5 Digitale Zusatzmaterialien Online-Codes Einfach den Code im Suchfenster auf www.oebv.at eingeben und du wirst direkt zu digitalem Zusatzmaterial (zB Videoclips, Animationen, interaktive Übungen) oder Lösungen weitergeleitet. Schwarz hervorgehobene Sätze helfen dir, wichtige Inhalte schneller zu erfassen. Verweise auf die Einstiegsfragen wie dieser hier ( A 7 und A 8 ) helfen dir, schneller die Antwort auf die zu Beginn gestellten Fragen zu finden. 42 13.2 Die Welt steht still! Reibungskraft Hier geht es um die Reibungskraft. Diese tritt zum Beispiel auf, wenn du eine Kiste über den Boden schiebst. Sie macht dir aber nicht nur das Leben schwer, sondern ist oft auch verdammt praktisch! Die Räder eines Skateboards stecken nicht einfach so auf den Achsen, dazwischen befinden sich Kugellager. Erkläre, wie diese funktionieren. Reibe deine Hände mehrere Male fest aneinander. Die Handflächen werden dabei ganz schön warm! Begründe, warum das so ist. Warum verwendet man beim Klettern Schuhe mit Gummisohle? Und warum reibt man sich die Hände mit einem weißen Pulver ein? Begründe. B 13 .17 Wozu dient das weiße Pulver, das man beim Klettern verwendet? Befestige eine Federwaage an einem Holzquader und probiere Folgendes aus: a) Wofür brauchst du mehr Kraft? Um den Quader in Bewegung zu setzen oder um ihn in Bewegung zu halten, wenn er schon rutscht? b) Wie ist das bei verschiedenem Untergrund, etwa bei Tischplatte, Filz und Schleifpapier? Und wie ist es auf Murmeln oder Rundhölzern? c) Wie verändert sich die benötigte Kraft, wenn du auf den Holzklotz zusätzliche Gewichte gibst? B 13.16 Kugellager im Skateboard A 6 A 7 A 8 A 9 B 13.18 Selbst wenn dir eine Oberfläche beim Darüberstreichen völlig glatt vorkommt, kann man bei starker Vergrößerung unter dem Mikroskop immer Berge und Täler erkennen. Wenn zwei Oberflächen einander berühren, etwa eine Kiste und der Boden, dann verzahnen sich diese kleinsten Unebenheiten, und das macht das Schieben einer Kiste schwer (B 13.19). Die Reibung oder genauer gesagt Reibungskraft entsteht durch Unebenheiten an den Oberflächen sich berührender Körper und wirkt Bewegungen entgegen. B 13.19 Die Haftreibungskraft (a) ist größer als die Gleitreibungskraft (b). Bei deinen Versuchen ( A 9 a ) hast du wahrscheinlich folgendes bemerkt: In dem Moment, in dem das Objekt zu rutschen beginnt, sinkt die Anzeige auf der Federwaage ab. Warum? Wenn das Objekt ruht, greifen die Verzahnungen der Oberflächen tief ineinander (B 13.19 a). Dadurch entsteht die Haftreibungskraft. Wenn das Objekt rutscht, dann hebt es die oberen Unebenheiten etwas aus den unteren heraus und sie rumpeln mit weniger Kontakt aneinander vorbei (b). Dadurch entsteht die Gleitreibungskraft, die immer kleiner ist, als die Haftreibungskraft. Wenn die Unebenheiten der Oberflächen größer sind, etwa bei Filz oder Schleifpapier, greifen sie tiefer ineinander, und die Dinge sind dann schwerer gegeneinander zu verschieben ( A 9 b ). Wenn das Objekt mehr Masse hat, werden die Unebenheiten stärker ineinander gedrückt, und die Reibungskraft steigt (B 13.20 b und A 9 c ). Umgekehrt ist nasser Boden sehr rutschig, weil das Wasser einen dünnen Schmierfilm bildet und gewissermaßen die Gebirge der Ober- und Unterseite auf Abstand hält (B 13.20 c). Auch Schmieröl funktioniert so, etwa bei einer Fahrradkette. B 13.20 Eine größere Masse verstärkt die Verzahnung (a + b) und die Reibungskraft wird größer. Ein Wasser- oder Ölfilm hält die Hügel auf Distanz (c) und die Reibungskraft wird kleiner. Haftreibung Gleitreibung Bewegung Gleitreibungskraft Haftreibungskraft a b Wasser a b c 43 13 Newton und der Apfel Reibungskräfte können auf einer Seite unheimlich störend sein, auf der anderen Seite verdammt praktisch. Sehen wir uns dazu Beispiele aus dem Alltag an und fangen wir mit der unerwünschten Reibung an. Reibung ist überall dort ungünstig, wo sie erwünschte Bewegung bremst und behindert. Zum Beispiel bringt die Reibung an der Luft nicht angetriebene Autos oder Fahrräder nach kurzer Zeit zum Stillstand. Weil ein großer Luftwiderstand beim Autofahren mehr Treibstoff verbraucht, versucht man, Fahrzeuge möglichst windschlüpfrig zu bauen (B 13.21). Bei festen Teilen, die gegeneinander reiben, verwendet man Schmieröl, etwa bei der Fahrradkette. B 13.21 Hier wir ein Auto im Windkanal darauf getestet, wie klein die erzeugte Luftwiderstandskraft ist. Um die Reibung zu verringern, arbeitet man außerdem mit Rädern und Kugellagern. Das Rad wurde vor etwa 5500 Jahren erfunden. Man bemerkte, dass Rollreibung viel geringer ist als Gleitreibung. Wenn du zum Beispiel den Holzklotz auf Murmeln oder Rundhölzer legst, sinkt die nötige Kraft zum Ziehen sehr stark ab ( A9 b ). Den Trick mit dem Murmeln kennst du sicher aus diversen Slapstickszenen in Filmen (B 13.22). Den Trick mit der Rollreibung verwendet man auch bei Achsen. Diese sind über Kugellager mit den Rädern verbunden ( A6 ). Der äußere Ring lässt sich gegenüber dem inneren leicht verdrehen, weil dazwischen die Kugeln munter rollen (B 13.16). Kugellager werden bei Skateboards, Fahrrädern, Inlineskates, Autos oder dem Wiener Riesenrad (B 13.23) verwendet. Aber auch in einem durchschnittlichen Haushalt befinden sich dutzende Kugellager: in Küchenmaschinen, Staubsaugern, Rollkoffern, Bohrmaschinen, DVD-Laufwerken. Die Liste könnte man beinahe endlos fortsetzen. Ohne Kugellager würde die Welt bildlich gesprochen stillstehen! B 13.22 Dass man auf Murmeln leicht ausrutscht, ist ein Effekt der geringen Rollreibung. B 13.23 Das Wiener Riesenrad hat eine unfassbare Masse von 245Tonnen! Auf der Achse befinden sich zwei riesige Kugellager mit etwa 0,5 m Durchmesser – wie beim Fahrrad, nur XXXXXXXL! Wann ist Reibung günstig? Beim Gehen drückst du dich vom Boden nach vorne weg. Das ist nur auf Grund der Reibung möglich. Du merkst das, wenn du einmal auf glattem Eis unterwegs bist – oder auf Murmeln ausrutscht. Für jede Geschwindigkeitsänderungen mit Rad, Auto oder Zug braucht man die Reibung mit dem Untergrund. Ohne Reibung keine Geschwindigkeitsänderung! Nägel und Schrauben halten nur durch Reibung. Auch alle Knoten und Schuhmaschen würden ohne Reibung sofort wieder aufgehen. Ein Kletterer nutzt die große Reibung zwischen Gummisohlen und Fels aus und gibt sich Magnesium auf die Finger, das den Schweiß aufsaugt und die Reibung erhöht ( A 8 ). Auch beim Anzünden eines Streichholzes (B 13.24) nutzt du die Reibung aus. Diese erzeugt nämlich auch immer Wärme ( A 7 ). B 13.24 Ein Streichholz braucht zum Entzünden 180 bis 200 °C. Diese Temperatur kommt von der Reibung. Kurz zusammengefasst Die Reibungskraft entsteht durch Unebenheiten an den Oberflächen sich berührender Körper und wirkt Bewegungen entgegen. Wie große die Reibungskraft ist, hängt von den Materialien und der Masse ab. Schmiermittel, Räder und Kugeln können die Reibung sehr stark verringern. Die Reibungskraft kann aber im Alltag auch sehr praktisch sein, etwa bei der Fortbewegung. 43 13 Newton und der Apfel Reibungskräfte können auf einer Seite unheimlich störend sein, auf der anderen Seite verdammt praktisch. Sehen wir uns dazu Beispiele aus dem Alltag an und fangen wir mit der unerwünschten Reibung an. Reibung ist überall dort ungünstig, wo sie erwünschte Bewegung bremst und behindert. Zum Beispiel bringt die Reibung an der Luft nicht angetriebene Autos oder Fahrräder nach kurzer Zeit zum Stillstand. Weil ein großer Luftwiderstand beim Autofahren mehr Treibstoff verbraucht, versucht man, Fahrzeuge möglichst windschlüpfrig zu bauen (B 13.21). Bei festen Teilen, die gegeneinander reiben, verwendet man Schmieröl, etwa bei der Fahrradkette. B 13.21 Hier wir ein Auto im Windkanal darauf getestet, wie klein die erzeugte Luftwiderstandskraft ist. Um die Reibung zu verringern, arbeitet man außerdem mit Rädern und Kugellagern. Das Rad wurde vor etwa 5500 Jahren erfunden. Man bemerkte, dass Rollreibung viel geringer ist als Gleitreibung. Wenn du zum Beispiel den Holzklotz auf Murmeln oder Rundhölzer legst, sinkt die nötige Kraft zum Ziehen sehr stark ab ( A9 b ). Den Trick mit dem Murmeln kennst du sicher aus diversen Slapstickszenen in Filmen (B 13.22). Den Trick mit der Rollreibung verwendet man auch bei Achsen. Diese sind über Kugellager mit den Rädern verbunden ( A6 ). Der äußere Ring lässt sich gegenüber dem inneren leicht verdrehen, weil dazwischen die Kugeln munter rollen (B 13.16). Kugellager werden bei Skateboards, Fahrrädern, Inlineskates, Autos oder dem Wiener Riesenrad (B 13.23) verwendet. Aber auch in einem durchschnittlichen Haushalt befinden sich dutzende Kugellager: in Küchenmaschinen, Staubsaugern, Rollkoffern, Bohrmaschinen, DVD-Laufwerken. Die Liste könnte man beinahe endlos fortsetzen. Ohne Kugellager würde die Welt bildlich gesprochen stillstehen! B 13.22 Dass man auf Murmeln leicht ausrutscht, ist ein Effekt der geringen Rollreibung. B 13.23 Das Wiener Riesenrad hat eine unfassbare Masse von 245Tonnen! Auf der Achse befinden sich zwei riesige Kugellager mit etwa 0,5 m Durchmesser – wie beim Fahrrad, nur XXXXXXXL! Wann ist Reibung günstig? Beim Gehen drückst du dich vom Boden nach vorne weg. Das ist nur auf Grund der Reibung möglich. Du merkst das, wenn du einmal auf glattem Eis unterwegs bist – oder auf Murmeln ausrutscht. Für jede Geschwindigkeitsänderungen mit Rad, Auto oder Zug braucht man die Reibung mit dem Untergrund. Ohne Reibung keine Geschwindigkeitsänderung! Nägel und Schrauben halten nur durch Reibung. Auch alle Knoten und Schuhmaschen würden ohne Reibung sofort wieder aufgehen. Ein Kletterer nutzt die große Reibung zwischen Gummisohlen und Fels aus und gibt sich Magnesium auf die Finger, das den Schweiß aufsaugt und die Reibung erhöht ( A 8 ). Auch beim Anzünden eines Streichholzes (B 13.24) nutzt du die Reibung aus. Diese erzeugt nämlich auch immer Wärme ( A 7 ). B 13.24 Ein Streichholz braucht zum Entzünden 180 bis 200 °C. Diese Temperatur kommt von der Reibung. Kurz zusammengefasst Die Reibungskraft entsteht durch Unebenheiten an den Oberflächen sich berührender Körper und wirkt Bewegungen entgegen. Wie große die Reibungskraft ist, hängt von den Materialien und der Masse ab. Schmiermittel, Räder und Kugeln können die Reibung sehr stark verringern. Die Reibungskraft kann aber im Alltag auch sehr praktisch sein, etwa bei der Fortbewegung. 43 Windkanal darauf getestet, wie standskraft ist. ngern, arbeitet man außerdem gern. Das Rad wurde vor etwa an bemerkte, dass Rollreis Gleitreibung. Wenn du zum uf Murmeln oder Rundhölzer aft zum Ziehen sehr stark ab em Murmeln kennst du sicher enen in Filmen (B 13.22). bung verwendet man auch bei Kugellager mit den Rädern ßere Ring lässt sich gegenverdrehen, weil dazwischen n (B 13.16). Kugellager werden dern, Inlineskates, Autos oder B 13.23) verwendet. Aber auch hen Haushalt befinden sich Küchenmaschinen, Staubsaumaschinen, DVD-Laufwerken. inahe endlos fortsetzen. Ohne elt bildlich gesprochen stillB 13.22 Dass man auf Murmeln leicht ausrutscht, ist ein Effekt der geringen Rollreibung. Rad, Auto oder Zug braucht man die Reibung mit dem Untergrund. Ohne Reibung keine Geschwindigkeitsänderung! Nägel und Schrauben halten nur durch Reibung. Auch alle Knoten und Schuhmaschen würden ohne Reibung sofort wieder aufgehen. Ein Kletterer nutzt die große Reibung zwischen Gummisohlen und Fels aus und gibt sich Magnesium auf die Finger, das den Schweiß aufsaugt und die Reibung erhöht ( A 8 ). Auch beim Anzünden eines Streichholzes (B 13.24) nutzt du die Reibung aus. Diese erzeugt nämlich auch immer Wärme ( A 7 ). B 13.24 Ein Streichholz braucht zum Entzünden 180 bis 200 °C. Diese Temperatur kommt von der Reibung. Kurz zusammengefasst Die Reibungskraft entsteht durch Unebenheiten an den Oberflächen sich berührender Körper und wirkt Bewegungen entgegen. Wie große die Reibungskraft ist, hängt von den Materialien und der Masse ab. Schmiermittel, Räder und Kugeln können die Reibung sehr stark verringern. Die Reibungskraft kann aber im Alltag auch sehr praktisch sein, etwa bei der Fortbewegung. Zum Schluss wird das Wichtigste der Doppelseite nochmals kurz und verständlich zusammengefasst. 50 Übung und Vertiefung Archimedes, Flash und Co. 1 L knifflige Frage: Im Weltall schwebt ein einsamer Tisch, auf den du die Erde legst! Beantworte: Wie viel würde die Erde wiegen? 1 L Auf einem Seil steht, dass es mit maximal 1000 N belastet werden kann. Bestimme, wie viel Kilo du damit höchstens in die Höhe heben könntest. 1 L Du stehst auf deiner Badezimmerwaage. Diese zeigt 40 kg. Die Formulierung „Ich habe ein Gewicht von 40 kg!“ ist ja physikalisch gesehen falsch. Wie würdest du es richtig formulieren? 1 L Die Schilder bei Brücken (B 13.51) nennt man im Alltag „Gewichtsbeschränkung“. Wie könnte man das physikalisch richtig formulieren? Bastle dir selbst eine Briefwaage (B 13.52). An die Klammer hängst du die Stücke, die du wiegen möchtest. Zum Beschriften der Skala brauchst du ein Blatt Kopierpapier mit 80 Gramm pro m2. Wenn du ein Stück mit 12 cm mal 10,5 cm ausschneidest, hast du genau 1 Gramm. Mit ein, zwei, drei Blättern… kannst du dann die Waage genau „eichen“. A 20 B 13.50 A 21 A 22 A 23 B 13.51 Ein „Gewichtsbeschränkung“: Wie könnte man das physikalisch richtig formulieren? A 24 Klebeband Münze Karton Skala Loch 10 cm Nullstellung B 13.52 Eine selbstgemachte Briefwaage 1 L Du willst einem Alien auf einem fernen Planeten am Telefon die Begriffe oben und unten sowie links und rechts erklären. Was geht einfach und womit wirst du große Probleme haben? Begründe. 1 L Wie schnell The Flash laufen kann, ist umstritten. Aber er ist auf jeden Fall seeehr schnell, er kann sogar Superman beim Laufen abhängen. Begründe, warum Flash und sein Superanzug absolut feuerfest sein müssen. B 13.53 Flash ist sogar schneller als Superman – zumindest in manchen Episoden! 1 L Was ist eine Sternschnuppe und wie entsteht sie? Das Bild unten zeigt den Geminidenschauer. Recherchiere dazu im Internet. B 13.54 Ein Sternschnuppenschauer 1 L Was ist im Flussdiagramm unten scherzhaft dargestellt? Beschreibe das Diagramm einer Mitschülerin oder einem Mitschüler. B 13.55 Was soll dieses Flussdiagramm? A 25 A 26 A 27 A 28 Bewegt es sich? nein nein nein Sollte es? kein Problem kein Problem Sollte es? ja ja ja 51 13 Newton und der Apfel 1 L In deinen Gelenken, etwa dem Kniegelenk (B 13.49), befindet sich eine Flüssigkeit. Diese wird vermehrt erzeugt, wenn du dich bewegst, etwa wenn du läufst. Was hat das für einen Sinn? Begründe. 1 L In einer Wasserrutsche im Schwimmbad rinnt immer ein kleines Bächlein (B 13.56). Warum? B 13.56 Warum werden die Rutschen immer nass gemacht? Wie groß die Reibungskraft von verschiedenen Objekten im Vergleich ist, kannst du ganz einfach mit Hilfe eines Holzbretts bestimmen (B 13.57). Du erhöhst langsam den Neigungswinkel. Was früher zu rutschen beginnt, hat eine kleinere Reibung. 1 L Wenn sich auf der Straße viel Wasser befindet, kann es passieren, dass zwischen Autoreifen und Straße ein Wasserkeil entsteht (B 13.58). Das nennt man Aquaplaning. Erkläre, was das Gefährliche daran ist. B 13.58 Aquaplaning A 29 A 30 A 31 Eiswürfel Radierer Streichholzschachtel Kuli B 13.57 Je kleiner die Reibungskraft, desto eher beginnt das Ding bei steigender Neigung zu rutschen. A 32 1 L In der Steinzeit erzeugte man Feuer mit Hilfe eines Rundstabes (B 13.59). Beschreibe, wie das funktioniert. 1 L Warum befinden sich auf Stufen manchmal farbige raue Streifen? Warum sind Metalltreppen oft geriffelt? Begründe deine Antworten. 1 L Berechne den Druck in Newton pro m2 in den drei Fällen in B 13.60. Gib vorher einen Tipp ab, wo der größte Druck auftritt! Überprüfe dann deine Hypothese. Zur Berechnung musst du bei a und b zuerst die Gewichtskraft ausrechnen. Außerdem musst du die Fläche bei b und c vorher in m2 umrechnen. Es gilt 1 dm2 = 0,01 m2 und 1 mm2 = 0,000001 m2. B 13.60 In welchen Fällen entsteht der größte Druck? 1 L Der griechische Gelehrte Archimedes sollte die Reinheit einer goldenen Krone prüfen, ohne diese zu zerschneiden. Das Aha-Erlebnis kam beim Baden. Er rief angeblich „Heureka!“ („Ich hab’s gefunden!“) und rannte dann nackt auf die Straße. Wie löste er das Problem? Begründe deine Antwort. Hilf dir mit B 13.61. B 13.61 Die Krone und ein gleich schwerer Klumpen Gold. Die Größe der Kräfte ist nicht maßstäblich dargestellt. A 33 B 13.59 Wie macht man mit einem Rundstab Feuer? A 34 A 35 a b c Masse: 40 kg Masse: 5 t Kraft: 2 N Fläche: 0,5 m2 3 dm3 0,002 mm2 A 36 Übung und Vertiefung Am Ende jedes Großkapitels gibt es eine spannende Doppelseite mit vertiefenden Aufgaben und Experimenten. Hier kannst du das Gelernte gleich anwenden. Bei allen Aufgaben die mit einem L gekennzeichnet sind, findest du die Lösungen wieder hinten im Buch. Experimente sind wieder grün markiert. Android iOS 1. Scanne den QR-Code und lade die App auf dein Smartphone oder dein Tablet. 2. Scanne deinen Buchumschlag oder wähle dein Schulbuch in der App-Medienliste aus. 3. Scanne eine mit gekennzeichnete Buchseite oder wähle ein Audio/Video aus der App-Medienliste aus. QuickMedia App Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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