2011 Ph10bKA2: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 6. Juni 2011, 12:18 Uhr

Straßenbahn Fahren

Peter fährt mit der Straßenbahn in die Schule.

• In welchen Situationen muss er sich festhalten, wann nicht?
• Erkläre dies mit den Begriffen Massenträgheit, Impuls und Kraft.

Peter sagt: "Beim Anfahren bin ich in den Sitz gedrückt worden!"

• Wie sieht eine Aussenstehende Person den Anfahrvorgang?
• Erkläre wiederum die unterschiedlichen Sichtweisen mit den physikalischen Begriffen.

Springbrunnen

Der Springbrunnen hat eine 1,5 Meter hohe Fontäne. Vereinfachend nimmt man an, dass das Wasser oben angekommen zur Seite rückt ohne das von unten nachkommende Wasser zu stören und dann wieder herunterfällt. Bei dem anderen Brunnen fließt das Wasser horizontal aus dem Rohr und fließt in ein Becken. Beschreibe von beiden Brunnen die Impulsänderung eines Wassertropfens mit der Zeit. Mache dazu Skizzen mit Impuls- und Kraftpfeilen, die du erläuterst. Bei der Fontäne ist nur die Vertikalbewegung von Interesse. (Also hoch und runter.)

Windkraftanlage

Eine Windenergieanlage

Windkraft- oder besser Windenergieanlagen sollen in den nächsten Jahren einen Großteil der Energieversorgung der abgeschalteten Kernkraftwerke übernehmen. Seit Anfang der 90er Jahren verlief die Entwicklung rasant und mittlerweile sind sie zu einem deutschen Exportschlager geworden.

Ein Rotorblatt hat eine Länge bis zu 50 Metern und dreht sich bei Windgeschwindigkeiten zwischen 3 m/sec und 25 m/sec mit einer Umlaufdauer zwischen 16 und zwei Sekunden.

• Mit welcher Frequenz dreht sich der Rotor maximal?
• Wie groß ist die maximale Bahngeschwindigkeit an den Spitzen der Rotorblätter? (Auch in km/h)
• Welche Kräfte wirken auf ein Rotorblatt, wenn es sich gerade am obersten (untersten) Punkt befindet?
  • Erstelle zwei beschriftete Skizzen mit Kraftpfeilen.
  • Berechne die maximal auftretenden Kräfte. Dabei nimmt man an, dass der Schwerpunkt des 8 Tonnen schweren Rotorblatts ca. 10 Meter von der Achse entfernt ist, denn der Rotor ist an der Spitze ja viel "leichter".

Bei der Standortwahl spielt die mittlere Windgeschwindigkeit die entscheidende Rolle. Sie sollte mindestens 5 m/sec betragen. Mit der folgenden Überlegung kann man einsehen, warum dies so wichtig ist:

Die anströmende Luft wird von den Rotoren im Idealfall auf 1/3 ihrer ursprünglichen Geschwindigkeit abgebremst.

• Begründe, warum in einer Sekunde von der Anlage ungefähr 1500 m^3 Luft mit einer Masse von 1500 kg abgebremst werden.
• Wieviel Energie geht von der Luftmenge auf die Anlage über?
• Wie verändert sich die übertragene Energiemenge, wenn der Wind doppelt so schnell weht?