Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

2 Mechanische Wellen 27 Wie ändert sich die Wellenlänge, wenn bei sonst gleichen Bedingun- gen a) die Frequenz bzw. b) die Ausbreitungsgeschwindigkeit verdoppelt wird? 28 Eine Ozeanwelle hat eine Wellenlänge von 300m und eine Schwin- gungsdauer von 15 s . Wie groß ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit? 29 Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wasserwellen in einer Wellen- wanne beträgt 20 cm/s . Welche Frequenz hat ein Erreger, der 2 cm lange Wellen erzeugt? 30 Der Sender Patscherkofel strahlt das Programm Ö3 als elektromagne- tische Welle mit der Frequenz 88,5 MHz aus. Auch für diese Wellen gelten dieselben Grundgesetze wie für mechanische Wellen. Berechne die Wel- lenlänge der Radiowelle. (Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit!) 31 Eine Transversalwelle mit der Amplitude y 0 = 0,07m und der Schwin- gungsdauer 2 s breitet sich längs der x -Achse mit der Geschwindigkeit c = 30 cm/s aus. Berechne a) die Frequenz und b) die Wellenlänge der Wel- le. 32 Ein Ende eines eingespannten Seiles wird mit einer Frequenz von 4Hz auf und ab bewegt. Es bildet sich eine stehende Welle aus. Der Abstand zweier benachbarter Knoten beträgt 1,6m . a) Wie groß ist die Wellenlänge der einlaufenden Welle? b) Wie groß ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Welle? 33 In einer Wellenwanne läuft eine Welle vom seichten Bereich in ein Ge- biet mit tieferem Wasser. Der Einfallswinkel beträgt 40° , der Brechungs- winkel 60 o . a) Wie groß ist der Brechungsquotient? b) Wie groß ist die Geschwindig- keit im seichten Gebiet, wenn sich die Welle im tiefen Wasser mit 25 cm/s ausbreitet? 34 Wasserwellen mit einer Wellenlänge von 1,6 cm sollen sich in einem Gebiet mit tiefem Wasser mit einer Geschwindigkeit c = 0,3m/s bewegen. Sie treffen auf ein Gebiet mit seichtem Wasser und werden auf 0,24m/s gebremst. Der Einfallswinkel beträgt 50°. a) Berechne den Brechungswin- kel, b) die Frequenz der Welle, c) die Wellenlänge im seichten Gebiet. 35 Wie kann man an der Zeit, die zwischen Blitz und Donner liegt, die Entfernung eines Gewitters abschätzen? 36 Auf der Meeresoberfläche wird eine Sprengladung gezündet. Wie weit ist der Beobachter vom Explosionszentrum entfernt, wenn sich die Lauf- zeiten des Schalls in Luft und Wasser um 12 Sekunden unterscheiden? c (Luft) = 340m/s, c (Wasser) = 1 480m/s 37 Die Schallwellen, die durch Sprache oder Musik hervorgerufen wer- den, liegen in einem Frequenzbereich von 50 bis 5 000Hz . Welchem Wel- lenlängenbereich entspricht dies a) in Luft ( c = 340m/s ), b) in Wasser ( c = 1 480m/s )? c) Welche Wellenlängen ergeben sich insbesondere für 440Hz ? 38 Eine Lochscheibe hat 30 Löcher in einer Reihe und macht 12 bzw. 15 bzw. 18 Umdrehungen pro Sekunde. Welche Frequenzen haben die entste- henden Töne und welche Intervalle bilden sie? 39 Das Ohr kann bei 3 000Hz eine Schallintensität von ca . 10 -11 W/m² wahr- nehmen. Wie weit könnte man demnach eine Schallquelle dieser Fre- quenz hören, wenn die Quelle mit 1,26 W Leistung Kugelwellen aussendet und der Schall von der Luft nicht absorbiert würde? 40 Du besitzt einen Wecker, der gerade laut genug ist, um dich zu wecken. Nimm an, du erleidest einen Hörverlust von 10dB. Wie viele solche Wecker würdest du dann brauchen, um geweckt zu werden? 41 Wie tief ist an einer Stelle das Meer, wenn dort bei der Echolotung 4 s nach Aussendung des Knalls das Echo empfangen wurde? ( c = 1 480m/s ) 42 Das Ohr kann Schallempfindungen nur dann deutlich trennen, wenn ihr zeitlicher Abstand mindestens eine Zehntelsekunde beträgt. Wie weit muss eine Felswand mindestens entfernt sein, damit man ein deutliches Echo hören kann? 43 Ein Blauwal ( m = 120 000 kg ) wird bis zu 30m lang. Er kann mit einer Geschwindigkeit von ca. 20 km/h schwimmen. Die Sichtweite unter Was- ser beträgt aber nur etwa 3m . a) Berechne die kinetische Energie des schwimmenden Wals. b) Mit welcher Geschwindigkeit müsste ein Auto ( m = 900 kg ) fahren, damit seine kinetische Energie gleich wäre? c) Wel- cher Schluss ist zu ziehen, wenn man die geringe Sichtweite beachtet? 44 Die Abmessungen eines Badezimmers betragen a = 2,35m , b = 1,55m und h = 2,60m . Betrachte jene stehenden Wellen, die sich parallel zu den Badezimmerkanten ausbilden können. a) Berechne die Frequenzen der Grundschwingung und der ersten fünf Oberschwingungen. b) Warum ist das Badezimmer ein guter Resonanzkörper für eine Männerstimme? 45 Eine 1m lange Stahlsaite führt Transversalschwingungen aus. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit betrage 6000m/s . Berechne die Frequenz der Grundschwingung und die Frequenz der 1. Oberschwingung. 46 Eine Violinsaite schwingt mit dem Grundton 440Hz . Sie wird in der Mitte gezupft. a) Welche Oberschwingungen fehlen in ihrem Klang? b) Welche Frequenz hat der 4. Oberton? 47 Eine Violinsaite hat eine Länge von 50 cm und schwingt mit 440Hz . Wo muss die Saite niedergedrückt werden, damit die Frequenz auf 550Hz an- steigt? 48 Kann ein musikalischer Mensch die Geschwindigkeit eines Autos, das an ihm vorbeifährt, bestimmen? Nimm an, der Ton einer Hupe ändert sich beim Vorbeifahren um eine Terz. Welche Geschwindigkeit hätte das Auto? 49 Welche Blutgeschwindigkeit ergibt sich mittels Dopplersonografie aus folgenden Werten: Schallfrequenz 5 MHz , Frequenzänderung a) 50 Hz, b) 10 kHz ? 50 Der Forscher Buys Ballot überprüfte 1845 den Dopplereffekt. Er ließ von einem fahrenden Eisenbahnwagen einen Trompeter einen Ton spie- len, dessen Tonhöhe von Musikern neben dem Bahndamm geschätzt wur- de. Wie schnell fuhr der Wagen, als die Musiker den Ton um einen Halb- ton, d.h. mit einer um den Faktor 1,059 veränderten Frequenz, verändert wahrnahmen. (Schallgeschwindigkeit bei 20 o C : 343m/s ) Elektrizität 1 Ladung und Spannung 51 In einem Wasserstoff-Atom beträgt der Abstand zwischen dem Atom- kern und dem Elektron im Mittel ungefähr 10 -10 m . Der Kern trägt die positive Ladung Q = 1,6 · 10 -19 C . Das Elektron hat eine gleich große, aber negative Ladung. Wie groß ist die Anziehung zwischen beiden Ladungen? Vergleiche diese Kraft mit der gravitativen Anziehung zwischen Kern und Elektron. ( m Kern = 1,7 · 10 -27 kg, m Elektron = 9 · 10 -31 kg) 52 Der italienische Physiker V OLTA (1745–1827) erkannte, dass bei Tren- nung von 2 verschiedenen Metallen durch eine säurehaltige Zwischenlage eine elektrische Spannung zwischen den Metallplatten entsteht. Durch eine äußere leitende Verbindung fließt elektrischer Strom von einem Me- tall zum anderen. Erkläre den Vorgang. 53 Warum ist es ungünstig, Zähne mit Gold- und mit Amalgamfüllung gleichzeitig im Mund zu haben? 54 Wenn man beim Essen von Schokolade zufällig ein Stückchen Alumi- niumfolie in den Mund bekommt, dann fühlt man einen unangenehmen Reiz. Woher kommt dies? 2 Der Stromkreis 55 Ein Motor hat den Widerstand R M = 10 Ω . Er wird mit der Spannung U = 230V versorgt. Der Widerstand der Zuleitung beträgt R L = 1 Ω . a) Wie groß ist die Stromstärke im Kreis? b) Wie groß ist der Spannungsabfall über den Zuleitungen? 56 Wie groß ist die Stromstärke durch eine Lampe, deren Widerstand 60 Ω beträgt, wenn sie an 12V angeschlossen ist? 57 Durch ein Elektrogerät fließen 12A , wenn es an eine Spannung von 230V angeschlossen wird. Wie groß ist sein Widerstand? 58 Wie groß ist die Stromstärke durch den menschlichen Körper, wenn man die Pole einer 12-V- Batterie berührt? (Man kann annehmen, dass der menschliche Körper einen Widerstand von ca. 100 k Ω aufweist). 3 Elektrische Energieversorgung 59 Es stehen 3 gleich große Widerstände von je 6 Ω zur Verfügung. Wel- che Gesamtwiderstände lassen sich durch beliebige Parallel- oder Serien- schaltung dieser 3 Widerstände erzeugen? 60 Zwei gleiche Widerstände R 2 und R 3 sind parallel geschaltet. Dieses System ist mit einem 3. gleich großem Widerstand R 1 in Serie. Am gesam- ten System liegt eine Spannung von 230V , in der Zuleitung wird eine Ge- samtstromstärke I = 1,1 A gemessen. Wie groß ist R 1 = R 2 = R 3 ? 117 | Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv