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==Aufgaben zu Schwingungen I==
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{|
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====Energieformen====
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|height="950px"|
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Nennen Sie zwei verschiedene Beispiele für eine Schwingung und beschreiben Sie kurz wann dabei welche Energieformen auftreten.
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|}__NOTOC__
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==Aufgaben zur Energie==
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====Energieträger und Energieformen====
  
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[[Datei:Schaukeltier_mit_Kind.jpg|thumb]]
+
{|class="wikitable" style="float:right;"
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====Schaukeltier====
+
!
−
Ein Kind "reitet" auf einem Feder-Schaukeltier. Erklären Sie anhand dieses Beispiels die Begriffe:
+
Energieträger
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*Ruhelage
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! colspan="2" "|
−
*Elongation
+
Name der Energieform
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*Amplitude
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|-
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*Rückstellkraft
+
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*Periodendauer
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Holz
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*Frequenz
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|colspan="2"|chemische Energie
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Nennen Sie noch ein weiteres Beispiel für eine mechanische Schwingung und machen Sie sich wiederum diese Begriffe klar.
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heißes Wasser
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|colspan="2"|Wärmeenergie
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geriebener Luftballon
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|colspan="2"|elektrische Energie
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Licht
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|colspan="2"|Lichtenergie<ref>Das Licht selbst besteht nicht aus Energie, es enthält die Energie! Was das Licht selbst ist, kann man nicht so einfach beantworten.</ref>
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|-
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laufender Mensch
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|Bewegungsenergie
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|rowspan="3"|mechanische Energie
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|-
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[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
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|Spannenergie
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|-
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hochgelegenes Wasser in einem Stausee
 +
|Lageenergie
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|}
  
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====Zeigermodell====
 
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Wie kann man eine harmonische Schwingung mit einem Zeiger beschreiben?
 
  
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Beschreiben Sie dazu den im Unterricht durchgeführten Versuch.
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'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
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*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
  
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[[Datei:Wecker.jpg|thumb|100px]]
+
'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.  
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====Uhrzeiger====
+
*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel in folgender Art:
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Eine Uhr hat einen Stunden-, einen Minuten- und einen Sekundenzeiger.
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:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
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*Begründen Sie warum der Sekundenzeiger eine Winkelgeschwindigkeit von <math>\omega = \frac{2\, \pi}{60\, \rm s}</math> hat.
+
<br style="clear: both" />  
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*Welche Frequenz und welche Periodendauer hat der Sekundenzeiger?
+
−
*Mit welcher Geschwindigkeit <math>v</math> bewegt sich die Spitze des Sekundenzeigers, wenn er 10cm lang ist?
+
−
*Suchen Sie eine Armbanduhr oder eine Wanduhr und bestimmen Sie für alle drei Zeiger die Größen: <math>\omega</math>, <math>f</math>, <math>T</math> und <math>v</math>.
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<br style="clear: both" />
+
  
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====Schwingmännchen====
+
{|class="wikitable" style="text-align: right; float:right; "
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Ein Schwingmännchen schwingt mit einer Periodendauer von <math>\rm T = 0{,}5\, s</math> und einer Amplitude von <math>\hat y = \rm 3\, cm</math>.
+
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Gegenstand
  
−
Die Zeit <math>t</math> wird ab dem Durchgang von unten nach oben durch die Ruhelage gemessen.
+
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Energiemenge in Joule
  
−
*Zeichnen Sie für folgende Zeitpunkte den Zeiger in ein Koordinatensystem: <math>t_1 = 0{,}25\, s</math>, <math>t_2 = 0{,}125\, s</math>, <math>t_3 = 0{,}4375\, s</math>
+
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
−
*Bestimmen Sie zeichnerisch jeweils die Auslenkungen <math>y(t_i)</math>.
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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1.300 J
  
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[[Datei:Stimmgabel.jpg|thumb]]
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|-
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[[Datei:Verrußte_Glasplatte_Stimmgabel.jpg|thumb]]
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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ein Liter Benzin
  
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====Stimmgabel====
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
Die Zinken einer Stimmgabel schwingen mit einer Frequenz von 440 Hz<ref>Das ist der Kammerton a. (Siehe auch [http://de.wikipedia.org/wiki/Kammerton Wikipedia: Kammerton])</ref> und durch eine Messung an einer verußten Glasplatte bestimmt man die größte Amplitude zu <math>\hat y = 2 \, \rm mm</math>.
+
30.000.000 J
−
*Welche Periodendauer und welche Winkelgeschwindigkeit hat die Schwingung?
+
−
*Stellen Sie für einen Zinken der Stimmgabel die Bewegungsgleichungen auf:
+
−
:<math>y(t)</math>, <math>v(t)</math>, <math>a(t)</math>,
+
−
*Bestimmen Sie daraus die maximale Geschwindigkeit und die maximale Beschleunigug eines Zinkens der Stimmgabel.
+
−
<br style="clear: both" />
+
  
−
====Horizontales Federpendel====
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|-
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{|
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
−
|valign="top"|
+
Akku eines E-Autos<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_3#Batterietechnik Tesla Model 3]</ref>
−
Ein Wagen schwingt horizontal an einer Feder. Die folgenden Graphen beschreiben den Verlauf seiner Bewegung im Koordinatensystem:
+
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|valign="top"|
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+
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aufgepumpter Fahrradreifen
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600 J
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Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
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Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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300.000 J
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|-
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Fahrradfahrerin mit 30 km/h
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3.000 J
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|-
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eine Tafel Schokolade
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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2.000.000 J
  
 
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[[Datei:Aufgabe_Schwingung_y-t-Diagramm.png|500px]]
 
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[[Datei:Aufgabe_Schwingung_v-t-Diagramm.png|500px]]
 
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[[Datei:Aufgabe_Schwingung_a-t-Diagramm.png|500px]]
 
  
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*Woran kann man erkennen, dass die Schwingung nicht gedämpft ist, also keine Energie verliert?
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'''3)''' Aus der Tabelle kann man ablesen:
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:"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
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*Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.
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<br style="clear: both" />
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==Energiewandler / Energieumlader==
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[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|right]]
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'''4) Energie für Maschinen'''
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Ein Automotor bekommt mit dem Benzin seine Energie und setzt damit das Auto in Bewegung. Der Motor wird dabei auch sehr heiss. Der Motor lädt die Energie vom Benzin auf die Bewegung des Autos und auf den heissen Motor um. 
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:'''a)''' Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
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:'''b)''' Wie kann man Energie von Licht auf Bewegung umladen? Zeichne dazu zwei geeignete Energieumlader hintereinander.
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<br style="clear: both" />
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[[Datei:Aufgabe_Energie_für_Mensch_und_Tier.png|435px|right]]
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'''5) Energie für den Menschen'''
  
−
*Wie wurde dem Wagen zu Beginn Energie zugeführt? Wurde er ausgelenkt und losgelassen? (und wenn ja, in welche Richtung?) Wurde er angeschubst? (und wenn ja, in welche Richtung?)
+
Mit welchen Energieträgern bekommen der Mensch, eine Kuh, eine Graspflanze und eine Weizenpflanze ihre Energie? In welche Träger wird die Energie hineingesteckt?
 +
*Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!
  
−
Der Graph der Geschwindigkeit ist gegenüber dem der Auslenkung um eine Viertel Periode (<math>\frac{T}{4}</math> oder <math>\frac{2\, \pi}{4}</math>) verschoben.
+
Brot/Fleisch   Grashalme
 +
Muskelmasse&Fett&Milch
 +
Muskelmasse&Fett&Milch 
 +
Kot&Urin          Kot&Urin
 +
Wärme           Wärme
 +
Grashalme   Weizenkörner
 +
Bewegung          Bewegung
 +
Licht           Licht
  
−
Der Graph der Beschleunigung ist gegenüber dem der Auslenkung um eine Halbe Periode (<math>\frac{T}{2}</math> oder <math>\frac{2\, \pi}{2}</math>) verschoben und hat immer ein anderes Vorzeichen als die Auslenkung.
+
*Zeichne eine Energieumladerkette für einen Menschen, der nur Fleisch isst und einen Menschen, der nur Brot ist. Wo kommt schlußendlich die Energie für den Menschen her?
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<br style="clear: both" />  
  
−
*Erklären Sie das anhand der Bewegung des Wagens. (Nicht mathematisch über die Ableitung.)
+
'''6) Viele verschiedene Energieumlader'''
  
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*Berechnen Sie die maximale Geschwindigkeit <math>\hat v</math> und die maximale Beschleunigung <math>\hat a</math> aus der Winkelgeschwindigkeit <math>\omega</math>.
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In [[Media: Energieumlader-Tabelle_teilausgefüllt_als_Aufgabe.pdf|dieser Tabelle]] sind viele Energieumlader aufgeführt. Auf der linken Seite sieht man, mit welchem Träger sie ihre Energie bekommen und oben kann man ablesen, mit welchem Träger sie die Energie wieder abgeben. Ein Baum bekommt seine Energie mit dem Licht und speichert sie in seinem Holz. Ein Ofen wiederum kann seine Energie mit Holz bekommen und sie mit der warmen Luft wieder abgeben.
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:Kontrollieren Sie ihr Ergebnis an den Graphen von <math>v(t)</math> und <math>a(t)</math>.
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==Fußnoten==
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*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.
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<references />
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Aktuelle Version vom 17. November 2025, 23:13 Uhr

Aufgaben zur Energie

Energieträger und Energieformen

Energieträger

Name der Energieform

Holz

chemische Energie

heißes Wasser

Wärmeenergie

geriebener Luftballon

elektrische Energie

Licht

Lichtenergie[1]

laufender Mensch

Bewegungsenergie mechanische Energie

zusammengedrückter Luftballon

Spannenergie

hochgelegenes Wasser in einem Stausee

Lageenergie


1) Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.

  • Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.

2) Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.

  • Nenne für jede Energieform ein anderes Beispiel in folgender Art:
"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."


Gegenstand

Energiemenge in Joule

Sonnenlicht auf einen m2 für eine Sekunde

1.300 J

ein Liter Benzin

30.000.000 J

Akku eines E-Autos[2]

180.000.000 J

aufgepumpter Fahrradreifen

600 J

Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch

100 J

Ein Liter kochendes Wasser[3]

300.000 J

Fahrradfahrerin mit 30 km/h

3.000 J

eine Tafel Schokolade

2.000.000 J


3) Aus der Tabelle kann man ablesen:

"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
  • Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.


Energiewandler / Energieumlader

Aufgaben Energieumlader.png

4) Energie für Maschinen

Ein Automotor bekommt mit dem Benzin seine Energie und setzt damit das Auto in Bewegung. Der Motor wird dabei auch sehr heiss. Der Motor lädt die Energie vom Benzin auf die Bewegung des Autos und auf den heissen Motor um.

a) Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
b) Wie kann man Energie von Licht auf Bewegung umladen? Zeichne dazu zwei geeignete Energieumlader hintereinander.


Aufgabe Energie für Mensch und Tier.png

5) Energie für den Menschen

Mit welchen Energieträgern bekommen der Mensch, eine Kuh, eine Graspflanze und eine Weizenpflanze ihre Energie? In welche Träger wird die Energie hineingesteckt?

  • Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein! 
Brot/Fleisch	  Grashalme
Muskelmasse&Fett&Milch
Muskelmasse&Fett&Milch  	
Kot&Urin          Kot&Urin
Wärme	          Wärme
Grashalme	  Weizenkörner
Bewegung          Bewegung
Licht	          Licht
  • Zeichne eine Energieumladerkette für einen Menschen, der nur Fleisch isst und einen Menschen, der nur Brot ist. Wo kommt schlußendlich die Energie für den Menschen her?


6) Viele verschiedene Energieumlader

In dieser Tabelle sind viele Energieumlader aufgeführt. Auf der linken Seite sieht man, mit welchem Träger sie ihre Energie bekommen und oben kann man ablesen, mit welchem Träger sie die Energie wieder abgeben. Ein Baum bekommt seine Energie mit dem Licht und speichert sie in seinem Holz. Ein Ofen wiederum kann seine Energie mit Holz bekommen und sie mit der warmen Luft wieder abgeben.

  • Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.


Referenzfehler: Es sind <ref>-Tags vorhanden, jedoch wurde kein <references />-Tag gefunden.

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