Big Bang Physik 6, Schulbuch

114  Kompetenzcheck Kompetenzcheck Weitere Kompetenzchecks und Maturafragen auf bigbang.oebv.at ! Kompetenzbereich Schwingungen 18 Grundlagen der Schwingungen Du möchtest eine Pendeluhr bauen, die du bei deinem Aufenthalt am Mars ins Wohnzimmer stellen willst. Welche Pendellänge solltest du sinnvoller Weise wählen? Die Fallbeschleunigung am Mars beträgt 3,69m/s 2 . Schätze zunächst im Kopf mit Hilfe von Proportionen ab und führe dann eine exakte Rechnung durch. Frequenz und Amplitude Wie verändert sich die Frequenz eines Federpendels, wenn du zwei gleiche Federn aneinander hängst? Wie verändert sich die Frequenz, wenn du zwei Federn parallel hängst? Eine Astronautin wiegt sich in Schwerelosigkeit mit Hilfe eines Sessels, der sich zwischen zwei Schraubenfedern befindet. Die Frequenz der Schwingung beträgt 0,45s -1 . Der Sessel alleine hat eine Masse von 12kg, die Astronautin 52kg. Wie groß ist die Federkonstante einer einzelnen Feder? Hilf dir mit der Infobox Massenbestimmung im All-Tag auf S. 30. Harmonische Schwingung Die Schwingungen bei Musikinstrumenten, die verschiedene Tonhöhen erzeugen können, sind immer harmonisch, egal ob es sich dabei um Saiten, Luftsäulen oder sonst irgendetwas anderes handelt. Welche Konsequenz hätte es für die Musik, wenn das nicht so wäre, wenn also die Frequenz von der Auslenkung abhängig wäre? Gedämpfte Schwingung Schätze grafisch ab, um wie viel Prozent die Amplitude in den Fällen a bis d nach einer Schwingung abgenommen hat (Abb. 1). Resonanz Wenn du eine Flasche ausleerst, ertönt dabei das bekannte Gluck, Gluck, Gluck. Wie verändert sich die Frequenz dieses Geräusches während des Ausleerens und warum? Wo spielt Resonanz am Spielplatz eine Rolle? Überlagerung von Schwingungen Ein Klavierstimmer stimmt mit Hilfe einer Schwebung. Er schlägt eine Taste und eine Stimmgabel an und hört auf die Schwebungsfrequenz. Wie lange braucht er, um eine perfekte Stimmung zu bekommen? Begründe mit Hausverstand und mathematisch. Kompetenzbereich Wellen 19 Wellengrundlagen 1 Wellenentstehung und -ausbreitung Hat eine Wasserwelle Energie? Und besitzt sie einen Impuls? Ist es überhaupt möglich, dass eine Welle Energie hat, aber keinen Impuls? Wellenarten und Wellenformen Kurz vor 1900 suchte man verzweifelt nach einem Medium, das das Licht transportiert. Braucht Licht ein Medium? Warum suchte man nach einem solchen? Es gibt keine Wasserwellen ohne Wasser, keine Erdbebenwellen ohne Erde und keine Dauerwellen ohne Haare. Daher gibt es auch keine Lichtwellen ohne …? A1 W2  A2 S2  A3 W1  A4 S1  A5 E2  Abb. 1: Vier Schwingungen mit unterschiedlich starker Dämpfung A6 E2  A7 W1  A8 S1  A1 W2  A2 W1  A3 W1  Kompetenzbereich Mechanik 2 16 Impuls Impulssatz allgemein Mit welchem physikalischen Problem hätte prinzipiell jeder Superheld der fliegen kann zu kämpfen? In vielen Filmen kann man in vielen Variationen folgende Situation sehen: Der Held schießt mit einer Waffe auf den Bösewicht (oder auch umgekehrt), und dieser fliegt, vom Projektil getroffen, einige Meter nach hinten. Was ist an dieser Darstellung falsch? Plastische und elastische Stöße, Kraftstoß Der Meteorit, der den Barringer-Krater schlug, hatte eine Masse von etwa 3  ·  10 8  kg und schlug mit geschätzten 20km/s ein. Wie weit hat sich die Erde bis heute dadurch bewegt? Nimm dazu vereinfacht an, dass der Meteorit senkrecht eingeschlagen ist. Die Masse der Erde beträgt 6·10 24  kg. In Abb. 16.14, S. 7 siehst du die Geschwindigkeitsverläufe von Fußspitze und Ball bei einem Fußballschuss. Nimm an, der Stoß ist zu 100% elastisch, das Bein wird während des Stoßes nicht mehr aktiv beschleunigt, und die Masse des Fußballs beträgt 380g. Wie groß ist dann die „wirksame Masse“ des Beines? 17 Rotationen Allgemein Ein Käfer fährt auf dem Rand einer Scheibe Karussell. Nun krabbelt er in Richtung des Mittelpunktes der Scheibe. Nehmen folgende Größen des Systems Insekt-Scheibe dabei zu oder ab oder bleiben sie gleich: a) Drehmasse, b) Drehimpuls, c) Winkelgeschwindigkeit? Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit, Drehmasse Der Durchmesser unserer Galaxis beträgt rund 100.000 Lichtjahre (LJ). Die Sonne ist etwa 25.000 LJ von Zentrum unserer Galaxis entfernt. Sie bewegt sich mit etwa 220km/s um das Zentrum. Wie lange dauert ein voller Umlauf? Wie oft ist die Erde seit ihrer Entstehung schon um das Zentrum der Milchstraße gelaufen? (Lichtgeschwindigkeit 3·10 8  m/s). Drehmoment Die Einheit der Arbeit ist Nm. Das Drehmoment hat auch die Einheit Nm. Ist das Drehmoment eine Arbeit? Drehimpulserhaltung Bei ihrem Vorbeiflug am Planeten Uranus 1986 begann die Raumson- de Voyager 2 immer dann zu rotieren, wenn an Bord ein Kassetten- rekorder eingeschaltet war. Wie kann man diesen eigenartigen Effekt erklären? Drehenergie Du hast zwei gleich große und gleich schwere Eier: Eines ist gekocht, das andere roh. Du lässt sie eine schiefe Ebene runterrollen. Welches kommt schneller unten an? Begründe mit der Rotationsenergie sowie mit der Drehmasse. Kräfte in rotierenden Systemen Wie kann man die geringere Fallbeschleunigung am Äquator aus der Sicht eines außenstehenden, nichtrotierenden Beobachters erklären. Für diesen gibt es ja keine Zentrifugalkraft! A1 S2  A2 S2  A3 W2  A4 E2  A1 W1  A2 W1  A3 W1  A4 W2  A5 W2  A6 W2  Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv