Einsendeaufgabe Physik Sgd PYS03N, Note 1,0

1. In der Physik besteht zwischen zwei Größen häufig ein proportionaler Zusammenhang. Erläutern Sie, was man damit meint an je einem Beispiel aus
a) der Wärmelehre,
b) Elektrizitätslehre und
c) Mechanik.
d) Wie kann man anhand einer Messwerttabelle feststellen, ob zwischen zwei Größen Proportionalität besteht?
2. Schaumstoff (Dichte = 0,035 g/cm3) und Kork (Dichte = 0,25 g/cm3) sind Stoffe, die zur Schall- und Wärmeisolation verwendet werden.
a) Welche Masse hat jeweils eine 5 mm dicke Schicht von 10 m2?
b) Mit welcher Methode könnte man unabhängig vom Ort (z. B. auf dem Mond) überprüfen, ob die Dichtewerte stimmen? Vermeiden Sie dabei den Begriff „Gewicht“.
3. Eine Beißzange kann man als einen zweiarmigen Hebel auffassen. Die Schneide sei 3 cm, der Handgriff 20 cm vom Drehpunkt entfernt. Mit welcher Kraft drückt die Schneide auf einen Nagel, wenn am Griff die Kraft 150 N wirkt? Wie groß ist das auftretende Drehmoment?
4. Mit einem Flaschenzug lässt sich zwar Kraft einsparen, nicht aber mechanische Arbeit. Machen Sie diesen Sachverhalt an einem Flaschenzug klar, der oben und unten aus je drei Rollen besteht und an dem eine Last von 600 N hängt, die um 10 m gehoben werden soll. (Text!)
5. Ein Traktor von 25 000 N Gewicht steht auf einem Feldweg, der auf 100 m Fahrstrecke 28 m ansteigt. Wie groß sind der Hangabtrieb und die Normalkraft?
6. Ein gesunkenes Schiff aus Eisen lässt sich dadurch heben, dass man das Leck abdichtet und Pressluft einleitet.
a) Während des Hebens befindet sich das Schiff im Zustand des Schwebens, obgleich Eisen eine viel höhere Dichte hat als Wasser. Erklären Sie den scheinbaren Widerspruch.
b) Wenn ein Schiff vom Meer in eine Flussmündung einfährt, ändert sich der Tiefgang. Erklären Sie diesen Sachverhalt anhand der Dichtewerte von Meerwasser 1,03 g/cm3 und Süßwasser 1,0 g/cm3.
7. Ein Sprinter durchläuft die 100 m-Strecke in 10 s und erreicht auf den ersten 25 m innerhalb von 4 s seine Höchstgeschwindigkeit.
a) Wie groß ist seine Durchschnittsgeschwindigkeit auf 100 m (in km/h)?
b) Wie groß ist sie auf den ersten 25 m?
c) Wie groß sind seine Beschleunigung und seine Höchstgeschwindigkeit?
8. Der in Aufgabe 7 erwähnte Sprinter führt auf den ersten 25 m eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung aus. Seine Masse sei 75 kg.
a) Welche Kraft muss er zur Beschleunigung aufwenden?
b) Wie groß ist seine Bewegungsenergie bei der Höchstgeschwindigkeit?
c) Welche Leistung verrichtet er während der Beschleunigung?
9. Die sogenannte Knautschzone des Kraftfahrzeugs stellt im ungünstigsten Fall (Frontalaufprall) den Bremsweg dar. Sie betrage 1,50 m, die Geschwindigkeit des Autos sei 72 km/h
a) Welche durchschnittliche Verzögerung erfährt das Kraftfahrzeug beim Aufprall?
b) Welche Kraft erfährt eine Person von 75 kg Masse?
c) Wie lange dauert der Aufprall?
10. Sehen Sie sich zu dieser Aufgabe auch die Aufgabe 1.1 im Übungsheft PYSÜ an.
Ein Körper wird aus der Höhe h = 20 m mit einer Geschwindigkeit von horizontal abgeschossen.
a) Berechnen Sie die x und y Koordinaten des Ortsvektors für die Zeitspanne in Schritten von 0,2 s. Füllen Sie dazu die folgende Tabelle fertig aus, in der die die ersten drei Zeilen bereits angegeben sind.
b) Zeichen Sie die Flugbahn in ein x-y-Koordinatensystem, indem Sie die Punkte der Reihe nach markieren, die der Körper zu einer bestimmten Zeit t erreicht hat. Z. B. für t = 0,2 s, x = 0,4 m und y = 19,8 m. Beide Koordinaten hängen von der Zeit ab, die aber nicht unmittelbar im Koordinatensystem auftaucht. Solche Größen nennt man „Parameter“ („Nebenmaß“). Der Parameter ist eine Hilfsvariable, mit der für Bewegungen eine „Parameterdarstellung“ möglich ist, bei der das Unabhängigkeitsprinzip erkennbar bleibt.
c) Ermitteln Sie aus dem Graph die Wurfweite.
d) Geben Sie an, wie man die Wurfweite berechnen kann.
e) Zeichen Sie den Ortsvektor für die Zeit t = 1,2 s in den Graph ein.