Klausur1K1: Unterschied zwischen den Versionen

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*erzwungen
 
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====Schwingmännchen====
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[[Datei:Schwingmännchen.jpg|thumb|Eine Schwingprinzessin]]
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Wie kann man es erreichen, dass das Männchen "doppelt so schnell", also mit doppelter Frequenz, schwingt?
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====Schwingmännchen II====
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Wie verändert sich die Frequenz und die Energie des Männchens, wenn sich
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*die Federkonstante verdoppelt
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*die Masse verdoppelt
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*die Amplitude verdoppelt
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und dabei die jeweils anderen Größen unverändert bleiben?
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====Schwingmännchen III====
 
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Das Männchen bringt 200g auf die Waage und verlängert beim Dranhängen die vorher unbelastete Feder um 40cm.
 
Das Männchen bringt 200g auf die Waage und verlängert beim Dranhängen die vorher unbelastete Feder um 40cm.
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Beschreiben Sie dazu den im Unterricht durchgeführten Versuch.
 
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Schätzen Sie die Frequenz oder Periodendauer und beantworten Sie damit die folgenden Fragen:
 
Schätzen Sie die Frequenz oder Periodendauer und beantworten Sie damit die folgenden Fragen:
  
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*Wie lautet das Orts-Zeitgesetz s(t)?
 
*Wieviel Energie steckt in der Schwingung?
 
*Wieviel Energie steckt in der Schwingung?
 
*Wie schnell ist das Männchen maximal?
 
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====Schwingmännchen====
 
Was könnte man tun, um die Energie des Männchens zu verdoppeln?
 
Was könnte man tun, um die Energie des Männchens zu verdoppeln?
  
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====Schwingmännchen====
 
Was könnte man tun, um die Frequenz der Schwingung zu verdoppeln?
 
Was könnte man tun, um die Frequenz der Schwingung zu verdoppeln?
  
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====Energie II====
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====Schwingmännchen====
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Wie muss ein Körper der Masse 1kg schwingen, damit die Schwingung 1J Energie hat?
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Wie müßte das Männchen schwingen, damit die Schwingung 1J Energie hat?
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====Energie III====
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Zwei gleichschwere Körper schwingen mit der gleichen Amplitude, aber der eine doppelt so schnell wie der andere. Vergleichen sie die Energiemengen.
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==Schwieriges und Anderes==
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====1 Schwebung====
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Zwei Stimmgabeln erzeugen eine Schwebung, weil die eine mit einem Reiter versehen wurde. Die Frequenz derjenigen ohne Reiter beträgt 440 Hz. Schätzen Sie die Frequenz der anderen Stimmgabel ab.
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====2 Überlagerung====
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Bestimmen Sie jeweils die Schwingung, die aus der Überlagerung von y<sub>1</sub> und y<sub>2</sub> entsteht mit Hilfe des Zeigerdiagramms:
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#<math>y_1 = 2cm \, sin(2t)\qquad y_2 = 4cm sin(2t+\pi)</math>
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#<math>y_1 = 2cm \, sin(2t)\qquad y_2 = 4cm sin(2t+\pi/2)</math>
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#<math>y_1 = 2cm \, sin(2t)\qquad y_2 = 2cm sin(2t+\pi)</math>
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+
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====7 Schwingung bei bekannter Energie====
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Zwei Wagen, die beide eine Masse von 600g haben, sind mit einer Feder der Härte 1N/cm verbunden.
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Wie schwingen die Wagen, wenn ihnen eine Energie von 1Joule zugeführt wird?
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====8 Wasserstoffmolekül====
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Ein H<sub>2</sub>-Molekül kann man idealisiert als zwei, mit einer Feder verbundene, Körper auffassen.
+
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Durch eine Messung regt man das Molekül zum Schwingen an und bestimmt die Frequenz der Schwingung zu 9,2 10<sup>11</sup> Hz.
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Bestimmen sie die "Federkonstante" der gedachten Feder zwischen den Molekülen.
+
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Wieviel Energie steckt im Molekül, wenn beide Atome mit einer Amplitude von 10<sup>-10</sup>m schwingen?
+
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(Fehlende Angaben entnehmen sie dem Buch oder dem www.)
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−
====9 E<sub>kin</sub> = E<sub>Spann</sub>====
+
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Für welche Auslenkung verteilt sich die Energie eines (horizontalen) Federpendels gerade je zur Hälfte auf die Feder und den Impuls?
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====10 Zeitlicher Mittelwert von E<sub>kin</sub> und E<sub>Spann</sub>====
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Bestimmen sie das zeitliche Mittel der kinetischen und potentiellen Energie (Spannenergie der Feder) eines (horizontalen) Federpendels an einem selbst gewählten Beispiel.
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Hinweise:
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:<math>E_{kin}(t)=m/2 \, v(t)^2 \qquad E_{pot}=D/2 \, y(t)^2</math>
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Den Mittelwert einer Funktion f(x) von x<sub>1</sub> bis x<sub>2</sub> bestimmt man mit Hilfe des Integrals:
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:<math>\bar f = \frac{1}{x_2 - x_1} \int_{x_1}^{x_2}f(x) dx</math>
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Anschaulich bestimmt man zur Fläche zwischen Schaubild und x-Achse ein Rechteck gleicher Fläche. Die Höhe des Rechtecks ist gerade der Mittelwert.
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[[Bild:Mittelwert_einer_Funktion.png|none]]
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Version vom 17. Januar 2011, 11:41 Uhr

Aufgaben

Schaukeltier

Schaukeltier mit Kind.jpg

Ein Kind "reitet" auf einem Feder-Schaukeltier.

Erläutern Sie wann dabei welche Energieformen auftreten.

Erklären Sie dann anhand des schaukelnden Kindes die Begriffe:

  • Ruhelage
  • Elongation
  • Amplitude
  • Rückstellkraft
  • Periodendauer
  • Frequenz

Schaukeln

Kinder beim Schaukeln

Worauf müssen die Kinder beim "Anschubsen" achten?

Schwingungskategorien

Nennen Sie für jede der verschiedenen Kategorien von Schwingungen ein Beispiel und erläutern Sie es kurz.

  • frei
  • angeregt
  • selbsterregt
  • erzwungen


Schwingmännchen III

Das Männchen bringt 200g auf die Waage und verlängert beim Dranhängen die vorher unbelastete Feder um 40cm.

  • Wieso beträgt die Federkonstante (D) gerade 1/20 N/cm = 0,05 N/cm?
  • Mit welcher Frequenz wird das Männchen schwingen?

Schwingmännchen IV

Eine Schwingung hat die Auslenkung y mit

[math]y(t)=5 \rm{cm} \ \sin(3 \rm{Hz} \ t)[/math]
  • Wo ist das Männchen nach 1,6 Sekunden und wie schnell ist es?
  • Wie groß sind Amplitude, Frequenz und Periodendauer?
  • Wie schnell ist das Männchen maximal?

Wackelnder Rückspiegel

Fahre ich mit meinem Auto ca. 90 km/h , so wackelt der Rückspiegel und das Bild wird dadurch unscharf.

Was könnte ich alles tun, damit der Spiegel aufhört zu schwingen?

harmonische Schwingung

Was ist eine "harmonische" Schwingung?

Zeigermodell

Wie kann man eine harmonische Schwingung mit einem Zeiger beschreiben?

Beschreiben Sie dazu den im Unterricht durchgeführten Versuch.

Schwingmännchen

Eine Schwingprinzessin

Schätzen Sie die Frequenz oder Periodendauer und beantworten Sie damit die folgenden Fragen:

  • Wie lautet das Orts-Zeitgesetz s(t)?
  • Wieviel Energie steckt in der Schwingung?
  • Wie schnell ist das Männchen maximal?

Schwingmännchen

Was könnte man tun, um die Energie des Männchens zu verdoppeln?

Schwingmännchen

Was könnte man tun, um die Frequenz der Schwingung zu verdoppeln?

Schwingmännchen

Wie müßte das Männchen schwingen, damit die Schwingung 1J Energie hat?

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