ILS Einsendeaufgabe NTG01F Physik Musterfallstudie

1. Aufgabe:
Im Rahmen des weltweiten Klimaschutzes werden zurzeit die sogenannten alternativen Energien verstärkt gefördert.
a) Nennen Sie drei alternative Energiequellen.
Energie aus;

<Pkt.>/3 Pkt.
b) Nennen Sie drei Techniken, mit denen der sogenannte Ökostrom erzeugt werden kann.

<Pkt.>/3 Pkt.
c) Nennen Sie drei Nachteile, welche die Energiegewinnung aus alternativen Energien nach sich ziehen.

<Pkt.>/3 Pkt.
d) Erläutern Sie, warum ein hoher CO2-Ausstoß für die Umwelt schädlich ist.

<Pkt.>/3 Pkt.
2. Aufgabe:
Ein Schleppzug mit einem Gesamtgewicht von 9 Tonnen fährt mit 35 km/h über eine Zufahrtsstraße.
a) Berechnen Sie die kinetische Energie des Schleppzuges.

b) Berechnen Sie die Wärmemenge an einer Bremsscheibe, wenn der Schleppzug bis zum Stillstand abgebremst wird. Der Schleppzug besitzt zwei Bremsscheiben an der Hinterachse. Die gesamte kinetische Energie wird vollständig in Erwärmung der Bremsscheiben umgesetzt.

<Pkt.>/5 Pkt.
c) Berechnen Sie, um wie viel Kelvin sich die Temperatur einer Bremsscheibe (8 kg/Bremsscheibe) bei dem in b) angegebenen Bremsvorgang erhöht. Die Graugussbremsscheibe hat eine spezifische Wärmekapazität c von 0,46 kJ/kg · K.
 
3. Aufgabe:
Ein Transportunternehmen verlädt 150-Liter-Fässer auf Paletten. Die Fässer haben einen Durchmesser von 490 mm. Um die Fässer wirtschaftlich zu verladen, wird geprüft, ob die Verladung auf Europaletten 1,2 x 0,8 m oder auf Industriepaletten
1,2 x 1 m erfolgen soll.
a) Kalkulieren Sie, wie viele Fässer auf die jeweiligen Paletten passen, ohne dass diese überstehen.

<Pkt.>/2 Pkt.
b) Berechnen Sie die Flächenausnutzung der beiden Paletten in %.
Berechnen der Grundfläche der Fässer mit G = π* (r²)

<Pkt.>/8 Pkt.
4. Aufgabe:
In einem Logistikunternehmen benötigt man zur Beheizung des Duschwassers im Sozialbereich einen Warmwasserspeicher, in dem das Duschwasser bei jedem Aufheizen elektrisch von 20 °C auf 72 °C erhitzt werden muss. Der zugehörige Kessel hat ein Volumen von 550 l.
Unterstützt wird der Heizvorgang durch eine thermische Solaranlage, um Energie zu sparen.
Berechnen Sie für einen Aufheizvorgang die erforderliche Wärmemenge in kJ.
Temperaturdifferenz = 72°C – 20°C = 52°C ≙ 52 K

<Pkt.>/4 Pkt.
Berechnen Sie die erforderliche elektrische Arbeit für einen Aufheizvorgang, wenn die thermische Solaranlage den Vorgang mit 10 kWh unterstützt.

Mit der Zuschaltung der Solaranlage wird noch eine elektrische Arbeit von 23,21 kWh benötigt.
<Pkt.>/4 Pkt.
c) Berechnen Sie die Kosten der elektrischen Energie, die bei einem Aufheizvorgang mit Unterstützung der Solaranlage entstehen. Der Strompreis beträgt 0,26 €/kWh.

<Pkt.>/4 Pkt.
 
d) Berechnen Sie die elektrische Leistung der Heizanlage, wenn der Kessel in einer halben Stunde aufgewärmt werden muss und die Solaranlage den Vorgang nicht unterstützt.

<Pkt.>/6 Pkt.
5. Aufgabe:
Ein Gabelstapler transportiert eine Ladung mit der Masse von 450 kg. Die Gewichtskraft des Staplers beträgt 30 kN. Die Abmessungen entnehmen Sie der Darstellung.

a) Berechnen Sie die Auflagekraft FH auf der Hinterachse in kN.

<Pkt.>/8 Pkt.
b) Die Auflagefläche eines Reifens beträgt 10 x 25 cm. Berechnen Sie die Flächenpressung, die an einem Hinterradreifen auf dem Boden entsteht.

c) Berechnen Sie die maximale Kraft F2 max der Ladung, wenn die Hinterachse noch mit 500 N belastet werden soll.

<Pkt.>/6 Pkt.
 
6. Aufgabe:
In einem Fertigungsbetrieb werden die Teile an die Montagestation von zwei unterschiedlich schnellen Transportbändern befördert.
Band 1 befördert die Teile mit einer Geschwindigkeit von v1  20 m/min.
Band 2 befördert die Teile mit einer Geschwindigkeit von v2  60 m/min.
Die zurückgelegte Strecke der beiden Bänder wird als gleich angenommen.
Die Teile auf Band 2 werden mit einer Verzögerung von 5 Minuten gegenüber Band 1 auf den Weg gebracht.
a) Nach wie vielen Minuten haben die Teile auf Band 1 und Band 2 den gleichen Weg zurückgelegt?
Erstellen Sie dazu eine Wertetabelle, aus der sich der Weg und die Zeit der beiden Bänder ergeben.

<Pkt.>/10 Pkt.
b) Erstellen Sie ein Weg-Zeit(s/t)-Diagramm dieses Vorgangs.

<Pkt.>/6 Pkt.
 
7. Aufgabe:
Ein Gabelstapler mit der Masse 4 000 kg bewegt voll beladene Kisten mit der Masse 1 200 kg von der Ebene AB auf eine 6 m hohe Verladerampe (Ebene CD).

a) Berechnen Sie die kinetische Energie des Gabelstaplers in kNm bzw. kJ auf der Ebene AB, wenn er mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von 25 km/h fährt.

<Pkt.>/5 Pkt.
b) Berechnen Sie die potentielle Energie auf Ebene CD des Gabelstaplers mit seiner Last.