13. Sächsische Physikolympiade

13. Sächsische Physikolympiade
1. Stufe
Klassenstufe 8
Aufgabe 130811 – Rätselhafte Flüssigkeit
Physli findet in der Werkstatt seines Opas eine rätselhafte Flüssigkeit. Sie ist etwas dickflüssiger
als Wasser. Leider steht ihm weder ein Messzylinder noch eine Waage zur Verfügung. Da
aber sein Opa Techniklehrer war, findet er in einem Regal einen Satz von Holzproben mit
aufgedruckten Dichteangaben. Der pfiffige Knabe hat eine Idee. Er lässt den Holzzylinder mit
dem Aufdruck 0,75 g
cm3 in die Flüssigkeit eintauchen. Er wartet bis der Zylinder ruhig schwimmt
und stellt fest, dass der 9cm lange Zylinder noch 1,5cm weit aus der Flüssigkeit herausragt.
Nun ist die Berechnung der Flüssigkeitsdichte gar kein Problem mehr.
Hinweis: Ein Körper schwimmt, wenn die Gewichtskraft der von ihm verdrängten Flüssigkeit
genau so groß wie die Gewichtskraft des Körpers selbst ist.
a) Zeichne die Versuchsanordnung! Trage alle physikalischen Größen ein!
b) Berechne die Dichte der Flüssigkeit!
c) Um welche Flüssigkeit könnte es sich handeln?
d) Erläutere, was mit dem Holzzylinder passiert, wenn man zur Flüssigkeit, in der der
Holzzylinder schwimmt, vorsichtig Spiritus (Ethanol) hinzu gibt!
Aufgabe 130812 – Physikalisches Allerlei
a) Physli möchte mit einer Schubkarre Steinplatten transportieren. Welche der beiden
Transportvarianten ist günstiger? Begründe!
Variante 1 Variante 2
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) Gib für die abgebildete Schaltung die Spannungen und Ströme an den Widerständen R1
und R2 an!
Entscheide in den folgenden Aufgaben, welche Aussagen richtig sind! Es können jeweils mehrere
Aussagen richtig sein.
c) Zur selben Zeit zu der ein Astronaut auf dem Mond eine Sonnenfinsternis beobachtet
1) vollzieht sich auf der Erde auch eine Sonnenfinsternis;
2) könnte man auf der Erde eine Mondfinsternis beobachten;
3) findet beides gleichzeitig statt;
4) findet keiner der beiden Vorgänge statt?
d) Die Brechung des Lichts findet
1) nur im Inneren von lichtdurchlässigen Körpern;
2) an der Grenzfläche zweier lichtdurchlässiger Körper;
3) nur beim Lichtübergang zwischen Luft in Wasser oder Glas;
4) auch beim Übergang vom Vakuum in Glas statt.
e) Bei der Entstehung eines Regenbogens wird das Sonnenlicht
1) nur gebrochen;
2) nur reflektiert;
3) gebrochen und reflektiert;
4) weder gebrochen noch reflektiert.
Aufgabe 130813 – Rätselhafter Faden
Die elastische Verformung von festen Körpern begegnet uns buchstäblich auf Schritt und
Tritt: Schuhsohlen, Gummiringe und Schaumstoffe sind bekannte Beispiele. Beim Zubinden
seiner Schuhe hat Physli manchmal das Gefühl, dass sich beim kräftigen Ziehen auch die
Schnürsenkel ausdehnen. Mit Hilfe eines langen Fadens möchte er nun feststellen, wie sich
Fäden bei Belastung verhalten und welche Art von Verformung vorliegt.
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Er bindet dazu das Ende eines mindestens 4m langen Fadens an einen ortsfesten Gegenstand.
Am anderen Ende befestigt er eine leere Milchpackung und hängt den Faden über eine stabile
Stuhllehne. Die Stuhllehne dient als Umlenkrolle und der Faden darf sich nicht in evtl. zu
weiches Holz einschneiden. Da 100ml Wasser die Masse von 100g haben, ist eine einfache,
stufenweise Belastung des Fadens nun recht unkompliziert machbar.
a) Baue eine ähnliche Versuchsanordnung wie Physli auf! Skizziere deinen Aufbau und
beschrifte alle wesentlichen Elemente! Du kannst deinen Lösungen auch ein Foto der
Anordnung beilegen.
b) Beschreibe, wie Du die Dehnung der Fäden so genau wie möglich messen kannst!
c) Untersuche die Dehnbarkeit des Fadens! Nimm mindestens 5 Messwertpaare auf!
Hinweise: Warte nach der Erhöhung der einwirkenden Kraft, bis sich der Faden vollständig
ausgedehnt hat! Teste vorher, bei welcher Kraft der Faden zu reißen droht!
d) Stelle die Längenänderung des Fadens in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft grafisch
dar (Millimeterpapier)!
e) Interpretiere den Verlauf des Grafen im Diagramm!
f) Begründe an Hand deiner Messergebnisse oder weiterer Untersuchungen, dass sich der
Faden bei diesem Experiment auch plastisch verformt!
g) Führe die gleichen Untersuchungen an einem anderen Faden durch und vergleiche die
Ergebnisse mit dem ersten Faden!
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