P = 2. W F · ∆s m = = F · v = 100 N ·16, 7 = 1, 7 kW ∆t ∆t s a) Nach dem Eintauchen des Thermometers in die Flüssigkeit dehnt sich zuerst der Quecksilber-Vorratsbehälter aus Glas aus und nimmt deshalb zunächst mehr Volumen an Quecksilber auf. Dieses fließt aus der Kapillare zurück, der Faden verkürzt sich gering. Erst dann erwärmt sich das Quecksilber (mehr als das Glas) und der Faden steigt an. b) Im Winter ist die Wohnstube gut geheizt, es ist im Mittel wärmer als im Herbst. Damit ist das Pendel geringfügig länger, hat also eine größere Schwingungsdauer. Die Uhr geht im Winter langsamer und damit nach. Klasse 9 a/b (MNG) 3. geg: 1. Schulaufgabe aus der Physik Nachholschulaufgabe –Musterlösung – 26. 01. 2001 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 µS = = = 0, 50 N mS · g 0, 60 kg ·9, 81 kg 4. 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
