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Physikalischer
Hintergrund
Ergebnisse und ausführliche Lösungen zur
Klassenarbeit zur Mechanik II (Variante A)


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Nr. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

1. An welchen Wirkungen können wir Kräfte erkennen?
  Ergebnis
  Verformung, Beschleunigung, abbremsen, Bewegungsrichtung ändern.
  Ausführliche Lösung

2. Der Körper eines Astronauten hat auf der Erde eine Masse von m = 75 kg. Auf dem Mond wiegt er nur 1/5 von dem was er auf der Erde wiegt.
Wie groß ist dort seine Masse?
  Ergebnis
  Auf dem Mond ist die Masse des Astronauten ebenfalls 75 kg.
  Ausführliche Lösung

3. Warum wird ein PKW trotz Vollgas nicht beliebig schnell?
  Ergebnis
  Mit zunehmender Geschwindigkeit wird der Luftwiderstand immer größer.
  Ausführliche Lösung

4. Ein Lastwagen mit der Masse m = 8000 kg wird beim Anfahren mit 0,8 m /s2 beschleunigt.
Wie groß ist die dazu benötigte Kraft?
  Ergebnis
  Die beschleunigende Kraft beträgt 6400 N.
  Ausführliche Lösung

5. Welche Masse darf ein PKW höchstens haben, wenn ihm der Motor mit der Antriebskraft F = 3600 N eine Beschleunigung von 3 m /s2 verleihen soll?
  Ergebnis
  Die Masse des PKW darf 1200 kg betragen.
  Ausführliche Lösung

6. Bei einem Unfall wird ein Autofahrer mit der Masse 75 kg durch einen Sicherheitsgurt auf einer Strecke von 0,4 m von 70 km/h auf 0 km/h abgebremst.
Berechnen Sie:
  a) Die Verzögerung (negative Beschleunigung).
  b) Wie groß ist die auf den Fahrer wirkende Kraft.
  c) Wie groß ist die Kraft im Vergleich zur Gewichtskraft (F/G)?
  Ergebnis
  a) Die Verzögerung beträgt etwa 472,608 m/s2.
  b) Auf den Fahrer wirkt eine Kraft von etwa 35445,6 N.
  c) Das Verhältnis F/G beträgt etwa 47,883
  Ausführliche Lösung

7. Aus welcher Höhe müsste ein Auto frei fallen, damit es 72 km/h erreicht?
  Ergebnis
  Das Auto müsste aus etwa 20,387 m Höhe fallen.
  Ausführliche Lösung

8. Zwei verschieden große Stahlkugeln beginnen aus derselben Höhe gleichzeitig zu fallen.
Kommen sie auch gleichzeitig am Boden an? Begründen Sie die Antwort.
  Ergebnis
  Beide Kugeln kommen gleichzeitig am Boden an.
  Ausführliche Lösung

9. Um die Tiefe eines Brunnens zu bestimmen, lässt man einen Stein hineinfallen.
  a) Wie tief ist der Brunnen, wenn man den Aufschlag nach 2 s hört ?
(Die Zeit, die der Schall braucht, wird nicht berücksichtigt)
  b) Würde man die Zeit, die der Schall braucht mit berücksichtigen, wäre der Brunnen dann tiefer oder weniger tief?
  Ergebnis
  a) Der Brunnen ist etwa 19,62 m tief.
  b) Bei Berücksichtigung des Schalls wäre der Brunnen nicht ganz so tief.
  Ausführliche Lösung

10. Zwei Äpfel, die an einem Baum 1,25 m übereinander hängen, beginnen gleichzeitig zu fallen.
Verändert sich ihr Abstand beim Fallen? Begründen Sie die Antwort.
  Ergebnis
  Der Abstand der beiden Äpfel verändert sich nicht.
  Ausführliche Lösung

1. Ausführliche Lösung:
  Kräfte können:
  • Körper verformen
  • Körper beschleunigen
  • Körper abbremsen
  • Bewegungsrichtung ändern

2. Ausführliche Lösung:
  Auch auf dem Mond beträgt die Masse des Astronauten 75 kg. Die Masse hängt nicht vom Ort ab. Masse ist die Eigenschaft eines Körpers schwer und träge zu sein.

3. Ausführliche Lösung:
  Je schneller das Auto wird, desto größer wird auch der Luftwiderstand. Irgendwann wird die gesamte Kraft des Motors darauf verwendet, diesen zu überwinden. Für eine weitere Beschleunigung bleibt dann nichts mehr übrig. Das Fahrzeug hat dann seine Endgeschwindigkeit erreicht.

4. Ausführliche Lösung:
  04_l
Die beschleunigende Kraft beträgt 6400 N.

5. Ausführliche Lösung:
  05_l
Die Masse des PKW darf 1200 kg betragen.

6. Ausführliche Lösung:
  a) 06a_l
Die Verzögerung beträgt etwa 472,608 m/s2.
  b) 06b_l
Auf den Fahrer wirkt eine Kraft von etwa 35445,6 N.
  c) 06c_l
Das Verhältnis F/G beträgt etwa 47,883

7. Ausführliche Lösung:
  07_l
Das Auto müsste aus etwa 20,387 m Höhe fallen.

8. Ausführliche Lösung:
  Beide Kugeln kommen gleichzeitig am Boden an, da alle Gegenstände gleich schnell fallen, wenn man vom Luftwiderstand absieht.

9. Ausführliche Lösung:
  a) 09a_l
Der Brunnen ist etwa 19,62 m tief.
  b) Berücksichtigt man die Zeit, die der Schall braucht, dann ist der Brunnen nicht ganz so tief, da die Zeit des Schalls in den 2 Sekunden enthalten ist. Die tatsächliche Fallzeit ist also etwas geringer als gemessen.

10. Ausführliche Lösung:
  Der Abstand der beiden Äpfel verändert sich nicht.
Für beide Äpfel gilt das Fallgesetz s = (g/2) t2. Wenn der erste Apfel 1 m gefallen ist, dann ist auch der 2. Apfel 1 m gefallen. Somit bleibt der Abstand zwischen beiden Äpfeln gleich.