Klausur1K1: Unterschied zwischen den Versionen

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==Aufgaben==
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====Was ist Physik?====
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Erläutern Sie in einigen, kurzen Sätzen diese Zeichnung.
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====Kraftgesetz zweier Magnete====
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[[Datei:Magnete_N_S_mit_Späne.jpg|thumb|Nord- und Südpol ziehen sich an. Hier mit Eisenfeilspänen, welche die Struktur des Feldes sichtbar machen.]]
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Um den Zusammenhang zwischen dem Abstand s und der Anziehungskraft F zu finden, hat man eine Messreihe durchgeführt.
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Stellen Sie eine Gesetzmäßigkeit der Form F(s) auf.
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s in mm |  1 |  2 |  3 |  4 |  5 |  6 |  8 |  10 |
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F in N  |5,09|1,31|0,546|0,312|0,195|0,140|0,078|0,0498|
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====Schaukeltier====
 
====Schaukeltier====
 
[[Datei:Schaukeltier_mit_Kind.jpg|thumb]]
 
[[Datei:Schaukeltier_mit_Kind.jpg|thumb]]
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====Schaukeln====
 
====Schaukeln====
 
[[Bild:Schaukel.jpg|thumb|right|Kinder beim Schaukeln]]
 
[[Bild:Schaukel.jpg|thumb|right|Kinder beim Schaukeln]]
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Worauf müssen die Kinder beim "Anschubsen" achten?
 
Worauf müssen die Kinder beim "Anschubsen" achten?
  
 
====Schwingungskategorien====
 
====Schwingungskategorien====
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Nennen Sie für jede der verschiedenen Kategorien von Schwingungen ein Beispiel und erläutern Sie es kurz.
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Nennen Sie für ''zwei'' der verschiedenen Kategorien von Schwingungen ein Beispiel und erläutern Sie es kurz.
 
*frei
 
*frei
 
*angeregt
 
*angeregt
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====Schwingmännchen====
 
====Schwingmännchen====
 
[[Datei:Schwingmännchen.jpg|thumb|Eine Schwingprinzessin]]
 
[[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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Schätzen Sie die nötigen Angaben und beantworten Sie damit die folgenden Fragen:
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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.
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*Wieso beträgt die Federkonstante (D) gerade 1/20 N/cm = 0,05 N/cm?
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*Mit welcher Frequenz wird das Männchen schwingen?
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====Schwingmännchen IV====
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Eine Schwingung hat die Auslenkung y mit
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:<math>y(t)=5 \rm{cm} \ \sin(3 \rm{Hz} \ t)</math>
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*Wo ist das Männchen nach 1,6 Sekunden und wie schnell ist es?
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*Wie groß sind Amplitude, Frequenz und Periodendauer?
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*Wie lautet das Orts-Zeitgesetz s(t)?
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*Wieviel Energie steckt in der Schwingung?
 
*Wie schnell ist das Männchen maximal?
 
*Wie schnell ist das Männchen maximal?
  
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====Wackelnder Rückspiegel====
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====Schwingmännchen II====
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Fahre ich mit meinem Auto ca. 90 km/h , so wackelt der Rückspiegel und das Bild wird dadurch unscharf.
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Was könnte man tun, um die Frequenz der Schwingung zu verdoppeln?
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Was könnte ich alles tun, damit der Spiegel aufhört zu schwingen?
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====harmonische Schwingung====
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Was ist eine "harmonische" Schwingung?
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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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====Energie====
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Welche Energie hat eine schwingender Körper der Masse 1kg, wenn er eine Periodendauer von 1s und eine Amplitude von 1cm hat?
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====Energie II====
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Wie muss ein Körper der Masse 1kg 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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====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.
+
−
 
+
−
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.)
+
<br style="clear: both" />
  
−
====9 E<sub>kin</sub> = E<sub>Spann</sub>====
+
====Eine "Schwingungswaage"====
−
Für welche Auslenkung verteilt sich die Energie eines (horizontalen) Federpendels gerade je zur Hälfte auf die Feder und den Impuls?
+
[[Datei:Waage_weltraum.jpg|thumb]]
 +
Im Weltraum funktionieren die meisten "normalen" Waagen nicht mehr. Aber trotzdem kann man sich auch dort wiegen!
  
−
====10 Zeitlicher Mittelwert von E<sub>kin</sub> und E<sub>Spann</sub>====
+
Der Sitz dieser "Weltraumwaage" ist zwischen zwei Federn gespannt und kann so frei schwingen.
−
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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*Erläutern Sie, warum man mit dieser Waage die Masse der Astronautin bestimmen kann.
  
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:<math>\bar f = \frac{1}{x_2 - x_1} \int_{x_1}^{x_2}f(x) dx</math>
+
In einem Modellversuch schwingt ein Wagen zwischen zwei Federn. Die Federkonstante einer Feder beträgt D= 3 N/m. Zusammen wirken sie wie eine Feder mit der doppelten Federkonstante. Der Wagen hat eine Masse von 190,6g.
  
−
Anschaulich bestimmt man zur Fläche zwischen Schaubild und x-Achse ein Rechteck gleicher Fläche. Die Höhe des Rechtecks ist gerade der Mittelwert.
+
*Wie schwer ist die Batterie, wenn der Wagen mit ihr nun in 5,6 Sekunden viermal schwingt?
  
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[[Bild:Mittelwert_einer_Funktion.png|none]]
+
(Ein Video einer ähnlichen "body mass measurement device" findet sich hier: http://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4)

Aktuelle Version vom 18. Januar 2011, 11:03 Uhr

Was ist Physik?

Erläutern Sie in einigen, kurzen Sätzen diese Zeichnung.

Was ist Physik.jpg


Kraftgesetz zweier Magnete

Nord- und Südpol ziehen sich an. Hier mit Eisenfeilspänen, welche die Struktur des Feldes sichtbar machen.

Um den Zusammenhang zwischen dem Abstand s und der Anziehungskraft F zu finden, hat man eine Messreihe durchgeführt.

Stellen Sie eine Gesetzmäßigkeit der Form F(s) auf. 

s in mm |  1 |  2 |   3 |   4 |   5 |   6 |   8 |   10 | 
F in N  |5,09|1,31|0,546|0,312|0,195|0,140|0,078|0,0498|


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 zwei der verschiedenen Kategorien von Schwingungen ein Beispiel und erläutern Sie es kurz.

  • frei
  • angeregt
  • selbsterregt
  • erzwungen

Schwingmännchen

Eine Schwingprinzessin

Schätzen Sie die nötigen Angaben 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 II

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


Eine "Schwingungswaage"

Waage weltraum.jpg

Im Weltraum funktionieren die meisten "normalen" Waagen nicht mehr. Aber trotzdem kann man sich auch dort wiegen!

Der Sitz dieser "Weltraumwaage" ist zwischen zwei Federn gespannt und kann so frei schwingen.

  • Erläutern Sie, warum man mit dieser Waage die Masse der Astronautin bestimmen kann.

In einem Modellversuch schwingt ein Wagen zwischen zwei Federn. Die Federkonstante einer Feder beträgt D= 3 N/m. Zusammen wirken sie wie eine Feder mit der doppelten Federkonstante. Der Wagen hat eine Masse von 190,6g.

  • Wie schwer ist die Batterie, wenn der Wagen mit ihr nun in 5,6 Sekunden viermal schwingt?

(Ein Video einer ähnlichen "body mass measurement device" findet sich hier: http://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4)

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