KS1K12015

1) Ein schwingendes Lineal

a) Beschreibe kurz deine Beobachtung

b) Erkläre deine Beobachtung mit Hilfe passender physikalischer Begriffe.

2) Energieformen

Nenne ein Beispiel für eine Schwingung und beschreibe kurz wann dabei welche Energieformen auftreten.

3) Begriffe

Erkläre an dem Beispiel von Aufgabe 2) die Begriffe:

Ruhelage Elongation Amplitude

Rückstellkraft Periodendauer Frequenz

4) Formel aufstellen

Bei einem Fallversuch läßt man einen Stein aus unterschiedlichen Höhen fallen. Man möchte gerne wissen, wie die Fallzeit t von der Fallhöhe h abhängt.

Hier die gemessenen Werte:

h (in cm)|  30  |  40  |  50  |  60  |  70  |  80  |  90  |  100 |
t (in s) | 2,47 | 2,86 | 3,21 | 3,51 | 3,79 | 4,01 | 4,28 | 4,53 |

a) Stelle eine Formel für die Fallzeit auf.

b) Wie lange fällt der Stein aus 5m Höhe?

5) Der Sekundenzeiger einer Bahnhofsuhr dreht sich gleichmäßig und ist 20cm lang.

Berechne seine Winkelgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit der Zeigerspitze.

6) Schwingmännchen

Ein Schwingmännchen schwingt mit einer Periodendauer von [math]\rm T = 0{,}2\, s[/math] und einer Amplitude von [math]\hat y = \rm 5\, cm[/math].
Die Zeit t wird ab dem Durchgang von unten nach oben durch die Ruhelage gemessen.

a) Stelle das Ortsgesetz, das Geschwindigkeitsgesetz und das Beschleunigungsgesetz auf.

b) Zeichne für die ersten zwei Perioden das Ortsdiagramm, das Geschwindigkeitsdiagramm und das Beschleunigungsdiagramm in drei Koordinatensysteme.

c) Zeichne für folgende Zeitpunkte den passenden Zeiger: [math]t_1 = 0\, s[/math], [math]t_2 = 0{,}05\, s[/math], [math]t_3 = 0{,}1\, s[/math], [math]t_3 = 0{,}125\, s[/math].
Ermittle anhand der Zeiger graphisch die jeweilige Auslenkung.

7) Schwingungswaage

Erkläre wie die Schwingungswaage der ISS funktioniert.

8) Schwingungswaage im Modell

Ein Schwingmännchen hat eine Masse von 150g und dehnt eine Feder beim Dranhängen um 20cm.

a) Warum beträgt die Federkonstante [math]D=0{,}75\,\rm \frac{N}{cm}[/math]?

b) Mit welcher Frequenz und welcher Periodendauer schwingt das Männchen, wenn man es um 10cm auslenkt und losläßt?

Dann packt man dem Männchen noch Gepäck in seinen Rucksack und läßt es schwingen. Es braucht 3,2s für 10 Schwingungen.

c) Wieviel Masse hat das Gepäck?

9) Energie eines LKW

Ein voll beladener 40 Tonner fährt auf der Autobahn durch eine Bodenwelle und schwingt dadurch auf und ab. Er schwingt 3 mal in einer Sekunde mit einer Amplitude von 5cm.

Wieviel Energie steckt in der Schwingung des LKWs?

10) Zwei Stimmgabeln

Von zwei identischen Stimmgabeln wird eine mit einem "Reiter" versehen und sie werden gleichzeitig angeschlagen.

Die Stimmgabeln bewirken Luftdruckschwankungen des Normaldrucks von:

[math]p_1(t)=0{,}02\, \rm Pa \cdot \sin(2\pi \cdot 440\, Hz \cdot t)[/math]

[math]p_2(t)=0{,}03\, \rm Pa \cdot \sin(2\pi \cdot 439,5\, Hz \cdot t)[/math]

a) Welche Stimmgabel erzeugt den lauteren Ton, welche den höheren und woran erkennt man das?

b) Welche Periode und welche Frequenz haben die beiden Luftschwingungen?

c) Was kann man hören? Wie nennt man diesen Effekt? Erkläre den Effekt mit Hilfe der Zeigeraddition.