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−	==Übersicht: Energiezufuhr und Abgabe bei Schwingungen==	+	==Aufgaben zur Kraft==
−	Je nach der Art der Energiezufuhr oder des Verlustes kann man Schwingungen in verschiedene Kategorien einteilen:	+	===1) Was ist Kraft?===
−	====Energieabgabe====	+	Im Alltag wird oft der Begriff "Kraft" benutzt. Dabei ist aber nicht immer der physikalische Kraftbegriff gemeint. In vielen Fällen ist auch die in einem Gegenstand enthaltene Energie gemeint.
−	{|	+	*Woran kann man erkennen, dass im physikalischen Sinne eine Kraft wirkt?
−	|valign="top"|	+	*Bei welchen der folgenden Aussagen ist der Begriff "Kraft" im physikalischen Sinne gemeint?
−	;gedämpfte und ungedämpfte Schwingungen	+	:Bei welchen ist eher die Energie gemeint und bei welchen etwas ganz anderes?
−	:Gedämpfte Schwingungen verlieren Energie an die Umgebung, dabei nimmt die Amplitude ab. Bei allen realen mechanischen Schwingungen tritt Reibung auf, weshalb alle Schwingungen auch mehr oder weniger stark gedämpft sind.	+
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−	[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_gedämpft.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer freien, gedämpften Schwingung.]]	+
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−	:Ungedämpfte Schwingungen ohne Energieabgabe gibt es in Reinform nur als abstrakte Idee, da es eine reibungslose Bewegung nicht gibt. Nur durch ständige Energiezufuhr kann erreicht werden, dass die Energiemenge der Schwingung, und somit auch die Amplitude, konstant bleibt.	+
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−	[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_ungedämpft.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer freien, ungedämpften Schwingung.]]	+
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−	{|	+	#Windkraftwerke werden oft in Küstennähe gebaut.
−	|height="300x"|	+	#Er schiebt den Einkaufswagen mit voller Kraft nach vorne.
−	|}	+	#Die frischen Blätter leuchten in einem kräftigen Grün.
−	====Energiezufuhr====	+	#Kraft ihres Amtes verlieh sie ihm einen Orden.
−	{|	+	#Auch beim Basketball kann Krafttraining sinnvoll sein.
−	|valign="top"|	+	#Die Schwerkraft zieht Mond und Erde zusammen.
−	; freie Schwingungen	+	#Es herrscht ein Mangel an Fachkräften.
−	: Bei einer freien Schwingung wird von Außen gar keine Energie zugeführt. Man beeinflußt die Schwingung nicht.	+	#Benzin und Diesel sind Kraftstoffe für Motoren.
−	|-	+	#Sie tritt mit voller Kraft in die Pedale.
−	|valign="top"|	+	#Mit freudiger Tatkraft gingen sie an's Werk.
−	; erzwungene und angeregte Schwingungen	+	#In dieser Pflanze steckt eine große Heilkraft.
−	: Bei einer erzwungenen Schwingung wird durch eine periodische Anregung die Frequenz der Schwingung festgelegt. Je nachdem wie gut die Anregungsfrequenz "paßt", nimmt die Schwingung mehr oder weniger Energie auf.	+
−	:Beispiele sind Vibrationen beim Auto, die bei bestimmten Geschwindigkeiten auftreten.	+	====2) Luftballon====
−	|	+	[[Datei:Luftballon Druecken.jpg|thumb]]
−	[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_erzwungen.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer erzwungenen, gedämpften Schwingung.]]	+	Paula hält einen Luftballon zwischen ihren Händen.
−	|-	+	:'''a)''' Zeichne ein Bild wie Paula den Ballon hält. Wie verändert sich der Ballon durch das Festhalten?
−	|valign="top"|	+	:'''b)''' Schneide dann den Ballon frei und zeichne in das Schnittbild die Kräfte ein, die auf den Luftballon wirken.
−	:Erfolgt die Energiezufuhr in der Eigenfrequenz, spricht man von einer angeregten Schwingung. Eine angeregte Schwingung ist also einer erzwungene Schwingung in der "passenden" Frequenz.	+	:'''c)''' Steht der Ballon unter Druck- oder unter Zugspanung?
−	:Durch die Energiezufuhr wird die Dämpfung quasi aufgehoben, aber die Frequenz nicht vorgegeben. Die Schwingung verhält sich wie eine freie, ungedämpfte Schwingung.	+	:'''d)''' Gib weitere Beispiele an, bei denen zwei gleichgroße Kräfte einen Körper verformen.
−	:Beispiele sind Kinderschaukeln, die Unruhe oder das Pendel einer mechanischen Uhr und der Schwingquarz bei einer Quarzuhr.	+
−	|	+	====3) Tauziehen====
−	[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_angeregt.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer angeregten, gedämpften Schwingung.]]	+	[[Datei:Aufgabe Kraft Tauziehen.jpg|798px]]
−	|-	+	<br>Beide Mannschaften ziehen gleich stark. Die einzelnen Personen ziehen mit einer Kraft von <math>F_1=295\,\rm N \ ; \ F_2=380\,\rm N \ ; \ F_3=365\,\rm N \ ; \ F_4=210\,\rm N \ ; \ F_5=300\,\rm N \ ; \ F_6=150\,\rm N </math>
−	|valign="top"|	+	:'''a)''' Schneide das Seil frei und zeichne in das Schnittbild die Kraftpfeile ein. Das Seil kannst du 19cm lang zeichnen. Die Kraftpfeile im Maßstab: <math>0{,}5\,\rm cm \ \widehat{=} \ 100 \,\rm N</math>.
−	; selbsterregte Schwingungen: So bezeichnet man angeregte Schwingungen, bei denen die Steuerung der Energiezufuhr durch das vorgegebene System selbst geschieht.	+	:'''b)''' Mit welcher Kraft zieht die 7. Person?
−	:Beispiele sind die Selbsterregung von im Wind wackelnden Blättern ("Espenlaub"), das Streichen einer Violinsaite mit dem Bogen oder die menschliche Stimme. Eine Uhr als Ganzes führt auch eine selbsterregte Schwingung durch, denn das Uhrwerk steuert selbst die Energiezufuhr.	+	:'''c)''' (Zusatzfrage) Wenn das Seil zu dünn ist, kann es auch reißen, was sehr gefährlich ist. Warum wird das Seil wohl am ehesten in der Mitte reißen?
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−	[[Datei:Schwingungen_schematisch_nach_Energiezufuhr_selbsterregt.png|thumb|none|350px|Energieflußdiagramm einer selbsterregten, gedämpften Schwingung.]]	+	====4) Eine Tasche festhalten und loslassen====
−	|}	+	[[Datei:Aufgabe Kraft Tasche halten.jpg|thumb|150px]]
		+	Maria hat ihre Schultasche gewogen, sie hat eine Masse von 3kg. Dann hebt sie sie hoch und hält sie fest. Als sie keine Lust mehr hat festzuhalten, läßt sie einfach los.
		+	:'''a)''' Schneide die Tasche frei und zeichne in das Schnittbild die wirkenden Kräfte ein. (<math>1\,\rm cm \ \widehat{=} \ 10 \,\rm N</math>)
		+	::1) Vor dem Loslassen
		+	::2) Kurz nach dem Loslassen
		+	:'''b)''' Erkläre anhand der Zeichnungen, warum die Tasche erst fällt, wenn Maria losläßt.
		+
		+	====5) Eine Spielzeugpistole====
		+	[[Datei:Aufgabe Kraft Spielzeugpistole.jpg|thumb|300px]]
		+	Schaue dir die Zeichnung der Spielzeugpistole an.
		+	:'''a)''' Wie funktioniert die Pistole?
		+	:'''b)''' Schneide die Kugel frei und zeichne in das Schnittbild die auf sie wirkenden Kräfte ein.
		+	::1) Vor dem Abdrücken
		+	::2) Nach dem Abdrücken
		+	:'''c)''' Erkläre mit den Zeichnungen von 1) und 2) die Wirkung auf die Kugel.
		+	<br style="clear: both" />

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Aktuelle Version vom 24. November 2024, 17:44 Uhr

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Aufgaben zur Kraft

1) Was ist Kraft?

Im Alltag wird oft der Begriff "Kraft" benutzt. Dabei ist aber nicht immer der physikalische Kraftbegriff gemeint. In vielen Fällen ist auch die in einem Gegenstand enthaltene Energie gemeint.

• Woran kann man erkennen, dass im physikalischen Sinne eine Kraft wirkt?
• Bei welchen der folgenden Aussagen ist der Begriff "Kraft" im physikalischen Sinne gemeint?

Bei welchen ist eher die Energie gemeint und bei welchen etwas ganz anderes?

1. Windkraftwerke werden oft in Küstennähe gebaut.
2. Er schiebt den Einkaufswagen mit voller Kraft nach vorne.
3. Die frischen Blätter leuchten in einem kräftigen Grün.
4. Kraft ihres Amtes verlieh sie ihm einen Orden.
5. Auch beim Basketball kann Krafttraining sinnvoll sein.
6. Die Schwerkraft zieht Mond und Erde zusammen.
7. Es herrscht ein Mangel an Fachkräften.
8. Benzin und Diesel sind Kraftstoffe für Motoren.
9. Sie tritt mit voller Kraft in die Pedale.
10. Mit freudiger Tatkraft gingen sie an's Werk.
11. In dieser Pflanze steckt eine große Heilkraft.

2) Luftballon

Paula hält einen Luftballon zwischen ihren Händen.

a) Zeichne ein Bild wie Paula den Ballon hält. Wie verändert sich der Ballon durch das Festhalten?

b) Schneide dann den Ballon frei und zeichne in das Schnittbild die Kräfte ein, die auf den Luftballon wirken.

c) Steht der Ballon unter Druck- oder unter Zugspanung?

d) Gib weitere Beispiele an, bei denen zwei gleichgroße Kräfte einen Körper verformen.

3) Tauziehen

Beide Mannschaften ziehen gleich stark. Die einzelnen Personen ziehen mit einer Kraft von [math]F_1=295\,\rm N \ ; \ F_2=380\,\rm N \ ; \ F_3=365\,\rm N \ ; \ F_4=210\,\rm N \ ; \ F_5=300\,\rm N \ ; \ F_6=150\,\rm N [/math]

a) Schneide das Seil frei und zeichne in das Schnittbild die Kraftpfeile ein. Das Seil kannst du 19cm lang zeichnen. Die Kraftpfeile im Maßstab: [math]0{,}5\,\rm cm \ \widehat{=} \ 100 \,\rm N[/math].

b) Mit welcher Kraft zieht die 7. Person?

c) (Zusatzfrage) Wenn das Seil zu dünn ist, kann es auch reißen, was sehr gefährlich ist. Warum wird das Seil wohl am ehesten in der Mitte reißen?

4) Eine Tasche festhalten und loslassen

Maria hat ihre Schultasche gewogen, sie hat eine Masse von 3kg. Dann hebt sie sie hoch und hält sie fest. Als sie keine Lust mehr hat festzuhalten, läßt sie einfach los.

a) Schneide die Tasche frei und zeichne in das Schnittbild die wirkenden Kräfte ein. ([math]1\,\rm cm \ \widehat{=} \ 10 \,\rm N[/math])

1) Vor dem Loslassen

2) Kurz nach dem Loslassen

b) Erkläre anhand der Zeichnungen, warum die Tasche erst fällt, wenn Maria losläßt.

5) Eine Spielzeugpistole

Schaue dir die Zeichnung der Spielzeugpistole an.

a) Wie funktioniert die Pistole?

b) Schneide die Kugel frei und zeichne in das Schnittbild die auf sie wirkenden Kräfte ein.

1) Vor dem Abdrücken

2) Nach dem Abdrücken

c) Erkläre mit den Zeichnungen von 1) und 2) die Wirkung auf die Kugel.