Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1995/96

Aufgabe 5 Mechanik

5.1 Schülerexperiment

Aufgabe:                 Untersuchen Sie den Zusammenhang zwischen der Längenänderung einer Schraubenfeder und der an ihr wirkenden Kraft mit Hilfe eines geeigneten Experimentes.

Vorbereitung:          1. Fertigen Sie eine Skizze der Versuchsanordnung an.
2. Übernehmen Sie die folgende Tabelle.

(Ein Körper mit einer Masse von 100 g besitzt auf der Erde etwa eine Gewichtskraft von 1 N.)
Tragen Sie die Gewichtskräfte für die vorgegebenen Massen in die Tabelle ein.

Durchführung:          1. Bauen Sie die Versuchsanordnung auf.
2. Belasten Sie die Feder gemäß der Tabellenvorgabe.
    Messen Sie jeweils die entsprechende Längenänderung s der Feder.
3. Notieren Sie die Messwerte.

Auswertung:            1. Stellen Sie die Längenänderung s der Feder in Abhängig keit von der Gewichtskraft F_G
    in einem Diagramm dar.
2. Geben Sie den Zusammenhang der beiden Größen an.
3. Bestimmen Sie mit dieser Versuchsanordnung die Gewichtskraft des bereitliegenden Körpers.
    - Messen Sie die Längenänderung s der Feder.
    - Ermitteln Sie mit Hilfe des Diagramms die Gewichtskraft des Körpers.
4. Nennen Sie das Messgerät, das auf diesem Prinzip beruht.

5.2      Nennen Sie die Wirkungen, die Kräfte auf Körper haben können. Geben Sie dazu je ein Beispiel an.

5.3      Ein Bus fährt mit einer Geschwindigkeit von 40. Der Busfahrer muss plötzlich einen Bremsvorgang einleiten. Nach einer Zeit von 5 s kommt der Bus zum Stehen.

5.3.1 Was passiert mit den Personen, die im Bus stehen und sich nicht fest halten?

5.3.2 Begründen Sie Ihre Aussage mit Hilfe eines physikalischen Gesetzes.

5.3.3 Berechnen Sie die Kraft, die eine Person (70 kg) aufbringen muß, um beim Bremsen keine Lageänderung zu erfahren.

5.4      Ein Boot ist mit einem Seil am Ufer eines Flusses befestigt. Die Strömung wirkt mit einer Kraft von 450 N und der Wind, der senkrecht zur Strömung weht, mit einer Kraft von 320 N.
Bestimmen Sie zeichnerisch die am Seil wirkende Gesamtkraft.

 Lösung Aufgabe 5 Mechanik
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite

5.1      Schülerexperiment

Vorbereitung und Durchführung:

5.2      Wirkungen von Kräften:
a) Änderung des Bewegungszustandes: Anfahren eines Autos
b) Verformung: Hammer trifft auf Nagel, der Nagel wird krumm

5.3.1 Die Personen bewegen sich in Richtung Fahrer weiter.

5.3.2 Trägheitsgesetz:
Körper behalten ihren Bewegungszustand bei, solange keine Kraft auf sie einwirkt.
Da sich die Personen nicht fest halten, erfolgt keine Kraftübertragung, daher setzen sie ihre bisherige Bewegung fort. Da der Bus seine Geschwindigkeit verringert, bewegen sich die Personen in Fahrtrichtung.

5.3.3 geg.: v = 40 km/h = 11,11 m/s
         ,t = 5 s
        m = 70 kg

ges.: F

Lösung:



Eine Person mit einer Masse von 70 kg muss eine Kraft von 156 N aufbringen, um keine Lageänderung zu erfahren.

5.4

Die am Seil wirkende Gesamtkraft beträgt 550 N.

Alle Lösungen auf einen Blick

Hinweis: Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen des jeweiligen Autors und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösung.

Herzlichen Dank an meine Kollegin Ines Stiller, die diese Lösungen kritisch begutachtete.