Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

11.1 Ein Jahr hat 3 , 1536·10 7 s , das ist um 0 , 38% mehr als der Näherungswert . 12.4 Staubkörnchen 10 4 , Feinstaub 10 7 , Bakterien 2·10 6 – 5·10 6 , Atome 5·10 10 17.1 a) 1 , 409m; b) 1 , 427m 18.1 b) Vöcklabruck c) IC: 101 km/h ; REX: 57,3km/h 18.5 a) ca. 20⋅10 9 km (Stand 4.2.2016) b) ca. 18,5h 18.7 In Höhen über etwa 10 km gibt es „Jet- Streams“ („Düsenströme“) mit Windgeschwind- igkeiten von mehreren 100 km/h . 21.2 Die Geschwindigkeit ist 13,9m/s . Beim freien Fall wird sie nach einem Fallweg von 9,83m erreicht (Sturz aus dem 3. Stock!) 21.3 Man erreicht ca. 50 km/h . Geringste Gefahr bei Hocksprüngen. 35.1 rd. 620N 35.2 Die Seilbahn ist eine Pendelbahn, zwei Gondeln werden von einem Zugseil gegenläufig bewegt. Ein Gewichtsunterschied der besetzten Kabinen spielt vor allem dadurch eine Rolle, dass die Steigung des Tragseils an der Bergsta- tion am größten ist. Beim Anfahren und Brem- sen werden nicht nur die Kabinen, sondern auch das Zugseil ( m ≈ 35 t ) beschleunigt. 36.1 Die Gewichtskraft wird durch die elas- tische Verformung der Tischplatte kompensiert. 38.3 a) 2 , 4·10 –7 N 41.1 f R = 0 , 02: 177m; 492m; 1 966m; 3323m; f H = 0 , 8 : 4,4m; 12,3m; 49m; 83m f G = 0 , 1: 35m; 98m; 393m; 665m s = v 2 /(2 a ), a = f · g . Rundung auf ganze Werte für s >20m ! Ab 50 km/h übersteigt der hier vernachlässigte Luftwiderstand den Rollwiderstand. 46.1 Die Sprungdauer ergibt sich aus der Höhe, v 0 aus der Weite: v 0 =3,5m/s ; y =–0,406x 2 46.2 a) Flugstrecke = ( 2,7 + 1,37 ) m , Fallhöhe 0,3m . v 0 =16,46m/s=59,25km/h b) Flugzeit: 0,247s 50.1 a) Wetterbeobachtung b) Sie laufen in der Äquatorebene in 24h ein- mal um die Erde und befinden sich immer über demselben Punkt auf der Erde. 52.2 T = 27 , 32d (siderischer Monat) ¥ m Erde = 6·10 24 kg 52.4 H = 35872 km; v = 3 , 07 km / s = 11 061 km / h 64.1 a) Für s = 20m und t = ( 2,89–0,15 ) s = 2,74s folgt bei konstanter Beschleunigung a = 2 s/t 2 =5,3m/s ; v m =7,3m/s . b) F = m · a =87·5,3N= 461N. W = 20 ·461N·m = 9 220 J. P = 3 360W 64.2 a) E p =877,6kJ (für m = 70 kg ) b) P =292,5W 64.3 51,6g Zucker 66.1 a) Ja: Bei Reibungsfreiheit ergibt die Fallhöhe von 67m eine Geschwindigkeit v =36,3m/s=130,5km/h . b) Nein: Nicht v , sondern v 2 ist proportional zu Fallhöhe. 68.1 b) Die Dichte von Wasser ( 1 000 kg/m 3 ) ist ca. 800mal größer als die Dichte von Luft. 68.2 a) v =25,13m/s (bei 6U/min ) bzw. 75,4m/s (bei 18U/min ) b) Radialbeschleunigung: v 2 / r . Bei 18U/min : a = 142m/s 2 (ca. 14faches der Fallbeschleuni- gung); bei 6U/min a ≈37,3m/s 2 70.1 Es gilt P L ~ v 3 . Da die Geschwindigkeit um 205/160 = 1,28größer ist, ist der Luftwiderstand um 1,28 3 größer, d.h. P L verdoppelt sich. Die Berücksichtigung der Rollreibung ändert wenig am Resultat. 70.5 Beschleunigungsarbeit ( m · v 2 /2): daher ∆ E k = m · ( v 2 2 – v 1 2 )/2. 130 2 – 120 2 = 2500 = 50 2 – 0: Die Aussage ist richtig. 75.1 Beim Rosten bilden sich Verbindungen von Eisen mit Sauerstoff. Durch die zusätzlichen Teilchen nimmt die Masse des Gegenstands zu. 76.1 Welche Stoffe sind für das Leben wichtig? Woraus bestehen sie? Wasser ( H, O ), Kohlen- hydrate ( C, H, O ), Proteine ( C, N, H, O ). Feste Erde ( Si ). Energiequelle der Sonne ( H ). 77.1 1mol Wasser enthält 6·10 23 Moleküle und entspricht 18g bzw. 18 cm 3 . Das Volumen der Weltmeere ist ca. 1,4·10 9 km 3 = 1,4·10 18 m 3 = 1,4· 10 21 l . In 1 l würde man daher 600/1,4 (ca. 430 ) markierte Moleküle finden. 79.1 a) Beim Übergang flüssig-gasförmig nimmt die Dichte von 810 kg/m 3 auf 1,25 kg/m 3 um ei- nen Faktor 648 ab. Dadurch steht jedem Mo- lekül ein entsprechend um den Faktor 648 (≈ 8,7 1/3 ) größeres Volumen zur Verfügung, der mittlere Abstand der Moleküle wird um etwa den Faktor 8,7 größer. b) 1mol N 2 - Gas entspricht 28 g. 1 l flüssigen Stickstoffs enthält daher (810/28) mol ≈ 29mol ≈ 1,7·10 25 Moleküle, 1 l N2-Gas nur 0,045mol ≈ 2,7·10 22 Moleküle. 80.1 Die Fußsohlen von Geckos haben Leisten ähnlich wie an unseren Fingerkuppen. Jedoch tragen diese unzählige verzweigte Härchen, die durch Adhäsion auch an senkrechten glatten Flächen haften. 81.1 Volumsänderungen, Schmelzen, … 82.1 a) Die Volumenzunahme von Benzin bei Erwärmung um 50 o C beträgt nach Tab. 82.1 5,3% , also 3,18 l . b) Zum Schutz der Umwelt darf kein Kraftstoff (flüssig oder gasförmig) entweichen. Ein Aktiv- kohlefilter in der Tankentlüftung bindet Treib- stoffdämpfe. 82.2 b) Anfangstemperatur, Länge des Rohres zwischen Klemme und Messgerät, Zeigeraus- schlag. Das gesamte Rohr muss die Temperatur des Wasserdampfs erreichen! 84.1 a) Im Sommerhalbjahr wird die Oberfläche von der Sonne erwärmt, ohne Durchmischung durch Wind oder Strömungen erfolgt eine lang- same Erwärmung in der Tiefe. Im Winter ver- hindern die große Wärmekapazität und die ge- ringe Wärmeleitfähigkeit eine rasche Bildung der Eisdecke. b) Für die Durchmischung eines Sees sind starke Winde wichtig, dadurch wird sauerstoffreiches wärmeres Wasser in tiefere Bereiche gebracht und ermöglicht dort Leben. 86.1 Während bei früher üblichen Doppelfens- tern etwa 3W/(m 2 K) entweichen, sind es bei Zwei-Scheiben-Isolierglasfenstern etwa 1,3 W/ (m 2 K) . 89.1 a) Der Druck des Treibgases in der Dose steigt mit der Temperatur. b) Die Warnung auf der Dose muss beachtet werden: Eine explodierende Dose kann durch herumfliegende Bruchstücke und brennbares Treibgas Verletzungen und große Schäden ver- ursachen. 91.1 Die Eustachische Röhre zwischen Mittelohr und Nasenrachen ermöglicht den Druckaus- gleich. 92.1 a) Die Temperaturachse wird bei −266,67 o C geschnitten. Die Abweichung vom heutigen Wert beträgt ca. 2,4% . b) Die Werte liegen zwischen −267,3 o C und 266,0 o C . 93.1 a) Verdichtung entspricht p 2 > p 1 , Verdün- nung entspricht p 2 < p 1 . b) p 2 = 3,5 p 1 . T 2 ungefähr gleich 150 o C c) p 2 = 0,2 p 1 . T 2 ungefähr gleich 60 o C 95.1 Die Massen der He- bzw. Ar-Atome verhal- ten sich wie 1:10 , ihre mittleren Geschwindig- keiten wie 3,16:1 . Viel mehr He - als Ar -Atome erreichen die Fluchtgeschwindigkeit und flie- gen in den Weltraum. 95.2 Wenn man den Mittelwert von quadrierten Messwerten bildet, haben die größeren Werte größeres Gewicht als die kleineren. 99.1 An der Tomate! Die Tomate enthält viel Wasser mit einer höheren Wärmekapazität als Schinken oder Hefeteig. 100.1 a) Menge des Eises und die während des Schmelzens zugeführte Energie. b) Menge von Wasser und Eis, die Temperaturabnahme des heißen Wassers. Die Wärmekapazität von Was- ser muss bekannt sein. 100.2 a) Einen Faden aus einem schlechten Wärmeleiter verwenden. b) Berechne für dein Gewicht die durch Gleit- reibung unter den Kufen verrichtete Arbeit und berechne, ob sie zur Erzeugung eines Wasser- films ausreicht. 101.1 Neben verschiedenen organischen chemi- schen Verbindungen ist Natriumsulfat (Glau- bersalz, Abführmittel, Schmelzpunkt 32 o C ) als Wärmespeicher geeignet. 101.2 Wickle ein feuchtes Tuch oder Papierta- schentuch um ein Thermometer und notiere in regelmäßigen Intervallen die angezeigte Tem- peratur. 103.1 Denis Papin erfand 1679 den Dampfdruck- Kochtopf. 104.1 a) 87,3 o C bzw. 80,3 o C . b) Mit zunehmen- der Höhe sinkt mit dem Luftdruck die Dichte der Luft. Bei 7000m Höhe enthält jeder Atem- zug nur 40% der Sauerstoffmenge auf Meeres- niveau. Bereits ab 2 000m kann „Höhenkrank- heit“ auftreten. 104.2 Erhitze in einem Wasserkocher eine ab- gewogene Menge Wasser. Lass nach Erreichen des Siedepunkts etwa 1 Minute lang (Stoppuhr!) Wasser verdampfen. Aus der zugeführten elek- trischen Energie und der verdampften Wasser- menge ergibt sich dein Ergebnis. 104.3 a) Das Teewasser wird durch Sieden nicht heißer. b) Mit der Verdampfungswärme könn- te man ca. 6,7 Liter Wasser von 20 o C auf 100 o C erwärmen. 106.1 a) Innerhalb einer Stunde atmest du beim Wintersport etwa 3,6m 3 Luft ein und aus. Du verlierst (44 – 2,4) g/m 3 , insgesamt etwa 150 g . Zusätzlich verdunstet verstärkt Wasser über die Haut. b) Eine zusätzliche Flüssigkeitsaufnah- me ist daher zu empfehlen. 112.1 Ein qualitatives Experiment genügt, erst- mals quantitativ führte James P. Joule das Ex- periment 1843 durch. 114.1 Achte dabei auf die verschiedenen Einhei- ten. 116.1 z.B. eine auskühlende Herdplatte. Obwohl die Energie nicht verschwunden ist und in der Umgebung gespeichert ist, wird sie sich nie- mals wieder in der Herdplatte sammeln. 123.1 a) Die idealen thermodynamischen Wir- kungsgrade betragen 66% (Diesel) bzw. 48% (Benzin). b) Sie werden nicht erreicht, da die Arbeitstakte nicht den idealen Prozessen ent- sprechen. Lösungen zu den „Untersuche“-Aufgaben 141 | Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv