Aufgabensammlung - Institut für Experimentelle und Angewandte ...

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Aufgabensammlung - Institut für Experimentelle und Angewandte ...

Prof. Dr. K. Wolschendorf

Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Kiel

Aufgabensammlung zur Physik-Klausur für

Agrarwissenschaftler und Ökotrophologen

( Stand: SS 2004 )

Mechanik

M 1

An einer Passstraße in den Bergen steht ein Hinweisschild: Steigung 14 %. Wie

groß ist der Steigungswinkel in Grad ?

M 2

In der Physik wird die Größe eines Winkels vielfach im Bogenmaß statt im Gradmaß

angegeben. Wie groß ist ein Winkel von 25 Grad im Bogenmaß ?

M 3 In welchen Basiseinheiten wird im SI-System die Beschleunigung a, die Arbeit W,

die kinetische Energie W kin , der Druck p, das Trägheitsmoment I und der Drehimpuls

L angegeben ?

M 4

Welche der folgenden physikalischen Größen sind Skalare und welche Vektoren:

Beschleunigung, Impuls, Stromstärke, Energie, Trägheitsmoment, hydrostatischer

Druck, Temperatur, Periodendauer, elektrische Feldstärke, Drehmoment ?

M 5

Eine Kugel aus Metall ( Dichte = 7,6 g/cm 3 ) hat die Masse m = 5 kg. Wie groß

ist ihr Durchmesser d ?

M 6

Schaumstoff ist ein vielbenutztes Verpackungs- und Wärmedämmungsmaterial

mit einer sehr geringen Dichte ( = 0,03 g/cm 3 ). Wie groß ist die Masse m eines

Würfels aus Schaumstoff, dessen Kantenlänge l = 50 cm beträgt ?

M 7 Ein zylindrisches Fass mit dem Durchmesser d = 60 cm ist bis zur Höhe h 1 =

80 cm mit einer Flüssigkeit F 1 der Dichte 1 = 0,5 g/cm 3 gefüllt. Wie groß ist die

Masse m 1 der Flüssigkeit F 1 ? Dann wird bis zur Höhe h 2 = 120 cm eine andere

Flüssigkeit F 2 der Dichte 2 = 1,5 g/cm 3 hinzu gegossen und mit F 1 vermischt. Wie

groß ist die Dichte M der Flüssigkeitsmischung ?

M 8 37 Kartoffeln, die der Einfachheit halber als Kugeln mit dem Durchmesser d =

5,6 cm angenommen werden sollen, wiegen 4,2 kg. Wie groß ist die Dichte K

einer Kartoffel ? Wie groß ist die Schüttdichte S , wenn 1600 Kartoffeln in einer

Kiste mit dem Volumen V von 0,28 m 3 Platz finden ?

- 1 -


M 9 Ein Autofahrer legt die Entfernung s AB von A-Stadt nach B-Stadt, die 32 km

beträgt, mit einer mittleren Geschwindigkeit v AB von 56 km/h zurück. Auf der 48

km langen Strecke s BC von B-Stadt nach C-Stadt ist er etwas schneller und erreicht

eine mittlere Geschwindigkeit v BC von 88 km/h. Wie groß ist seine mittlere

Reisegeschwindigkeit v AC für die gesamte Strecke s AC von A-Stadt nach C-Stadt ?

M 10

M 11

M 12

M 13

M 14

M 15

M 16

Ein Motorboot fährt mit einer Geschwindigkeit v B auf einem Fluss der eine gewisse

Strömungsgeschwindigkeit v s hat. Dabei erreicht das Boot relativ zum Ufer

stromaufwärts eine Geschwindigkeit v auf von 6,2 km/h und stromabwärts eine

Geschwindigkeit v ab von 19,4 km/h. Berechnen Sie die Fahrgeschwindigkeit v B des

Bootes und die Strömungsgeschwindigkeit v s des Flusses.

Ein LKW startet um 8.00 Uhr in Hamburg und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit

v L = 70 km/h in Richtung Flensburg. Da der Fahrer seine Papiere vergessen

hat, fährt um 8.15 Uhr ein PKW mit der Geschwindigkeit v P = 124 km/h hinterher.

Zu welcher Zeit t e hat er den LKW eingeholt? Welche Strecke s e hat er dabei

zurückgelegt ?

Bis in welche Höhe h muss ein Hubschrauber aufsteigen, damit ein von ihm herunterfallender

Stein mit einer Geschwindigkeit v = 68 km/h auf die Erdoberfläche

aufprallt ?

Ein Kind, das mit ausgestrecktem Arm eine Höhe von 1,80 m erreicht, wirft mit

einem Stein nach einer senkrecht über ihm hängenden Straßenlampe. Mit welcher

Geschwindigkeit v o muss es den Stein abwerfen, damit dieser die in der Höhe

h = 8 m hängende Lampe gerade erreicht? Welche Zeit t braucht der Stein bis

zum Erreichen der Lampe ?

Von der Spitze eines Turmes der Höhe h 0 wird eine Kugel zum Zeitpunkt t = 0 mit

der Anfangsgeschwindigkeit v 0 senkrecht in die Luft geworfen. Beim Zurückfallen

fällt sie dicht neben dem Turm auf die Erde. Es seien h 0 = 10 m und v 0 = 24 m/s.

Welche Maximalhöhe h max erreicht die Kugel ? Nach welcher Zeit t S erreicht sie

diese ? Nach welcher Gesamtflugzeit t G trifft sie wieder auf der Erdoberfläche auf?

Von einem sehr hohen Gebäude wird ein Stein mit der Anfangsgeschwindigkeit

v 0 = 17 m/s senkrecht nach unten geworfen. Welche Tiefe s ( von der Oberkante

des Gebäudes aus gesehen ) hat er nach einer Zeit t = 3,3 Sekunden erreicht ?

Wie groß ist dann seine Geschwindigkeit v t ?

Ein senkrecht nach unten geworfener Stein trifft in einer Tiefe von s = 20 m mit

einer Geschwindigkeit v = 23 m/s auf dem Boden auf. Mit welcher Geschwindigkeit

v 0 wurde er abgeworfen ? Wie groß ist seine Fallzeit t F ?

- 2 -


M 17

M 18

M 19

M 20

Ein Stein fällt in einen tiefen Schacht. Welche Tiefe s hat der Schacht, wenn man

den Aufschlag des Steines nach einer Zeit von t = 3,8 Sekunden hört ? ( Die

Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt c = 330 m/s ).

Ein Auto werde vom Start weg mit einer Beschleunigung von a = 3,6 m/s 2 bewegt.

Nach welcher Zeit t erreicht es die Geschwindigkeit v = 80 km/h ? Welchen Weg

s hat es dabei zurückgelegt ?

Ein PKW, der beim Bremsen eine Verzögerung ( = negative Beschleunigung ) von

a = 5,5 m/s 2 erzielt, fährt mit einer Geschwindigkeit von v = 50 km/h, als er plötzlich

bremsen muss. Wie groß ist die Bremszeit t B , d.h. die Zeit bis zum Stillstand

des Wagens? Wie lang ist der Bremsweg s B ( ohne Reaktionszeit ) ?

Zeichnen Sie zu dem gegebenen st-Diagramm das dazugehörige vt-Diagramm.

M 21

2 3

s( t) k k t k t ,

0 2

Ein Massenpunkt bewegt sich auf einer geraden Bahn nach dem Weg-Zeit-

Gesetz:

wobei die Konstanten die Werte k 0 = 12 m, k 2 = 5,8 m/s 2 und k 3 = 3,7 m/s 3 haben.Wie

groß ist die Geschwindigkeit v nach einer Zeit von t = 5 Sekunden ?

3

- 3 -


M 22

M 23

M 24

Eine Kugel, die im Ursprung eines XY-Koordinatensystems abgeschossen wird,

fliegt auf einer Bahn, die sich durch die Gleichung y = - 4x 2 + 56x beschreiben

lässt. Bei welchem Wert x W trifft sie wieder auf die x-Achse ? Welches ist ihre

Maximalhöhe y max ?

In der x, y-Ebene seien die beiden Kraftvektoren F 1 = (3,6) und F 2 = (-2,3) definiert.

Wie sieht der Summenvektor F 3 = F 1 + F 2 aus ? Wie groß ist sein Betrag ?

Welchen Winkel besitzt er zur x-Achse ?

Ein Boot fährt mit einer Geschwindigkeit v B = 28,8 km/h quer über einen Fluss der

Breite s b = 84 m, ohne der Strömung entgegen zu steuern. Der Fluss fließt mit

einer Strömungsgeschwindigkeit v S = 4 m/s und treibt das Boot um eine bestimmte

Strecke s a ab. Nach welcher Zeit t erreicht das Boot das andere Ufer ? Um

welche Strecke s a wird es abgetrieben ? Welches ist die vom Boot wirklich zurückgelegte

Gesamtstrecke s g ?

8

s 1



4

s 2


.

M 25 In der xy-Ebene liegen die Vektoren und Berechnen Sie das

3

0

Skalarprodukt

s

s .

1 2

M 26

M 27

M 28

M 29

M 30

Auf der Achse eines Elektromotors ist ein Zeiger befestigt, der zur Anzeige des

Winkels dient. Zum Zeitpunkt t = 0 befindet sich der Zeiger in der Position =

0 rad. Dann dreht sich der Elektromotor mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit

= rad/s. In welcher Winkelposition befindet sich der Zeiger nach einer

Zeit von t = 6 Sekunden ?

Ein Ventilator läuft mit einer Drehzahl von n = 660 Umdrehungen pro Minute. Wie

groß ist seine Winkelgeschwindigkeit ? Wie groß ist die Bahngeschwindigkeit v

an der Spitze seines Rotorblattes, wenn dieses von der Achse bis zur Spitze eine

Länge von l =12 cm hat ?

Bei einer Uhr (Zeigeruhr, keine Digitaluhr) werden die einzelnen Zeitbereiche in

der Regel durch Stunden-, Minuten- und Sekundenzeiger angezeigt. Wie groß ist

die Winkelgeschwindigkeit des Stundenzeigers? Wie groß ist die Bahngeschwindigkeit

v eines Massenpunktes an seiner Spitze, wenn der Stundenzeiger

eine Länge von l = 12 Millimeter hat ?

Berechnen Sie die Winkelgeschwindigkeit E der Erde.

Ein Himmelskörper mit dem Durchmesser d = 8200 km braucht für eine Drehung

um die eigene Achse 14 Stunden. Wie groß ist seine Winkelgeschwindigkeit ?

Wie groß ist die Bahngeschwindigkeit v B eines Massenpunktes, der sich am

„Äquator” befindet ?

- 4 -


M 31 Ein Erdsatellit umkreist die Erde ( Erdradius r E = 6350 km ) in einer Höhe von h =

200 km. Seine Umlaufzeit beträgt T = 85,74 Minuten. Wie groß ist seine Winkelgeschwindigkeit

und seine Bahngeschwindigkeit v ?

M 32

Bei einem über ein Feld fahrenden Traktor drehen sich die Hinterräder, deren

Durchmesser d = 1,8 m beträgt, 20mal in der Minute. Wie groß ist die Winkelgeschwindigkeit

der Hinterräder? Welche Geschwindigkeit v hat der Traktor?

M 33

Eine Kreissäge dreht sich mit einer Tourenzahl von n = 2150 Umdrehungen pro

Minute. Wie groß ist die Winkelgeschwindigkeit ? Wie groß ist die Frequenz f

des Grundtones vom Sägegeräusch, wenn sie auf ihrem Umfang 28 Sägezähne

hat ?

M 34

Ein auf der Achse eines Motors befestigter Zeiger befindet sich zum Zeitpunkt

t = 0 in der Winkelposition 0 = 0 rad. Dann führt der Motor 3 Sekunden lang eine

beschleunigte Drehbewegung mit der Winkelbeschleunigung a w = 3 rad/s 2 durch.

In welcher Winkelposition befindet sich der Zeiger jetzt ?

M 35

Ein Auto mit der Leistung von 55 PS fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit

v = 125 km/h auf einer ebenen Straße. Wie groß ist die vom Motor ausgeübte

Kraft F, die das Auto vorwärtsbewegt ? Warum beschleunigt das Auto nicht ?

M 36

Ein Klotz der Masse m = 1,2 kg rutscht eine schiefe Ebene herab, deren Neigungswinkel

= 40 o beträgt. Mit welcher Kraft F A drückt er auf die Unterlage ?

M 37 Welche Eigenschaften hat die Reibungskraft ?

M 38 Welche Arten von Reibung gibt es ? Wodurch unterscheiden sie sich ?

M 39

Die Pufferfeder eines Eisenbahnwagens wird von der Kraft F = 12 kN ( Kilonewton)

um die Strecke x = 32 mm zusammengedrückt. Berechnen Sie die Federkonstante

k !

M 40

Die Massen m 1 = 10 5 kg und m 2 = 2,7 • 10 6 kg sind in einem Abstand r = 23 km

voneinander angebracht, wobei sich in der Umgebung keine weiteren Massen

befinden sollen. Wie groß ist die Kraft F, die zwischen ihnen wirkt ?

M 41

Wie kann man mit Hilfe des Gravitationsgesetzes die Masse m E und die mittlere

Dichte E der Erde bestimmen ? ( Erdradius r E = 6370 km )

M 42

Ein Nagel der Masse m N = 5 Gramm steht senkrecht auf einer Fläche. Auf ihm liegt

eine Masse m von 1,5 kg. Wie groß ist der Druck unter seiner Spitze, wenn deren

Fläche A = 0,3 mm 2 beträgt ?

- 5 -


M 43

Was ist der Unterschied zwischen einem einarmigen und einem zweiarmigen

Hebel?

M 44 Was ist ein Wellrad, und wie funktioniert es ?

M 45

Welche Gleichgewichtsarten unterscheidet man in der Mechanik , und wodurch

sind diese definiert ?

M 46

Ein Holzquader mit einer quadratischen Grundfläche der Seitenlänge l = 4 cm und

der Höhe h = 8 cm werde langsam geneigt. Bei welchem Neigungswinkel

gegen die Senkrechte kippt er um ?

M 47

Ein Boot der Masse m B = 125 kg mit einem Angler der Masse m A = 75 kg befindet

sich kurz vor dem Ufer. Er springt mit einer Geschwindigkeit von v A = 2,5 m/s

(Horizontalkomponente) an Land. Mit welcher Geschwindigkeit v B bewegt sich das

Boot dabei in die entgegengesetzte Richtung ?

M 48

Ein Körper mit kleinerer Masse m 1 und ein Körper mit größerer Masse m 2 werden

mit den Geschwindigkeiten v 1 bzw. v 2 bewegt und haben dabei den gleichen

Impuls p. Welcher Körper hat die größere kinetische Energie W ? Begründung ?

M 49 Wie groß ist die kinetische Energie W kin eines Fahrzeuges der Masse m = 1200

kg, das sich mit einer Geschwindigkeit von v = 80 km pro Stunde fortbewegt ?

Was geschieht mit dieser Energie beim Aufprall auf ein feststehendes Hindernis ?

M 50

Ein LKW der Masse m L = 12 Tonnen und der Geschwindigkeit v L = 50 km/h stößt

frontal mit einem entgegenkommenden PKW der Masse m P = 1,5 Tonnen und der

Geschwindigkeit v P = - 100 km/h zusammen. Die Fahrzeuge verkeilen sich ineinander

und bewegen sich nach diesem Zusammenstoß gemeinsam weiter ( unelastischer

Stoß! ). In welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit v G bewegen

sie sich ?

M 51

Welche physikalische Arbeit W vollbringt eine Person, die einen Koffer mit der

Masse m = 25 kg um eine Stück h = 34 cm hochhebt, damit eine Strecke s =

200 m weit auf ebenem Gelände geht und die Last wieder absetzt ?

M 52

Ein Eiskunstläufer kann bei einer Pirouette die Umdrehungsgeschwindigkeit

dadurch beeinflussen, daß er die Arme verschieden weit ausstreckt. Wie ist dieser

Vorgang physikalisch zu erklären ?

- 6 -


Hydrostatik und Hydrodynamik

H 1

H 2

Durch welche äußerlichen Merkmale unterscheiden sich feste, flüssige und

gasförmige Stoffe? Durch welche atomaren bzw. molekularen Eigenschaften sind

diese Merkmale bedingt?

Ein Glasrohr des Durchmessers d = 2,4 mm sei bis zur Höhe h = 71 cm mit

Quecksilber ( Dichte = 13,6 g/cm 3 ) gefüllt. Wie viel Kubikzentimeter Quecksilber

sind in dem Rohr ? Wie groß ist der hydrostatische Druck p am Boden des Gefäßes

?

H 3 Was versteht man unter dem Begriff "Hydrostatisches Paradoxon" ?

H 4

H 5

H 6

H 7

H 8

H 9

H 10

Wie funktioniert eine hydraulische Presse ? (Skizze, Erläuterung)

Nennen Sie einige Druckmessgeräte, und skizzieren bzw. beschreiben Sie kurz,

wie sie funktionieren.

Früher wurde zur Angabe des Druckes p die Einheit 1 atm verwendet. Im SI-System

benutzt man heute die Einheit 1 Pascal. Leiten Sie rechnerisch her, wie viel

Pascal 1 atm entsprechen !

Der atmosphärische Luftdruck p nimmt mit der Höhe h ab. Diese Abhängigkeit

kann man in guter Näherung durch das Gesetz

p = p o •e -h

beschreiben. Dabei ist p o der Druck am Erdboden ( p o = 10 5 Pa ) und der Koeffizient

= 1,25•10 -4 m -1 . Wie groß ist der Druck p h in einer Höhe von 6000 Metern?

Die Abhängigkeit des atmosphärischen Luftdrucks p von der Höhe h wird bekanntlich

durch die barometrische Höhenformel beschrieben:

p = p o •e -h .

Dabei ist p o der Druck am Erdboden ( p o = 10 5 Pa ) und der Koeffizient

= 1,25•10 -4 m -1 . In welcher Höhe h ist der Druck p auf 1/5 von p o abgesunken ?

Eine Kugel aus Metall (Dichte M = 7,5 g/cm 3 ) mit dem Durchmesser d = 8 cm wird

in eine Flüssigkeit mit der Dichte F = 1,5 g/cm 3 getaucht. Wie groß ist die Auftriebskraft

F A , die sie erfährt?

Ein in eine Flüssigkeit getauchter Körper kann entweder sinken, schweben oder

nach oben steigen und an der Oberfläche schwimmen. Welches sind die Bedingungen

dafür, dass der Körper sinkt, schwebt oder oben schwimmt ?

- 7 -


H 11

H 12

H 13

Ein Quader aus Holz mit einer Länge von l = 60 cm, einer Breite von b = 40 cm

und einer Höhe von h = 12 cm schwimmt im Wasser der Dichte W = 1 g/cm 3 . Wie

tief taucht er ein, wenn die Dichte des Holzes H = 0,7 g/cm 3 beträgt ?

In einem Rohr mit dem Innendurchmesser d 1 = 0,9 cm beträgt die Geschwindigkeit

einer strömenden Flüssigkeit v 1 = 88 cm/s. Wie groß ist die Strömungsgeschwindigkeit

v 2 an einer anderen Stelle, wo der Innendurchmesser d 2 = 0,4 cm beträgt ?

In einem 4 m tiefen Fluss ( rechteckiges Profil ) betrage bei einer Breite b 1 von

28 m die Strömungsgeschwindigkeit v 1 = 1,8 m/s. Wie groß wird die Strömungsgeschwindigkeit

v 2 , wenn sich die Breite auf b 2 = 11 m verändert ?

- 8 -


Schwingungen und Wellen

S 1

S 2

S 3

S 4

Mit welcher Funktion beschreibt man eine eindimensionale harmonische Schwingung

?

Ein Massenpunkt vollführe eine harmonische Schwingung nach der Gleichung

y(t) = y o • sin( • t). Hierbei sei die Amplitude y o = 80 cm und die Frequenz f =

1,6 Hz. Die Schwingung beginne zum Zeitpunkt t = 0. Wie groß ist die Auslenkung

y(t) nach einer Zeit von t = 0,12 Sekunden ?

Mit welcher Gleichung beschreibt man die Bewegung eines im Schwerefeld der

Erde aufgehängten Fadenpendels, nachdem man es angestoßen hat? Wie groß

ist seine Schwingungsdauer T und seine Kreisfrequenz , wenn die Masse m =

100 g und die Länge l = 160 cm betragen?

Bestimmen Sie die Länge l eines Fadenpendels, das genau eine Zeit von t = 2 s

braucht, um von einem Umkehrpunkt zum anderen zu gelangen.

S 5 Welcher Unterschied besteht zwischen einer Schwingung und einer Welle ?

S 6 Was versteht man unter dem physikalischen Begriff "Resonanz" ?

S 7

Was ist das Hauptmerkmal einer Transversalwelle ? Nennen Sie ein Beispiel

hierfür, und erläutern Sie, wodurch eine solche Welle erzeugt werden kann !

S 8 Was ist eine Schwebung ?

S 9 Was ist Interferenz ?

- 9 -


Wärmelehre

W 10 Ein Metallstab hat bei 0 o C die Länge l = 0,8 m. Bei 45 o C hat er sich um l =

0,432 mm ausgedehnt. Wie groß ist der lineare Ausdehnungskoeffizient ?

W 11

Für Demonstrationszwecke sollen Sie ein einfaches Flüssigkeitsthermometer

bauen. Dazu nehmen Sie ein Glasrohr mit dem Innendurchmesser d = 1 cm, das

Sie bei Zimmertemperatur mit 15 cm 3 Äthylalkohol füllen. Bis zu welcher Höhe h

ist das Rohr gefüllt ? Um welches Stück h steigt diese Höhe, wenn man das

Thermometer um 25 o C erwärmt? ( Der Volumenausdehnungskoeffizient beträgt

= 0,0015 o C -1 )

W 12 Wie funktioniert ein Bimetall-Thermometer ? ( Skizze, Erläuterung )

W 13 Warum frieren Gewässer von oben zu ?

W 14

In 5 Stunden verbraucht ein Mensch im Mittel etwa die Energie W von 2•10 6 Joule.

Wie viel verbraucht er an einem Tag ? Wie viel Kalorien sind das ? Welche

Leistung P (in Watt) verbraucht der Mensch demnach ?

W 15

Ein Behälter mit vorgewärmter Milch der Anfangstemperatur T A = 60 o C kühlt mit

fortschreitender Zeit t ab. Diese Abkühlung lässt sich näherungsweise durch ein

Exponentialgesetz der Form

T(t) = T A •e -t

beschreiben, wobei T(t) die Temperatur zum Zeitpunkt t bedeutet. Welche Temperatur

T(t) hat die Milch nach einer Zeit t von 15 Minuten, wenn der Koeffizient

= 0,048 min -1 beträgt ?

W 16

In einem thermisch isolierten Gefäß befindet sich die Menge m 1 = 260 Gramm

einer Flüssigkeit F 1 mit der spezifischen Wärmekapazität C 1 = 3,5 Jg -1 K -1 und der

Temperatur t 1 = 26 °C. Es werde die Menge m 2 = 430 Gramm einer Flüssigkeit F 2

mit der spezifischen Wärmekapazität C 2 = 1,8 Jg -1 K -1 und der Temperatur t 2 =

65 °C hinzugegeben. Welche Temperatur t 3 stellt sich nach der Mischung ein?

W 17

In einem thermisch isolierten Gefäß befindet sich die Menge m 1 von 320 g

Wasser ( spezifische Wärmekapazität C w = 4,19 J•g -1 •K -1 ) der Temperatur t 1 =

25 o C. Es wird eine weitere Menge m 2 von 440 g Wasser mit einer höheren Temperatur

t 2 hinzugegeben. Wie hoch muss t 2 gewählt werden, damit man eine

Mischungstemperatur von t m = 31 o C erreicht ?

W 18 Was ist eine isotherme ( isobare, isochore ) Zustandsänderung ?

- 10 -


W 19

Das Volumen V(0) eines idealen Gases nimmt bei der Temperatur t 0 = 0 o C den

Raum von V = 6800 cm 3 ein. Wie groß wird sein Volumen V(t) bei t = 68 o C, wenn

die Erwärmung bei konstantem Druck erfolgt ?

W 20 Ein Gas nimmt bei einem Druck p 1 = 0,9•10 5 Pascal ein Volumen von V 1 = 250

cm 3 ein. Welcher Druck p 2 stellt sich ein, wenn man - bei konstant gehaltener

Temperatur - das Volumen auf V 2 = 12,5 Liter vergrößert ?

W 21

W 22

Wie groß ist die Avogadro-Konstante N o ( Boltzmann-Konstante k, allgemeine

Gaskonstante R ) ? Nennen Sie eine Beziehung, in der sie vorkommt !

Wie kommt der Druck eines in einem Gefäß befindlichen Gases auf die Gefäßwand

zustande ?

W 23 Was ist Wärmekonvektion ( Wärmeleitung, Wärmestrahlung ) ?

W 24 Warum brauchen Speisen, die in einem Druckkochtopf ( Schnellkochtopf )

zubereitet werden, kürzere Garzeiten ?

W 25

Was versteht man unter dem „Tripelpunkt” eines Stoffes ? Bei welcher Art der

Nahrungsmittelkonservierung spielt er eine Rolle ?

W 26 Wie lautet der 1. Hauptsatz der Wärmelehre, und was sagt er aus ?

- 11 -


Elektrizitätslehre

E 1 Wie groß ist die Masse m 0 und die Ladung e 0 eines Elektrons ?

E 2

E 3

Wie viele Elektronen fließen pro Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters,

wenn die Stromstärke I = 4,6 Ampere beträgt ?

Zeichnen Sie die elektrischen Feldlinien zwischen der abgebildeten Ladungsanordnung

( 2 Punktladungen, Punktladung - Platte, 2 Platten mit gleicher bzw.

verschiedener Polarität ) !

E 4 Worauf beruht die Wirkung eines Blitzableiters ?

E 5

Ein Blitz habe die Spannung von U = 5,6•10 5 V, eine Stromstärke von I = 2•10 4 A

und eine Dauer von t = 0,5•10 -4 Sekunden. Wie viel Energie W steckt in dem

Blitz?

E 6 Ein Plattenkondensator mit zwei kreisförmigen Platten vom Durchmesser D =

10 cm hat im Vakuum die Kapazität C = 70 Nanofarad. Wie groß ist der Abstand

d der Platten?

E 7

E 8

Zwei Kondensatoren C 1 und C 2 werden in Serie geschaltet

und an eine Spannung von U = 250 Volt gelegt. Wie groß ist

die Energie W, die in den beiden Kondensatoren zusammen

gespeichert werden kann, wenn die Kondensatoren die Kapazitäten

C 1 = 22 F und C 2 = 68 F besitzen ?

Ein Kondensator der Kapazität C = 47 F wird auf die Spannung von U o = 60 Volt

aufgeladen. Wie groß ist die in ihm gespeicherte Ladung Q ? Anschließend wird

er über einen Widerstand R von 220 k ( Kiloohm ) entladen. Wie groß ist die

Spannung am Kondensator nach einer Zeit von t = 5 Sekunden ?

E 9 Was ist Verschiebungspolarisation ( Orientierungspolarisation ) ?

E 10

E 11

Für die elektrische Installation an einem entfernt liegenden Gebäude muss ein

Metalldraht der Länge l = 80 m mit dem Querschnitt A = 1 mm 2 und dem spezifischen

Widerstand = 1,8•10 -8 m benutzt werden. Wie

groß ist der Widerstand R des gesamten Drahtes ?

Gegeben sei eine Parallelschaltung aus 3 ohmschen

Widerständen R 1 , R 2 und R 3 . Hierbei sind R 1 = 5600

und R 2 = 3900 . Wie groß muss R 3 sein, wenn der Gesamtwiderstand

R G den Wert von 1500 haben soll ?

- 12 -


E 12 Gegeben sei die nebenstehende Schaltung aus 4

Widerständen: R 1 = 64 , R 2 = 28 , R 3 = 36

und R 4 = 48 .

Wie groß ist der Gesamtwiderstand R G ?

E 13

Gegeben sei ein Spannungsteiler aus den Widerständen R 1 und

R 2 , an dem eine feste Batteriespannung U B = 48 Volt liegt (siehe

Abb.). Dabei ist R 2 = 720 . Wie groß muss R 1 gewählt werden,

damit U 1 = 12 Volt wird ?

E 14

Eine Glühlampe mit dem Widerstand R L = 60 wird über einen

Vorwiderstand R V von 20 (siehe Skizze) an eine Batterie der

Spannung U B = 24 V angeschlossen. Welche Spannung U L liegt

an der Birne? Welche Leistung P L wird in ihr verbraucht ?

E 15

In einem elektrischen Heizgerät, das an einer Wechselspannung von 230 V

(effektiv) liegt, wird die Leistung von 3,5 kW verbraucht. Bestimmen Sie den

Strom I und den Widerstand R in der Heizwicklung.

E 16

Ein Autoanlasser zieht kurzfristig einen Strom I von 76 A aus einer 12 V-Batterie.

Welche Leistung P kann er dabei bei einem Wirkungsgrad von = 58 % abgeben?

E 17

Früher wurde zur Angabe der Leistung P die Einheit 1 PS benutzt. Im SI-System

verwendet man die Einheit 1 Watt. Leiten Sie rechnerisch her, wie viel Watt einem

PS entsprechen !

E 18

Zeichnen Sie den Verlauf der magnetischen Feldlinien bei einem Stabmagneten

(einem Hufeisenmagneten, einem stromdurchflossenen Draht, einer Zylinderspule).

E 19

Wie groß ist die Amplitude U o und die Kreisfrequenz unserer an der Steckdose

liegenden technischen Wechselspannung ?

E 20

An dem normalen Wechselstromnetz von 230 Volt (effektiv) wird eine Lampe

betrieben, in der eine Birne der Leistung P = 100 Watt leuchtet. Welcher Strom I

fließt durch die Glühbirne, und wie groß ist ihr Widerstand R ?

E 21

Ein Fahrrad-Dynamo bringt die Glühbirne der Fahrradlampe um so heller zum

Leuchten, je schneller man fährt. Warum ?

- 13 -


E 22

Warum kann man mit einem Transformator keine Gleichspannung transformieren?

E 23 Wie funktioniert ein Transformator ?

E 24

E 25

E 26

E 27

Betrachten Sie eine Serienschaltung eines ohmschen Widerstandes R und einer

Induktivität L. Bei welcher Frequenz f ist deren Wechselstromwiderstand genau

820 , wenn R = 560 und L = 600 mH sind ?

In feuchten Räumen oder gar in der Badewanne ist es für Menschen sehr gefährlich,

einen elektrischen Schlag zu bekommen. Warum ?

Elektrische Haushaltsgeräte und Maschinen sind meistens über ein dreiadriges

Kabel mit einem Schukostecker (Schutzkontakt) an die Steckdose angeschlossen.

Was bewirkt dieser Schutzkontakt ?

In welchem Bereich liegen die Sendefrequenzen f unserer UKW-Sender und

unserer Mittelwellensender ?

- 14 -


Optik

O 1

In welchem Bereich liegt die Wellenlänge des blauen ( grünen, gelben, roten

) Lichtes ?

O 2 In welchem Bereich liegt die Frequenz des blauen ( grünen, gelben, roten )

Lichtes ?

O 3

O 4

In welchem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes hat das menschliche

Auge seine größte Empfindlichkeit ?

Eine runde Lampe mit dem Durchmesser

d L = 30 cm hängt in einer Höhe

h L = 60 cm mitten über einem runden

Tisch (Durchmesser d T = 120 cm);

der Tisch wiederum befindet sich in

einer Höhe h T = 80 cm über dem Fußboden

(siehe Skizze). Wie groß ist die

Fläche A KS des Kernschattens des Tisches

auf dem Fußboden ?

O 5 Wie entsteht eine Mondfinsternis ? (Erklärung, Skizze !)

O 6

O 7

O 8

Was ist „Lichtbrechung”, und wodurch kommt sie zustande ? ( Erläuterung! Formel

genügt nicht! )

Ein Lichtstrahl tritt aus der Luft ( Brechzahl n 1 = 1,0 ) unter dem Winkel 1 = 38 o

gegen das Einfallslot in einen Quader aus Glas ( Brechzahl n 2 = 1,6 ). Unter

welchem Winkel 2 gegen das Lot verläuft der Lichtstrahl im Glas ?

Ein monochromatischer Lichtstrahl falle auf ein Prisma

(siehe Abb.) aus Glas (Brechzahl n = 1,67) mit

dem brechenden Winkel = 20 Grad. Um welchen

Winkel wird es gegenüber der Richtung des einfallenden

Strahles abgelenkt ? (näherungsweise)

O 9 Wie kommt ein Regenbogen zustande ?

O 10

Wie ist der Strahlenverlauf des Lichtes im menschlichen Auge bei Kurzsichtigkeit,

und durch welche Art von Sehhilfe lässt sie sich korrigieren? (Skizze, Erläuterung).

- 15 -


O 11 Gegeben ist eine symmetrische Sammellinse mit dem zugehörigen Brennpunkt F.

In der beigefügten Skizze ist ein Gegenstand G eingezeichnet; konstruieren Sie

das Bild B, das die Linse von ihm erzeugt.

Sammellinse: F = Brennpunkt, G = Gegenstand

O 12

Gegeben ist ein sphärischer Hohlspiegel mit einem Radius r und der Brennweite

f. In der beigefügten Skizze ist ein Gegenstand G eingezeichnet; konstruieren Sie

das Bild, das der Hohlspiegel von ihm erzeugt.

Hohlspiegel: F = Brennpunkt, M = Mittelpunkt, G = Gegenstand

O 13 Was versteht man in der Optik unter dem Begriff "Beugung" ?

O 14

An welchen physikalischen Erscheinungen lässt sich zeigen, daß das Licht

Wellennatur besitzt ?

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Neuere Aufgaben

N 1

Ein Landwirt will 3 Schweine verkaufen: ein großes, ein mittleres und ein kleines.

Das große Tier ( Masse m g ) ist doppelt so schwer wie das mittlere (Masse m m )

und dreimal so schwer wie das kleine ( Masse m k ). Zusammen wiegen sie 231 kg.

Wie schwer sind die einzelnen Tiere ?

N 2

Ein Zylinder mit dem Durchmesser d = 14 cm besteht im unteren Teil ( Höhe

24 cm) aus Holz ( Dichte H = 0,8 g/cm 3 ) und im oberen Teil ( Höhe h 2 = 5 cm )

aus Metall ( Dichte S M = 7,5 g/cm 3 ). Berechnen Sie, ob der gesamte Zylinder im

Wasser ( Dichte w = 1,0 g/cm 3 ) schwimmt !

N 3

Die Zeiger einer Uhr zeigen genau 4 Uhr an. Welche Zeit t verstreicht, bis der

Minutenzeiger genau über dem Stundenzeiger steht ?

N 4

Ein Behälter mit vorgewärmter Milch der Anfangstemperatur T A = 68 o C kühlt mit

fortschreitender Zeit t ab. Diese Abkühlung läßt sich näherungsweise durch ein

Exponentialgesetz der Form

T(t) = T A •e -t

beschreiben, wobei T(t) die Temperatur zum Zeitpunkt t bedeutet. Wie lange

dauert es, bis die Milch auf eine Temperatur T(t) von 28 o C abgekühlt ist, wenn der

Koeffizient = 0,048 min -1 beträgt ?

N 5

Aus dem Ruhezustand fällt ein Körper ( ohne Luftreibung ) aus einer Höhe von

h = 1000 m zur Erde. Welche Wegstrecke s legt der Körper in der letzten Se

kunde seines Falles zurück ? In welcher Zeit t durchfällt er die letzten 100 m

seines Weges ?

N 6

Was ist ein “dynamischer Auftrieb”, und wodurch kommt er zustande?

N 7

An eine Feder mit der Federkonstanten k = 540 N/m wird eine Kugel aus Holz

gehängt, bei der der Radius r = 5,6 cm und die Dichte von Holz h = 0,8 g/cm 3

beträgt. Berechnen Sie die Längenausdehnung x der Feder !

N 8

Warum hat die an der Steckdose erscheinende technische Wechselspannung

einen sinus- bzw. cosinusförmigen Zeitverlauf ?

N 9

Ein Massenpunkt wird unter einem Winkel = 32 0 gegen die Horizontale mit

einer Geschwindigkeit v 0 = 8,4 m/s abgeworfen. Wie hoch ist die von ihm erreichte

Maximalhöhe h max und seine Wurfweite x w ?

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N 10

1 ½ Hühner legen in 1 ½ Tagen 1 ½ Eier. Wie viele Eier legt ein Huhn an einem

Tag?

N 11

Ein Körper mit der Masse m = 14000 g fällt im Schwerefeld der Erde aus einer

Höhe von h 1 = 32 m nach unten. Welche kinetische Energie W kin hat er bekommen,

wenn er sich in der Höhe h 2 = 15 m befindet ?

N 12

Ein zunächst horizontal liegendes Brett, auf dem sich ein Körper befindet, wird auf

der einen Seite angehoben, so dass eine schiefe Ebene entsteht. Bei einem

Neigungswinkel von = 32 o beginnt der Körper zu rutschen. Wie groß ist der

Haftreibungskoeffizient R ?

N 13

Berechnen Sie mit Hilfe von Kraftgesetzen die Umlaufzeit T des Mondes ! Gegeben

sind dabei die Masse der Erde m E = 5,96 x 10 24 kg, der Abstand Erde-Mond

r = 384000 km und die Gravitationskonstante G = 6,67 x 10 -11 m 3 kg -1 s -2 .

N 14

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit eines Geschos

ses wird dieses durch zwei Pappscheiben geschossen,

die im Abstand d auf einer gemeinsamen Welle mit der

Drehzahl n rotieren. Welche Geschossgeschwindigkeit

ergibt sich, wenn d = 60 cm und n = 800 Umdrehungen

pro Minute betragen und die beiden Durchschusslöcher

um einen Winkel = 12 o gegeneinander versetzt sind?

N 15

7 Kühe geben in 3 Stunden eine Wärmeenergie von 74460 kJ ab. Wie viel Wärmeenergie

geben 11 Kühe in 5 Stunden ab ?

N 16

Auf welche Höhe h ist die Wassermenge ( w = 1 g/cm 3 ) von V = 6000 m 3 zu

pumpen, wenn ihre potentielle Energie W pot um 850 kWh (Kilowattstunden)

zunehmen soll ?

N 17

Wenn man ein bestimmtes Luftvolumen V 1 durch isothermes Zusammendrücken

um V = 5 l verringert, steigt der Druck p 1 auf den dreifachen Wert an. Wie groß

ist das Anfangsvolumen V 1 ?

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N 18

Ein Massenpunkt bewegt sich auf einer geraden Bahn nach dem Weg-Zeit-

Gesetz:

k 2

s( t) k0

k1

t

t2

,

wobei die Konstanten die Werte k 0 = 12 m, k 1 = 6,4 m/s und k 2 = 10.8 ms 2 haben.

Wie groß ist die Geschwindigkeit v nach einer Zeit von t = 2 Sekunden ?

N 19

Welche Druckkraft verschließt den Deckel eines Konservenglases, wenn von

innen der Dampfdruck des Wassers mit 20 Millibar und von außen der Luftdruck

mit 980 Millibar wirkt ? Der innere Durchmesser des Glases beträgt 85 mm.

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