Prüfungsvorbereitung Physik: Mechanik

Prüfungsvorbereitung Physik: Mechanik
Theoriefragen: Diese Begriffe musst du auswendig in ein bis zwei Sätzen erklären können.
a) Physikalische Grösse
b) Formel
c) Gleichförmige Bewegung
d) Ungleichförmige Bewegung
e) Beschleunigung/Verzögerung
f) Durchschnittsgeschwindigkeit
g) Woran erkennt man eine Kraft?
h) Welche Wirkungen können Kräfte haben?
i) Wie stellt man Kräfte dar? Warum?
j) Plastische/elastische Verformung
k) Kräftegleichgewicht
l) Wechselwirkungsprinzip
m) Proportional
n) Masse: - Welche Eigenschaften hat eine Masse?
- Was bedeutet jede dieser Eigenschaften?
o) Dichte
p) Gewichtskraft
q) Schwerpunkt
r) Nenne die drei Gleichgewichtsarten und erkläre sie kurz (evtl. anhand eines Beispiels).
s) Wann kippt ein Körper um?
t) Wie erreicht man, dass die Standfestigkeit eines Körpers möglichst gross ist?
u) Normalkraft
v) Reibungskräfte: - In welche Richtung wirken sie?
- Wovon hängt der Betrag ab?
w) Gleitreibung
x) Haftreibung
Physikalische Grössen: Diese physikalischen Grössen musst du kennen, mit Symbolen und
Einheiten.
Symbol Einheit Symbol Einheit
Weg Zeit
Geschwindigkeit Verlängerung
Kraft (Federkonstante)
Volumen Dichte
Gewichtskraft (Ortsfaktor)
Reibungskraft (Reibungszahl)
Masse Normalkraft

†
Formeln: Diese Formeln musst Du umformen und anwenden können. Die Formeln sowie
Tabellenwerte für g, r und µ werden angegeben.
s = v ⋅ t
†
F = D ⋅ s
†
F G = m ⋅ g
†
m = r ⋅V
Fähigkeiten: Diese Fähigkeiten musst Du beherrschen.
†
F R = m ⋅ F N
] Diagramme ablesen
] Formeln umformen
] Zahlenwerte mit Einheiten in Formeln einsetzen und ausrechnen
] Resultate richtig runden und als Zehnerpotenz in der üblichen Form schreiben
] Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften zeichnen
] Physikaufgaben lösen, bei denen mehr als eine Formel verwendet wird
Übungsaufgaben: Bei allen Aufgaben muss der Lösungsweg klar ersichtlich sein (d.h. die
Formel, mit der gerechnet wurde, gehört auch dazu).
Resultate müssen unterstrichen sein. (Einheiten nicht vergessen!)
Alle Arbeitsblätter und Aufgabenblätter
Aufgaben im Internet
www.leifiphysik.de Æ Inhalt nach Gebieten Æ Mechanik
Æ Kraft und Beschleunigung (7)
Aufgaben: Æ Musteraufgaben zu Newton I/II: Nashorn, Lockerer Hammerkopf,
Gewichtskraft auf verschiedenen Planeten, Coladose in der
Schwerelosigkeit
Æ Kraft und Verformung (7)
Aufgaben: Æ Musteraufgaben: Grundversuch
Æ Krafteinführung, Hook (8)
Aufgaben: Æ Musteraufgaben: Kraftmesser
Æ Masse, Gewicht, Ortsfaktor (8)
Aufgaben: Æ Musteraufgaben: Astronaut auf fremdem Planet, Stein auf dem Mond,
Test 1, Test 2, Test 3
Æ Dichte (8)
Aufgaben: Æ Musteraufgaben: Wasservorrat, Schnee auf Dach, Querschnitt einer
Kapillare, Was ist im Innern der Erde?
Weitere Aufgaben
1. Die Schnecke "Slimy Joe" kriecht mit einer Geschwindigkeit von 0.00080560
km
h
†
über
einen Weg, der 9.8350010 cm breit ist.
a) Wie viele signifikante Ziffern besitzen die beiden Zahlenwerte?
b) Rechne aus, wie lange "Slimy Joe" dazu braucht (in Sekunden). Runde das Resultat auf die
richtige Anzahl signifikanter Ziffern.
c) Notiere das Resultat mit einer Zehnerpotenz in der üblichen Form.
2. a) Konstruiere die resultierende Kraft und b) Konstruiere die Kraftkomponenten und
bestimme ihren Betrag. Herrscht hier Kräf- bestimme ihre Beträge. (1.0 N entspricht
tegleichgewicht? (1.0 N entspricht 1.0 cm) 1.0 cm)

†
3. Beim Smart sind in allen vier Rädern Stossdämpfer eingebaut. Wenn man ihn mit 2600 N
zusätzlicher Gewichtskraft belastet, senkt er sich um 5.0 cm ab.
Wie gross ist die Federkonstante eines einzelnen Stossdämpfers?
4. Zwei gleiche Federn werden auf zwei verschiedene Arten kombiniert. Wie verändert sich
dadurch die Federkonstante der Kombination? Wird sie grösser (wieviel mal?) / kleiner
(wieviel mal?) / bleibt sie gleich? Begründe deine Antwort.
Hinweis: Überlege, was geschieht, wenn man eine Last an den Haken hängt.
a) b)
5. Eine Goldkugel (m = 1.5 kg) hängt an einer Feder (D = 0.40
a) Wie gross ist die Gewichtskraft der Kugel auf dem Mars?
b) Um wie viel verlängert sich die Feder auf dem Mars?
c) Wie gross ist das Volumen der Kugel?
6. Hier siehst Du einen Kran, der eine Last von
200.0 N trägt. Wie gross sind die Kräfte in
den beiden Armen, und in welche Richtung
wirken sie? (Kann ein Stab durch ein Seil
ersetzt werden? Welcher?)
†
N
cm ).
7. Muss ein Hammer, der auf dem Mond zum Abmeisseln von Gestein gebraucht wird, eine
grössere Masse haben als einer, der auf der Erde gebraucht wird? Begründe deine
Antwort.
8. Hier geht es um den Stoff Messing (siehe Abb):
g
a) Wie gross ist die Dichte von Messing in und
cm3 kg
in ?
m3 b) Wie gross ist die Masse eines 250 cm
†
3 grossen
Stücks Messing?
c) Wie gross ist das Volumen eines 1.3 kg schweren
Stücks Messing?
9. Hier siehst du ein Diagramm für den Zusammenhang
zwischen Masse und Volumen von
zwei verschiedenen Materialien.
a) Welches Material hat die grössere Dichte, A
oder B?
b) Wie gross ist die Masse von Stoff A bei
einem Volumen von 3.0 l?
c) Zeichne die Gerade für die Dichte von Glas
ins Diagramm ein.
10 ml
m [g]
4
2
16 ml
A
50 g
0
0 2 4 V [cm 3 ]
B

10. Eine leere Seilbahnkabine
(m = 1'631 kg) hängt am
Seil.
Wie gross sind die Kräfte in
den beiden Seilstücken?
11. Eine Feder mit der Federkonstanten D1 = 0.10
N
cm
wird an eine andere Feder
(D2 = 0.20
N
cm
) gehängt. An die beiden Federn hängt man eine Aluminiumkugel
(V = 2.3 cm
†
3 ).
Um wieviel verlängern sich die beiden Federn zusammen auf dem Jupiter?
12. † Zwei elektrisch geladene Kugeln hängen an je einem
Faden (siehe Abbildung). Formuliere das Wechselwirkungsprinzip
für die Kräfte, die zwischen den beiden Kugeln
wirken. Zeichne die Kräfte ein.
13. Ein Schoggiei (m = 81.5 g) steht auf einem Tisch.
a) Formuliere das Wechselwirkungsprinzip für die Kräfte zwischen dem Schoggiei und der
Erde. Zeichne die Kräfte ein (mit rot).
b) Formuliere das Wechselwirkungsprinzip für die Kräfte zwischen dem Schoggiei und dem
Tisch. Zeichne die Kräfte ein (mit blau).
c) Herrscht hier Kräftegleichgewicht? Überlege, welche der Kräfte (aus a) und aus b)) auf das
Schoggiei wirken. Wie gross sind diese Kräfte? In welche Richtungen wirken sie?
Erde
Piz Fisyk
-2mC -4mC
14. Wenn man auf einem Schlitten auf einer waagrechten Schneefläche steht, kann man sich,
ohne den Boden zu berühren, nur durch geschickte Bewegungen (ruckartiges Rutschen),
über eine längere Strecke hinweg fortbewegen. Wie ist das möglich? (Tipp: Beachte den
Unterschied zwischen Haft- und Gleitreibung.)
15. Herr Detektiv Wunderfitz analysiert Materialien. Er schiebt eine Kiste (m = 510 g) aus
unbekanntem Material über einen ebenen Fussboden aus unbekanntem Material. Dabei
bemerkt er, dass er 2.0 N braucht, um die Kiste mit konstanter Geschwindigkeit zu
schieben…AHA! Jetzt nimmt er die zweite Kiste (m = 680 g) aus unbekanntem Material:
Wieder braucht er 2.0 N, um sie mit konstanter Geschwindigkeit zu schieben. AHA, AHA!!!!!
Herr Wunderfitz weiss jetzt, aus welchem Material die beiden Kisten und der Fussboden
sind; Du auch?????? Welche Materialien sind es?

†
†
†
†
Lösungen:
1. a) 0.00080560
b)
t = s
v
†
km h : 5 9.8350010 cm: 8
0.098350010 m
=
0.00022378 m
s
c) 4.3950 · 10 2 s
= 439.50s
2. a) Fres = 1.8 N, b) F1 = 2.3 N, F2 = 2.7 N
keine Kräftegleichgewicht
3. Auf jede Feder wirkt ein Viertel der Kraft: D =
†
F 650 N
= = 130
N
s 5.0 cm cm
4. a) D wird doppelt so gross (die Kraft verteilt sich auf zwei Federn Æ halbe Verlängerung
bei gleicher Kraft Æ doppelte Federkonstante)
b) D wird halb so gross (jede der Federn wird um den gleichen Betrag verlängert Æ
doppelte Verlängerung bei gleicher Kraft Æ halbe Federkonstante)
5. a) FG = m · g = 1.5 kg · 3.7
N
= 5.6 N
kg
b) s =
†
F
D =
5.6 N
0.40 N
= 14 cm
cm
c) V = m 1' 500 g
=
r
19.3 g
= 78 cm 3
cm 3
6. Der obere Stab kann durch ein Seil ersetzt werden.
Der obere Stab zieht, die Stange stösst. Kräftegleichgewicht:
Fres = 0
7. Nein, beim Hämmern ist die Trägheit der Masse massgebend und die ist auf dem Mond
gleich gross wie auf der Erde.
8. a) V = 6.0 ml = 6.0 cm 3 = 0.0000060 m 3
r = m
V =
50 g
g
= 8.3
3
6.0 cm cm 3
r =
†
†
m
V =
0.050 kg
kg
= 8' 300
3
0.0000060 m m 3
g
b) m = r · V = 8.3
cm
†
3 · 250 cm3 = 2075 g = 2.1 kg
c) V = m 1' 300 g
=
r
8.3 g
cm 3
= 157 cm 3
9. a) A
b) 3.0 l = 3.0 dm 3 = 3'000 cm 3
sind 4.0 kg
g
c) Glas: r = 2.5
cm3 m [g]
A
4
†
2
280 N
FG
340 N
0
0 2 4 V [cm 3 ]
B

†
10. FG = m · g = 1'631 kg · 9.81
†
N
kg
g
11. m = r · V = 2.7
cm3 · 2.3 cm3 = 6.21 g = 0.0062 kg
FG = m · g = 0.0062 kg · 23
N
= 0.14 N
kg
s1 =
†
†
F
=
D1 0.14 N
0.10 N
= 1.4 cm s2 =
cm
F
D2 s1 + s2 = 1.4 cm + 0.71 cm = 2.1 cm
†
= 16'000 N 10'000 N entspricht 1.0 cm
= 0.14 N
0.20 N
cm
12. Die linke Kugel stösst die rechte Kugel mit der Kraft Flinks ab.
Die rechte Kugel stösst die linke Kugel mit der Kraft Frechts ab.
Flinks und Frechts sind gleich gross und entgegengesetzt ge-
richtet.
= 0.71 cm
13. a) Das Schoggiei zieht die Erde mit FEi an. Die Erde zieht das Schoggiei mit FErde (oder FG)
an. FEi und FErde sind gleich gross und entgegengesetzt gerichtet.
b) Das Schoggiei drückt mit FEi nach unten auf den
Tisch (und verbiegt diesen). Der Tisch drückt mit
FTisch (oder FN) nach oben auf das Schoggiei und
stützt es. FEi und FTisch sind gleich gross und
entgegengesetzt gerichtet.
c) Auf das Schoggiei wirken FErde (senkrecht nach
unten) und FTisch (oder FN) (senkrecht nach oben).
Die Kräfte greifen am gleichen Körper an, sind
gleich gross und wirken in entgegengesetzte
Richtungen, also herrscht Kräftegleichgewicht.
FTisch
FEi
FErde
FEi
Erde
14. Mit Hilfe der Haftreibung kann man sich am Boden abstossen und kann ein Stück weiterrutschen.
Durch die Gleitreibung wird man gebremst und kommt wieder zum Stillstand.
Dann stösst man sich von neuem ab, etc.
15. Kiste 1: mGleit =
†
FR FN 2.0 N
=
0.51 kg ⋅ 9.81 N
= 0.4
kg
(Holz-Holz)
Kiste 2: mGleit = FR 2.0 N
=
FN 0.68 kg ⋅ 9.81 N
= 0.3
kg
fi Holzboden, 1. Kiste aus Holz, 2. Kiste aus Stein
(Holz-Stein)
†
33'000 N
Piz Fisyk
35'000 N
Frechts
-2mC
-4mC
Flinks