Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

wird platonisches J ahr genannt. Gegenwärtig zeigt die Erdachse in Rich- tung des Polarsterns. 25.13 Man schüttelt beide Eier und lässt sie dann über eine schiefe Ebene rollen. Das gekochte Ei rollt als starrer Körper, alle seine Teilchen drehen sich mit. Potentielle Energie wird teilweise in Rotationsenergie und teil- weise in kinetische Energie der linearen Bewegung umgewandelt. Beim rohen Ei dreht sich nur die Eischale, das Innere rotiert nicht mit, das In- nere gleitet praktisch ohne Drehung nach unten. Das rohe Ei rollt daher schneller. Mechanische Schwingungen und Wellen 1 Schwingungen 39.1 a ist richtig. Es gilt: T = 2 π​​ 9 ___ l / g. Mit T = 2 s folgt l = 9,81 / π 2 m = ca. 1m 39.2 b ist richtig. Beim freien Fall ist die vertikale Beschleunigung kon- stant, beim Pendel nimmt sie entlang der Bahn wegen der nach oben ge- richteten Vertikalkomponente der Fadenkraft (Zentripetalkraft) ab. Daher ist die mittlere vertikale Geschwindigkeit beim Pendel kleiner als beim freien Fall. Bei gleicher Höhendifferenz braucht das Pendel länger. 39.3 a ist richtig. Das Fadenpendel bleibt in der Position ruhen, in die man es ausgelenkt hatte, weil der Pendelkörper keine Beschleunigung erfährt und daher nicht zurück getrieben wird. Das Federpendel schwingt auf der Erde, wenn man es in der Hand hält, unter Einfluss der Schwerkraft ver- tikal. Im schwerelosen Raum schwingt es in jeder beliebigen Richtung, es ist keine Richtung ausgezeichnet. Daher schwingt es nicht gleich wie auf der Erde. 39.4 b und c sind richtig. 39.5 c ist richtig. Da die Schwingungsdauer von der Erdbeschleunigung abhängt und diese mit zunehmender Entfernung vom Erdmittelpunkt kleiner wird, verändert sich auch die Schwingungsdauer eines Fadenpen- dels. Die Unabhängigkeit von der Amplitude gilt nur näherungsweise für kleine Amplituden. 39.6 Die Masse hat keinen Einfluss auf die Schwingungsdauer. Bei Ver- doppelung der Länge vergrößert sich die Schwingungsdauer um 9 __ 2 . Wobei zu beachten ist, dass die Schwingungsdauer des Fadenpendels nur nähe- rungsweise von der Amplitude unabhängig ist! 39.7 Das Zeit-Weg-Diagramm ist eine Sinus- bzw. Cosinusfunktion. 39.8 b ist richtig. Am Äquator ist g kleiner als am Nordpol. Daher geht die Pendeluhr am Nordpol schneller. 39.10 – 39.14 siehe Textteil 2 Wellen 67.1 siehe Textteil 67.2 J a. Wir nennen dies destruktive Interferenz. Sie tritt auf, wenn 2 Wel- len sich überlagern, die gleiche Amplitude haben und in Gegenphase schwingen. Bei stehenden Wellen löschen sich die hin- und rücklaufenden Wellen an einzelnen Punkten, den Knoten, vollständig aus. 67.3 siehe Textteil 67.4 c ist richtig. 67.5 c ist richtig. In der Welle wird weder Masse weiter getragen, noch werden die Teilchen in Richtung zum Empfänger transportiert. Für eine Wellenbewegung ist charakteristisch, dass das Medium, das die Welle trägt, in seinen Anfangszustand zurückkehrt, wenn die Störung vorbei ist. Die Energie der Welle wird zum Empfänger übertragen. 67.6 siehe Textteil 67.7 b ist richtig. Es gilt: λ = c/f . Eine Erhöhung der Frequenz bei gleicher Ausbreitungsgeschwindigkeit c bedeutet eine Verkürzung der Wellenlän- ge. 67.8 a und b sind richtig. Brechung entsteht durch eine Änderung der Aus- breitungsgeschwindigkeit. Die Wellenlänge ändert sich mit der Ausbrei- tungsgeschwindigkeit. So behält z.B. rotes Licht bei der Brechung in Was- ser seine Farbe, d.h. die für die rote Farbe charakteristische Frequenz bleibt erhalten. Da sich aber die Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert, muss es zu einer Änderung der Wellenlänge kommen. 67.9 – 67.16 siehe Textteil 67.17 Im Wasserfall entsteht durch den Aufprall eine stehende Schallwel- le, deren dominierende Grundfrequenz von der Länge der Wassersäule und von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in Wasser abhängt. 67.18 Die Schwingungsdauer beträgt 1m s, die Frequenz ist daher 1000Hz . Eine Oktave höher hat 2000Hz und daher zwei Schwingungen pro Karo- breite. 67.19 Der Ton wird leiser und tiefer. 67.20 Mit steigendem Wasserspiegel wird der Ton höher. Im Luftraum oberhalb des Wassers bildet sich eine stehende Welle, deren Frequenz von der Länge der Luftsäule abhängt. Elektrische Ströme und Felder 1 Ladung und Spannung 79.1 Durch den Kontakt der Kleidung mit den Sitzen wurden die Personen unterschiedlich elektrisch aufgeladen. Vorzeichen und Stärke der Aufla- dung hängen von den Materialien ab, die einander berührten. Wolle gibt leicht Elektronen ab, Acrylfasern (flauschig, und daher gerne für Pullover verwendet) nehmen Elektronen auf. Seide und Baumwolle laden sich im Kontakt mit Nylon oder Wolle negativ, im Kontakt mit Acrylfasern positiv auf. Ladung kann bei Berührung übertragen werden. Im Bild gab es die Übertragung durch Funken, das ist Ladungsausgleich über die Luft durch kleine Blitze! 79.2 c ist richtig 79.3 b ist richtig. Der Hartgummistab trägt negative Ladung, die sich am Elektroskop mit der positiven Ladung ausgleicht, daher geht der Aus- schlag zurück. Es lädt sich in der Folge negativ auf. 79.4 a ist richtig 2 Der Stromkreis 86.1 c ist richtig. Das Ohm’sche Gesetz besagt, dass in einem Leiter die Stromstärke der Spannung direkt und dem Widerstand indirekt propor- tional ist. J e größer die Spannung, desto größer ist die Stromstärke. J e grö- ßer der Widerstand, desto kleiner wird die Stromstärke. 86.2 c ist richtig. Bei sehr tiefen Temperaturen (kleiner als 20 K ) verlieren viele Metalle ihren elektrischen Widerstand zur Gänze. Man nennt dieses Phänomen „Supraleitung“. 3 Elektrische Energieversorgung 92.1 c ist richtig. J eder weitere parallel geschaltete Widerstand macht den Gesamtwiderstand kleiner. 92.2 a ist richtig. J eder weitere in Serie geschaltete Widerstand vergrößert den Gesamtwiderstand. 92.3 a, b und c sind richtig. J e länger der Draht desto mehr Zusammenstö- ße der Elektronen mit den Atomen des Gitters finden statt. Die Elektronen verlieren mehr Energie als bei einem kurzen Draht. Das wirkt sich als erhöhter Widerstand aus. Für den gleichen Strom wird eine höhere Span- nung gebraucht. Der Kristallaufbau des metallischen Leiters (Gitterfehler) beeinflusst den Widerstand. Ein größerer Querschnitt lässt mehr Elektro- nen gleichzeitig fließen. 92.4 b ist richtig. Das Spannungsmessgerät hat einen hohen Innenwider- stand, es lässt praktisch keinen Strom durch. 92.5 b ist richtig. Geräte, die durch dieselbe Sicherung gesichert sind, sind parallele Widerstände. Der Gesamtwiderstand wird zu klein, dadurch er- höht sich die Stromstärke in der Hauptleitung. 92.6 c ist richtig. Die Elektronen bewegen sich relativ langsam, das Si- gnal über die Veränderung des elektrischen Zustands breitet sich aber mit Lichtgeschwindigkeit aus und bewirkt die Bewegung der „freien“ Elektro- nen im Glühdraht. Damit dieser die richtige Temperatur erreichen kann, so dass sichtbares Licht entsteht, dauert es etwa 10m s. 92.7 b ist richtig. Die Elektronen stoßen im Draht ständig mit den Ionen des Metallgitters zusammen und übertragen auf sie Energie. Das führt zu heftigeren Schwingungen der Ionen und das bedeutet eine Erhöhung der Temperatur im Leiter. 92.8 c ist richtig. kWh ist eine Energieeinheit, bei der eine Leistung von 1 kW eine Stunde ( 3600 s) lang geliefert wird. 1 kW = 1 k J/s , daher gilt 1 kWh = 3600 kJ . 4 Elektrisches Feld 104.1 Feldlinienbilder (magnetisch) lassen sich mit Eisenfeilspänen oder kleinen Kompassnadeln in der Umgebung von stromführenden Drähten oder Permanentmagneten erzeugen. Elektrische Feldlinienbilder lassen sich mit feinen Körnern aus nichtleitendem Material erzeugen, die sich in Öl zu Ketten anordnen. 104.2 Ein elektrisches Feld existiert in der Umgebung von elektrischen La- dungen. Es überträgt die elektrische Kraft zwischen verschiedenen La- dungen. 104.3 Feldlinien sind grafische Darstellungen von Richtung und Stärke der elektrischen Kraft, die eine Ladung in ihrer Umgebung auf eine (mög- lichst kleine) Probeladung ausüben würde. 104.4 Die Kraft zwischen Ladungen hängt von der Größe der Ladungen der einzelnen Ladungen ab. Die Feldstärke ist Kraft pro Ladung und ist für die die Ladung (bzw. Ladungsverteilung) charakteristisch, die die Quelle des Feldes ist. 104.5 In großer Entfernung entspricht es dem Feld einer Punktladung, de- ren Ladung die Summe der einzelnen Ladungen ist. 119 | Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv