Hausaufgaben zum Physikunterricht
 


19.03.2002 Bekannt sind die Formeln für folgende Energien:
Potentielle Energeie (Lageenergie): Wpot=m*g*h
Kinetische Energie (Bewegungsenergie): Wkin=1/2*m*v^2
Spannungsenergie: Wspann=1/2*D*s^2
Das Lehrbuch behauptet, die Summe aller Energien sei in einem abgeschlossenen System konstant.
Das soll an Hand eines Versuches überprüft werden: Eine Masse schwingt an einer Schraubenfeder. Von "Verlusten" durch Reibung usw. werde abgesehen. Alle drei oben genannten Energiearten sind zu berücksichtigen.
Die Unterkante der Feder befindet sich 
- bei Ruhe und nicht angehängter Masse an der Stelle 600mm
- bei Ruhe und angehängter Masse an der Stelle 430mm
- bei maximaler Auslenkung an der Stelle 250mm
- bei der Messung an der Stelle 325mm
Die Masse der Feder beträgt 17,2g
Die Masse des Massenstücks beträgt 60,75g
An der Masse ist ein Metallstreifen der Breite 1cm angebracht, der bei der Messung eine Lichtschranke passiert. Die Verdunkelungszeit wird gemessen. Man geht davon aus, dass während dieser Zeit die Geschwindigkeit (näherungsweise) konstant ist.
Folgende Zeiten werden gemessen: 0,00970s ; 0,00962s ; 0,01001s ; 0,01071s (Mittelwert müssen Sie bilden)
Überprüfen Sie an Hand dieser Messergebnisse, ob die Summe aller drei Energien an der betrachteten Stelle konstant ist.

12.02.2002 Der Wagen der Luftkissenfahrbahn wird in mehreren Versuchen immer mit der gleichen Kraft beschleunigt, die gleich der Gewichstkraft von 3 kleinen Kunststoffzylindern ist (FG=3g). Die Masse des Wagens wird in 100g-Schritten von 100g bis 500g variiert. Das s-t-Diagramm des Wagens wurde mit dem Bewegungsmesswandler über das Cassy-Interface aufgezeichnet. 1V entspricht dabei der Wegstrecke 1m. Die entsprechenden Messgraphen können Sie hier downloaden: Messungen 100g bis 500g
Zur Bestimmung der Beschleunigung geht man folgendermaßen vor: 
Da die Messung nicht zur Zeit 0s und beim Weg 0m beginnt, gilt folgendes Weg-Zeit-Gesetz: s(t)=1/2*a*(t-t0)2+s0. 
1. Wählen Sie bei Cassy "freie Anpassung" mit A*(x-B)^2+C
2. Lesen Sie den Wert für A ab
3. 1/2*a=A, d.h. a=2*A
4. Überprüfen Sie dann, ob m proportional zu 1/a ist, indem Sie das Produkt m*a bilden.
5. Gibt es einen Zusammenhang zwischen dem Produkt m*a und der beschleunigenden Kraft F? (theoretische Überlegung und Vergleich der Werte)
Lösung
31.01.2002
Zur Übung: Im Buch auf Seite 34 ist eine Tabelle abgedruckt.  Geben Sie in Derive den Impulserhaltungssatz ein, lösen Sie ihn nach v' bzw. v2' auf, setzen Sie die anderen Werte der Tabelle ein und lassen Sie Derive v' bzw. v2' ausrechnen. Vergleichen Sie mit den Angaben im Schulbuch und finden Sie die "Messung" heraus, deren Messwerte garantiert nicht stimmen können. (zur Lösung: Datei speichern und mit Derive öffnen)
Lösung
13.12.2001
Lehrbuch Seite 30 Aufgabe 30 (mit DERIVE zu lösen):
Zwei Kugelstoßer stoßen die Kugel mit 8,5m/s unter einem Winkel von 30° ab, der eine aus 1,7m, der andere aus 2,0m Höhe.
Lassen Sie DERIVE die Wurfweite berechnen.
Lösung
06.12.2001 Lehrbuch Seite 30 Aufgabe 26 (mit DERIVE zu lösen) :
Der Wasserstrahl eines Brunnens trifft 60cm über der Wasseroberfläche horizontal aus und trifft in der horizontalen Entfernung sx =1,1m auf.
a) Mit welcher Geschwindigkeit verlässt der Strahl das Brunnenrohr und mit welcher Geschwindigkeit trifft er auf?
b) Unter welchem Winkel trifft der Strahl auf die Wasseroberfläche?
Lösung
04.12.2001
Sie stehen am Rande eines Mondkraters und wissen, dass der Ortsfaktor hier auf dem Mond nur 1/6 so groß ist wie auf der Erde. 
48m unter ihnen ist der Kraterboden (eine sehr ausgedehnte vollkommen waagrechte Fläche) zu sehen. 
Sie werfen mit der Geschwindigkeit v=3m/s einen Stein in den Krater. 
Dieser Stein soll so weit wie möglich im Krater auf den Boden treffen.
Lassen Sie Ihren ständigen EXCELlenten Begleiter ausrechnen, unter welchem Winkel Sie den Stein werfen müssen, damit er möglichst weit entfernt aufkommt.
Lösung
20.09.2001 Im Versuch wurde gemessen, wie lange der Fall einer Stahlkugel dauert, wenn eine Fallhöhe h vorgegeben wird. 

Fallhöhe h/cm
10
20
30
40
50
60
Fallzeit t/s
0,140
0,200
0,245
0,284
0,318
0,349
Werten Sie den Versuch mit CassyLab oder einer Tabellenkalkulation aus: 
1. Was für eine Bewegung liegt vor? 
2. Lassen Sie den Computer das Weg-Zeit-Diagramm zeichnen und stellen Sie das Weg-Zeit-Gesetz der Bewegung als Gleichung auf. 
3. Zeichnen Sie das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm der Bewegung.
  Lösung
 06.09.2001  Werten Sie den Messstreifen vom 30.08.2001 weiter aus: 
Berechnen Sie mit Hilfe einer Tabellenkalkulation an jeder Stelle, an der ein Messpunkt gebrannt ist, die Momentangeschwindigkeit (Vorgehen wie im Unterricht). 
Geben Sie dann, z.B. in Cassy-Lab, die gefundenen Werte in Abhängigkeit von der Zeit ein und bestimmen Sie die Gleichung der Ausgleichskurve (das ist die Kurve, die näherungsweise alle Punkte miteinander verbindet).
  Lösung 
30.08.2001
Werten Sie die Messung mit Cassy-Lab und einer Tabellenkalkulation aus: 
1. Was für eine Bewegung liegt vor? 
2. Fügen Sie die Messwerte in Cassy-Lab ein und suchen Sie eine Funktionsgleichung, die den Kurvenverlauf annähert. Falls Sie Fragen zur Auswertung mit Cassy-Lab haben, finden Sie hier Hilfe
3. Kopieren Sie die Messwerttabelle in die Zwischenablage und fügen Sie sie in ein Tabellenkalkulationsprogramm ein. Bestimmen Sie, wie im Unterricht gezeigt, die Geschwindigkeit zu dem Zeitpunkt, an dem der Messpunkt zwischen 10,0 cm und 10,5 cm liegt. 
Hier finden Sie den Messstreifen mit beigefügter Skala. Die Punkte sind im zeitlichen Abstand von 1/10 Sekunde gebrannt worden.
  Lösung
23.08.2001
Werten Sie die Messung mit Cassy-Lab und einer Tabellenkalkulation aus: 
1. Was für eine Bewegung liegt vor? 
2. Stellen Sie eine Gleichung der Art y=mx+c zur Beschreibung der Bewegung auf, benennen Sie die Buchstaben geeignet um und berechnen Sie die Werte der auftretenden Konstanten. 
3. Untersuchen Sie mit Hilfe des Tabellenkalkulations-Programms die Abstände der Messpunkte. 
Hier finden Sie den Messstreifen mit beigefügter Skala. Die Punkte sind im zeitlichen Abstand von 1/10 Sekunde gebrannt worden.
  Lösung
16.08.2001
Folgende Messreihe ist gegeben: 

x
1
2
3
4
5
6
7
8
9
y
0,1
-1,6
-2,3
-2,0
-0,7
1,6
4,9
9,2
14,5
Werten Sie die Messreihe mit dem Programm Cassy-Lab aus: 
Legen Sie die zwei Messgrößen x und y fest, wählen Sie eine geeignete Darstellung, tragen Sie die Werte der Tabelle ein und lassen Sie das Programm nach einer geeigneten Anpassung suchen. Notieren Sie sich die gefundene Funktionsgleichung.
  Lösung
14.08.2001
Laden Sie sich das Programm Cassy-Lab vom Schulserver 
Stellen Sie eine Funktion 3.Grades (z.B. x³-4x²+6x-8) grafisch dar: x=t ; y=t³-4t²+6t-8
  Lösung