Klasse 10b - Physikarbeit Nr. 2.2 - Lösung - Stempel-unterricht.de

Wilhelmi Gymnasium Sinsheim
Klasse 10b - Physikarbeit Nr. 2.2 - Lösung
16. April 2012
Arbeitshinweise:
1. Arbeitszeit: 40 Minuten
2. Für unsaubere Darstellung werden bis zu 2 Punkte abgezogen.
3. Die Lösungen sind in Antwortsätzen anzugeben.
1. Aufgabe
Eine Feder ist durch die Kraft vorgespannt. Wie groß ist die Endkraft, wenn für
ein weiteres Spannen um die Arbeit erforderlich ist
Für die Spannarbeit gilt:
Mit den Angaben aus der Aufgabe ergibt sich eine Federkonstante von:
Die Kraft berechnet sich aus
Die Endkraft ist also:
Die Endkraft beträgt .
2. Aufgabe
Ein Spielzeugauto durchläuft die skizzierte Bahn von S über A und B nach C der
Spielzeug-Achterbahn.
Dabei wird es vom Startpunkt S zunächst mit einem Federkatapult zum Punkt A
katapultiert, so dass der Wagen im Punkt A für einen Moment die Geschwindigkeit Null
besitzt.
Die Reibung sei in allen Aufgabenteilen zu vernachlässigen.
a) Nenne die zwischen S über A und B nach C auftretenden Energieformen und gib an,
in welchen Punkten die genannte Energie jeweils maximal bzw. minimal sind.
Punkt S: Spannenergie – maximal
Bewegungsenergie – maximal
Punkt A: Bewegungsenergie – minimal
Höhenenergie – maximal
Punkt B: Bewegungsenergie – maximal
Höhenenergie – minimal = Null
Punkt C: Bewegungsenergie
Höhenenergie

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Klasse 10b - Physikarbeit Nr. 2.2 - Lösung
16. April 2012
Arbeitshinweise:
1. Arbeitszeit: 40 Minuten
2. Für unsaubere Darstellung werden bis zu 2 Punkte abgezogen.
3. Die Lösungen sind in Antwortsätzen anzugeben.
b) Ein zweites Auto mit vierfacher Masse des ersten Autos wird nun ebenfalls zum
Punkt A katapultiert. Wiederum so, dass die Geschwindigkeit im Punkt A Null ist.
Wie ändert sich die Geschwindigkeit dieses zweiten Autos im Punkt B verglichen mit
der Geschwindigkeit des ersten Autos im Punkt B Begründe!
Für die Hubarbeit gilt:
Die Masse des Fahrzeuges hat sich vervierfacht also ist die benötigte Hubarbeit auch
vier mal so groß.
Diese wird nun vollständig in Bewegungsenergie umgewandelt:
Die Geschwindigkeit ist genauso groß wie die von Auto 1.
c) Die Feder des Federkatapults besitzt die Federhärte .
Wie weit muss die Feder mindestens zusammengedrückt werden, damit eine
Spielzeugauto der Masse zum Punkt A katapultiert wird
Das Spielzeugauto soll eine Höhe von überwinden, d.h. die Spannenergie muss
so groß sein, dass eine Hubarbeit von:
Das heißt:
Die Feder muss um
zusammengedrückt werden.
3. Aufgabe
Ein Wagen ( ) durchfährt einen Looping der Höhe ohne Reibung.
a) Welche Geschwindigkeit muss er im höchsten Punkt des Loopings haben, damit er
dort nicht herabfällt
Damit der Wagen nicht herunterfällt muss die Gewichtskraft gleich der Zentripetalkraft
sein:
Der Wagen muss eine Geschwindigkeit von
haben.
b) Den tiefsten Punkt des Loopings durchfährt der Wagen mit . Welche Kraft
übt dort die Schiene auf den Wagen aus
Die Zentripetalkraft berechnet sich wie folgt:
Die Kraft auf die Schienen beträgt .

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16. April 2012
Arbeitshinweise:
1. Arbeitszeit: 40 Minuten
2. Für unsaubere Darstellung werden bis zu 2 Punkte abgezogen.
3. Die Lösungen sind in Antwortsätzen anzugeben.
4. Aufgabe
Die Erde bewegt in erster Näherung auf einer Kreisbahn um die Sonne ( ).
a) Bestimme ihre Geschwindigkeit
Für die Bahngeschwindigkeit gilt:
Die Umlaufdauer sind 365 Tage
b) Die Erde ( ) rotiert zusätzlich in ca. einem Tag einmal um ihre Achse.
Wie groß ist die Geschwindigkeit eines Punktes auf dem Äquators
c) Ein Mensch macht am Äquator die Erdrotation mit. Wer bringt die nötige Zentripetalkraft
auf Welche Richtung hat sie
Die benötigte Zentripetalkraft bringt die Erde in Form der Gravitationskraft auf. Sie
zeigt zum Erdmittelpunkt.
5. Aufgabe
Ein Gummiball der Masse fällt lang frei nach unten und trifft auf einem harten
Boden auf. Die Luftreibung soll dabei vernachlässigt werden.
a) Wie groß ist der Kraftstoß (welchen Impuls hat der Ball), wenn dieser auf den Boden
trifft
Es gilt für den Impuls:
Der Kraftstoß beträgt .
b) Wie groß ist die (mittlere) Kraft, wenn der Bodenkontakt dauert
Mit der Formel aus Aufgabenteil a) ergibt sich:
Die (mittlere) Kraft beträgt .