BLK-Programm Sinus  Set 2  Schleswig-Holstein

Stefan Burzin, Werner-Heisenberg-Gymnasium Heide,  <Datum>

Rückmeldung zu dieser Datei bitte an burzin@t-online.de (Stefan Burzin)
Stefan Burzin
Übungsaufgaben zu den Begriffen Kraft, Energie und Leistung
1. Die Leistung eines Automotors beträgt 40kW. Das Auto wiegt 1t.

a) Wie viel PS hat die Kiste ?
b) Wie groß dürfen die Reibungskräfte am Boden und in der Luft höchstens sein, damit das Auto bei Vollgas 100 km/h fahren kann ?
Diese Aufgabe lässt sich elegant mit der Formel P = F×v lösen, die Du dann allerdings noch herleiten musst.

c) Das Auto (100 km/h) macht eine Vollbremsung und kommt nach 8 Sekunden zum Stillstand. Wie groß muss die Bremskraft sein?

2. Wo liegen eigentlich die physikalischen Unterschiede einen Fußball (400g), einen Schaumstoffball (400g) oder eine Metallkugel (400g) mit derselben Geschwindigkeit gegen den Kopf zu bekommen ?

3. Ein 4-Personen-Haushalt benötigt täglich (inklusive Heizung) rund eine Energie von 50kW×h (1 kW×h sind 3600 kW×s als 3600 kJ). Wie hoch müsstest die Familie (250 kg) auf einen Berg klettern um sich dieselbe Energie zu erarbeiten ?
4. Beschreibe die Energieumladeprozesse bei den folgenden Situationen (Schaubild)

A: Stereoanlage
B: Wasserkraftwerk am Stausee
C: Elektroherd erhitzt Erbsensuppe
D: Steinzeitmensch macht Feuer
E: Eine Brandgans frisst sich im Watt voll und fliegt dann weiter gen Süden.
F: Dextroenergen soll während der Mathearbeit helfen
G: Wir atmen
H: Glühlampe beleuchtet Solarzelle, diese treibt die Glühlampe welche die Solarzelle
betreibt usw. (Funktioniert so ein Perpetuum mobile eigentlich ??)


5. Löse zeichnerisch: Ein defekter Dampfer wird mit drei Schleppern gezogen.
A) in Fahrtrichtung mit 2500 kN
B) 45° nach rechts mit 4000 kN
C) 30° nach links mit 6000 kN

a) Welche Kraft erfährt der Dampfer in Fahrtrichtung ?
b) Fährt der Dampfer geradeaus (ohne gegenzulenken) ?
c) Könnte man die Schlepper auch sinnvoller gruppieren ? (bei gleichen Winkeln)
d) Berechne die Leistung von Schlepper A, wenn er alleine das Schiff mit einer
Geschwindigkeit von 3,6 km/h ziehen könnte !


6. Ein Zug bremst an einem kleinen Bahnhof, eine Person steigt ein. Dann beschleunigt er wieder. Schätze die minimalen Kosten der Deutschen Bahn für diesen Halt ab und vergleiche mit dem Preis der Fahrkarte.
(Hinweise: Ein Zug könnte 200t wiegen und vielleicht 72 oder 108 km/h fahren, eine Kilowattstunde vielleicht 20 Pfennig kosten, minimal heißt 100% Wirkungsgrad, also keine Verluste....)


Hinweise:
Zu 2) Es schließt sich die Aufgabe Fußball (auf Homepage) an.
Zu 4) Gemeint sind hier die Diagramme aus dem Karlruher Physik Kurs zum Energieträgerwechsel. Die Atmung ist schwierig in dieses Schema einzubauen, darüber wird dann diskutiert.
Zu 6) Wir haben keine Formel zur kinetischen Energie hergeleitet, trotzdem lässt sich die Aufgabe lösen, wenn man bedenkt, dass die zur Beschleunigung verwendetet Zeit zur Berechnung der Energie irrelevant ist. Man kann also t=100s festlegen.Die Aufgabe könnte man auch ohne Angaben in der Oberstufe (Guesstimations) stellen.#