Anke Ganzer

Physik kompetenz-orientiert:Mechanik 47. / 8. Klasse

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aus dem Originaltitel:

7./8. Klasse

Anke Ganzer

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Physik II – kompetenzorientierte

AufgabenOptik, Mechanik, Wärmelehre,

Energie, Elektrizitätslehre

Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im eigenen Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen schulweiten Einsatz und Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte (einschließlich aber nicht beschränkt auf Kollegen), für die Veröffentlichung im Internet oder in (Schul-)Intranets oder einen weiteren kommerziellen Gebrauch. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Verstöße gegen diese Lizenzbedingungen werden strafrechtlich verfolgt.

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1Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Mechanik II

Tipp: Einige Zettel können mehrfach zugeordnet werden.

Verschiedene Kraftarten

Antonia hat Aussagen und Bilder zu verschiedenen Kraftarten zusammengestellt. Doch leider sind ihr alle Zettel durcheinander gefallen. Sortiere die Materialien.

Gewichtskraft FG Trägheitskraft FTReibungskraft FR

FG

... ist der Bewegung

entgegen gerichtet.

Wirkt auf einen Körper keine Kraft, so ändert sich seine

Bewegung nicht.

... gibt an, wie stark ein Körper auf seine Unterlage drückt.

... gibt an, wie stark

ein Körper an seiner

Aufhängung zieht.

... hängt von der Masse des Körpers ab.

... bremst alle Körper.

... ist abhängig von

der Beschaffenheit der

Berührungsfl ächen.

Ein Körper verharrtin Ruhe, wenn keineKraft auf ihn wirkt.

... hängt von

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2Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Mechanik II

a) Beschreibe die Aussagen des Diagramms.

b) Schreibe einen kurzen Bericht für eure Schülerzeitung über die in der Abbildung dargestellten Zusammenhänge.

Nutze dazu folgende Wörter: anfahren, Befestigung, bremsen, Gurte, Kraft, Ladung, Transport, Trägheit,

Verkehrssicherheit, verzurren

c) Formuliere drei Ratschläge für den Transport von Ladungen bei LKWs.

Die Trägheitskraft

In zahlreichen wissenschaftlichen Studien zwischen den Jahren 2000 und 2010 wurde die Sicherung der Ladung von LKWs untersucht. Die Ergebnisse dieser Studien sind in folgender Grafik zusammengefasst.

Anzahl der Unfälle

ungünstige Ladungsverteilung unbefestigte Ladung gesicherte Ladung

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3Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Mechanik II

Die Reibungskraft

1. Nenne die in den Bildern abgebildete Reibungsarten.

a) b) c) d)

2. Setze in folgendem Text die Reibungsarten ein.

Reibungskräfte treten überall in unserem Leben auf. Sie wirken stets der Bewegung ent-

gegen. Manchmal sind sie erwünscht und manchmal sind sie unerwünscht.

Schon am Morgen, wenn wir unsere Schuhe zubinden, wirkt zwischen den Schleifen-

bändern die _______________________. Später, wenn wir mit dem Fahrrad zur Schule

fahren, wirkt zwischen dem Rad und der Straße die _______________________.

Fahren wir mit dem Auto oder Bus so wirkt zwischen dem Motor und dem Keilriemen die

______________________ und im Kugellager wirkt die _________________________.

Bremst das Fahrzeug mit der Scheibenbremse ab, so wirkt hier die

_________________________. Sind beim Bremsen die Straßen sehr nass, so kommt

häufig Aquaplaning vor. Die Reibung ist dann eine ____________________________.

Sie ist sehr gering und für alle Autofahrer gefährlich. Für eine Schnecke ist sie jedoch

lebensnotwendig. Die Schnecke könnte sich sonst gar nicht fortbewegen.

Ohne die __________________________ könnten wir nicht laufen oder gehen. Ist diese

sehr klein, zum Beispiel auf einer Eisfläche im Winter, so rutschen wir aus. Alle Schlitt-

schuhläufer und Skifahrer freuen sich über die ____________________.

Schon die alten Ägypter beschäftigte die Reibung beim Bau ihrer Pyramiden.

Sie versuchten die große ________________ und ________________ zu überwinden,

in dem sie Baumstämme und Rollen verwendeten, denn die ________________________

ist kleiner.

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4Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Mechanik II

3. In vielen Vorgängen in der Technik stört die Reibung, deshalb wird sie durch ge-eignete Maßnahmen verkleinert. Bei anderen Vorgängen möchte man die Reibung möglichst vergrößern.Entscheide, ob die Reibung erwünscht oder unerwünscht ist und durch welche Maßnahme man das in der Technik erreicht.

Technisches Beispiel Reibung erwünscht

Reibung unerwünscht Maßnahme

Bremsscheiben

Kolben im Zylinder

Scharnier an einer Tür

um die Kurve fahren

Tretlager beim Fahrrad

4. Welche Maßnahmen verringern die Reibungskräfte beim Umstellen von Schränken?

� Schrank einräumen � den Raum feucht wischen � Schrank ausräumen � Schrank auf die schmalste Seite legen � Schrank auf einer Decke ziehen � Schrank auf die breiteste Seite legen � Schrank auf Rollen stellen � Schrank auf mehrere Besenstiele legen � Schrank schneller ziehen � Schubkraft vergrößern

5. Christin stöhnt beim Fahrradfahren: „Ohne Reibung wäre alles leichter. Ich würde auch viel schneller fahren.“ Anne entgegnet nachdenklich: „Bist du dir da so sicher?“Was meinst du dazu?

6. Familie Schlau hat ihr Auto im Schlamm festgefahren. Der Vater sagt: „Setzt euch alle nach hinten, dann ist die Haftreibungskraft am größten und wir kommen wieder raus.“ Entscheide, wie sich das Auto verhalten wird.

� Das Auto kommt raus. � Das Auto fährt sich weiter fest. � Es passiert gar nichts. � Man kann nicht entscheiden, was passiert.

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Mechanik II

Masse und Gewichtskraft

1. Verbinde.

Masse

Gewichtskraft

Eigenschaft eines Körpers

Federkraftmesser

ortsabhängig

Balkenwaage

an allen Orten gleich

Wechselwirkung zwischen zwei Körpern

2. Wahr oder falsch? Kreuze richtige Aussagen an.

Der Ortsfaktor … � … ist das Verhältnis von Gewichtskraft und Masse an einem bestimmten Ort. � … gibt die Kraft an, mit der ein Körper an einem bestimmten Ort auf seine Unterlage

drückt oder an seiner Aufhängung zieht. � … gibt an, wie schwer es ist, Körper an einem bestimmten Ort anzuschieben. � … wird mit dem Buchstaben g abgekürzt. � … ist die Erd- oder Fallbeschleunigung.

Bestimme mit dem Tafelwerk den Ortsfaktor auf der Erde ______ und dem Mond ______.

3. Ein Kran hat eine Nenntraglast von 800 Tonnen. Welche Werte geben die auf ihn wirkende Gewichtskraft am genauesten an?

a) 7 848 kN b) 7 848 N c) 7 848 000 N d) 8 000 000 N

4. Der Gewichtheber Hossein Rezazadeh aus Iran hat bei der Olympiade 2004 in Athen eine Masse von 263 kg gestoßen.

a) Berechne die auf ihn wirkende Gewichtskraft.

b) Vergleiche die Gewichtskraft und die Masse auf der Erde und auf dem Mond.

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6Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Mechanik II

5. Neil Armstrong und Buzz Aldrin brachten von der Mondlandung Mondgestein mit. Die Gewichtskraft des Gesteins betrug auf dem Mond ca. 650 N.

a) Berechne die Masse des Gesteins.

b) Berechne die Gewichtskraft des Gesteins auf der Erde.

c) Warum wird bei wissenschaftlichen Untersuchungen immer die Masse des Körpers angegeben und nicht die Gewichtskraft?

6. Warum fällt der Apfel vom Baum nach unten?

Im Herbst 1666 sitzt Isaac Newton nach dem Mittag-essen unter einem Apfelbaum und ruht sich aus. Plötzlich fällt ein Apfel vom Baum. Der junge Ge-lehrte beobachtet es und seine Neugier ist geweckt. Wissenshungrig beginnt er darüber Fragen zu stellen. Warum fällt der Apfel stets senkrecht nach unten? Warum fällt er nicht ein wenig zur linken oder rechten Seite? Was würde passieren, wenn der Apfel doppelt, dreimal oder hundertmal so schwer wäre? Könnte die Erde auch auf den Apfel fallen? Isaac Newton durchdachte gründlich diese Fragen und fand interessante Antworten. Sie erklären auch die Bewegung des Mondes um die Erde.

Formuliere einige Erkenntnisse, in dem du die Sätze vervollständigst.

Die Erde __________ den Apfel an und umgekehrt der Apfel _______ die Erde an, nur

sehr viel weniger. Diese Anziehungskraft heißt _______________________________.

Je größer die Masse, umso _____________ ist auch diese Kraft.

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7Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Mechanik II

Lernzielkontrolle

1. Vervollständige den Lückentext.

Kräfte, die eine Bewegung hemmen oder behindern heißen ____________________.

Beim Anfahren eines Autos werden Körper nach hinten gedrückt, da wirken

________________. Die Gewichtskraft eines Körpers gibt an, wie stark ein Körper

_______________________________ oder ________________________________.

2. In vielen Vorgängen im Sport tritt Reibung auf.

a) Entscheide, ob die Reibung erwünscht oder unerwünscht ist und durch welche Maß-nahme man das erreicht.

Sportart Reibung groß

Reibung klein Maßnahme

Sprinten

Skispringen

Kanufahren

b) Nenne die vergrößerte oder verkleinerte Reibungsart der Beispiele.

3. Auf welche Gefahr weist dieses Schild hin? Erkläre die Gefahr physikalisch.

4. Ein LKW mit Anhänger hat eine Nutzlast von 26 Tonnen. Welche Werte geben die transportierte Gewichtskraft am genauesten an? Kreuze an.

a) 260 000 N b) 255 000 N c) 255 kN d) 255 N

5. Wie viel N fehlen 19,5 kN zu 20 kN?

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Mechanik II

6. Die Mondlandefähre LEM „Eagle“ von Apollo 11 hatte betankt eine Masse von ca. 14,6 Tonnen.

a) Gib die Masse der Mondlande-fähre auf dem Mond in Kilo-gramm an.

b) Berechne die Gewichtskraft der Mondlandefähre auf der Erde und auf dem Mond.

7. Ordne folgende Aussagen oder Begriffe zu. Kreuze an.

Aussage Gewichtskraft Masse

Eigenschaft des Körpers

Anziehungskraft zwischen zwei Körpern

ortsabhängig

misst man mit der Balkenwaage

8. Inlinefahrer laufen gern auf glatten asphaltierten Wegen.

a) Warum?

b) Beschreibe eine Situation, bei der ein Inlinefahrer nach vorn fällt.

c) Welche Kraft wirkte in dieser Situation?

Hinweis: gErde = 9,81 N

kg; gMond = 1,62 N

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9Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Lösungen/Physik – Mechanik II

Verschiedene Kraftarten S. 1

... ist der Bewegung

entgegen gerichtet.

FR, FT

Wirkt auf einen Körper keine Kraft, so ändert sich seine

Bewegung nicht.

FT

... gibt an, wie stark ein Körper auf seine Unterlage drückt.

FG

... gibt an, wie stark

ein Körper an seiner

Aufhängung zieht.

FG

... hängt von der Masse des Körpers ab.

FG, FR, FT

... bremst alle Körper.

FR, FT

... ist abhängig von

der Beschaffenheit der

Berührungsfl ächen.

FR

Ein Körper verharrtin Ruhe, wenn keine Kraft auf ihn wirkt.

FT

... hängt von

der Gewichts-

kraft des

Körpers ab.

FG, FR, FT

FT

FR

FG

FR

... ist an jedem Ortunterschiedlich.

FG

FT

Die Trägheitskraft S. 2

a) Die Anzahl von Unfällen von LKWs mit gesicherter Ladung ist sehr viel geringer als von LKWs mit unbefestigter Ladung oder mit ungünstiger Ladungsverteilung. LKWs mit unbefestigter Ladung hatten sogar noch häufiger Unfälle, als LKWs, bei denen die Ladung ungünstig verteilt war.

b) Überschrift: individuelle Antworten Bericht mit Quellenangabe und Sachdarstellung: individuelle Antworten Beispiel: Sicherung der Ladung von LKWs Beim Transport von Güterwaren mit LKWs bestehen viele Gefahren, aus denen Unfälle resultieren können. In einer wis-

senschaftlichen Studie wurden die Unfälle und die Befestigung der Ladungen untersucht. Es wurde festgestellt, dass sich die Verkehrssicherheit erhöht, wenn die Ware zum Beispiel mit Gurten verzurrt wurde. Auf unbefestigte Ladung oder ungünstig verteilte Ladung wirken beim Anfahren oder Bremsen sehr starke Kräfte. Diese LKWs haben sehr viel häufiger Unfälle als LKWs mit gesicherter Ladung.

c) Transportiere nur befestigte Ladung. Verzurre die Ladung mit Gurten. Verteile die Ladung im LKW gleichmäßig.

Die Reibungskraft S. 3

1. a) Haftreibung b) Rollreibung c) Flüssigkeitsreibung d) Gleitreibung2. Haftreibung, Rollreibung, Haftreibung, Rollreibung, Gleitreibung, Flüssigkeitsreibung, Haftreibung, Gleitreibung,

Haftreibung, Gleitreibung, Rollreibung

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10Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Lösungen/Physik – Mechanik II

3.Technisches Beispiel Reibung

erwünschtReibung

unerwünscht Maßnahme

Bremsscheiben X raue Oberfläche des Bremsbelages

Kolben im Zylinder X Schmierung durch Motorenöl

Scharnier an einer Tür X Schmierung mit Fett

um die Kurve fahren Xraue Oberfläche der Straße, geeignete Reibpaarung, Reifen aus Gummi, Bahnneigung

Tretlager beim Fahrrad X Kugellager

4. Schrank ausräumen Schrank auf einer Decke ziehen Schrank auf Rollen stellen Schrank auf die schmalste Seite legen Schrank auf mehrere Besenstiele legen5. Einerseits hemmt die Reibung die Bewegung, andererseits würden wir uns ohne Haftreibung auf der Straße nicht fortbe-

wegen können: Kraft = Gegenkraft.6. Man kann nicht entscheiden, was passiert. Es kann sein, dass die Haftreibungskraft sich vergrößert und das Auto heraus

kommt. Der Untergrund kann jedoch auch sehr weich und nachgiebig sein, sodass sich das Auto weiter festfährt oder sogar einsinkt. Einen Einfluss hat auch der Antrieb des Autos, Heck- oder Frontantrieb, bei der Verteilung der Lasten. Es treten mehrere Effekte gleichzeitig auf, die Wirkung ist ohne genauere Kenntnisse nicht vorhersagbar.

Masse und Gewichtskraft S. 5

1.

Masse

Gewichtskraft

Eigenschaft eines Körpers

Federkraftmesser

ortsabhängig

Balkenwaage

an allen Orten gleich

Wechselwirkung zwischen zwei Körpern

2. … ist das Verhältnis von Gewichtskraft und Masse eines Körpers an einem bestimmten Ort. … ist die Erd- oder Fallbeschleunigung. … wird mit dem Buchstaben g abgekürzt.

gErde = 9,81 N

kg; gMond = 1,62 N

kg

3. a) und c)

4. a) FG = m · g; FG = 263 kg · 9,81 N

kg; FG = 2 580 N

b) Die Gewichtskraft ist auf dem Mond kleiner. Die Masse ist auf dem Mond und der Erde gleich.

5. a) m = FG

gMond

; m = 650 N

1,62 N

kg

; m = 401 kg

b) FG = m · gErde; FG = 401 kg · 9,81 N

kg; FG = 3 933,8 N

c) Die Masse eines Körpers ist an allen Orten gleich groß.6. Die Erde zieht den Apfel an und umgekehrt der Apfel zieht die Erde an, nur sehr viel weniger. Diese Anziehungskraft

heißt Schwerkraft / Gravitationskraft. Je größer die Masse, umso größer ist auch diese Kraft.

Lernzielkontrolle S. 7

1. Kräfte, die eine Bewegung hemmen oder behindern heißen Reibungskräfte. Beim Anfahren eines Autos werden Körper nach hinten gedrückt, da wirken Trägheitskräfte. Die Gewichtskraft eines Körpers gibt an, wie stark ein Körper auf seine Unterlage drückt oder an seiner Aufhängung zieht.

2. a) Sportart Reibung groß Reibung klein Maßnahme

Sprinten X gutes Profil der Lauffläche der Schuhe

Skispringen X Beschichtung der Ski, strömungsgünstige Haltung des Skispringers

Kanufahren X strömungsgünstige Form des Kanus, glatte Oberfläche

Kanufahren X beim Paddel, große Fläche des Blatts

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11Anke Ganzer: Physik kompetenzorientiert: Mechanik 4© Persen Verlag

Lösungen/Physik – Mechanik II

b) Sprinten: Haftreibung, Skispringen: Gleitreibung; Kanufahren: Flüssigkeitsreibung3. Das Schild weist auf einen glatten Boden hin und es besteht die Gefahr zu stürzen. Die Reibung auf dem Boden ist so

gering, dass die Füße nur wenig Halt finden und wegrutschen.4. b) und c)5. 500 N6. a) 14 600 kg b) FG = m · gErde; FG = 14 600 kg · 9,81 N

kg; FG = 143 226 N

FG = m · gMond; FG = 14 600 kg · 1,62 N

kg; FG = 23 652 N

7. Aussage Gewichtskraft Masse

Eigenschaft des Körpers X

Anziehungskraft zwischen zwei Körpern X

ortsabhängig X

misst man mit der Balkenwaage X

8. a) Auf glatten asphaltierten Wegen ist die Reibung kleiner. Inlinefahrer können mit weniger Kraft schneller fahren. b) Ein Inlinefahrer fällt nach vorn, wenn unerwartet seine Vorwärtsbewegung gebremst wird, zum Beispiel durch Sand

auf dem Weg. Bei solchen Stürzen bestehen große Verletzungsgefahren. c) Trägheitskraft

Rollen S. 30

1. lose Rolle; FZug = 1

2 · FG Flaschenzug; FZug = 1

4 · FG

FG in N Fzug in N FG in N Fzug in N

400 200 400 100

100 50 200 50

2. a) 5 Meter b) 20 N c) 50 N3. a)

Gegenstück Lampe

b) um 40 cm c) Gegenstücke müssen in der ersten Abbildung jeweils eine Gewichtskraft von 60 N haben, in der zweiten Abbildung

15 N und 30 N. d) in der ersten Abbildung um 2,5 cm, in der zweiten Abbildung um 10 cm auf der linken Seite und um 5 cm auf der

rechten Seite4. Lukas muss den Haken der Flasche um 2 m mit einer Kraft von 480 N herunterziehen.

Hebel S. 32

1. Einseitiger Hebel Zweiseitiger Hebel

Flaschenöffner Zange

Brechstange ohne Drehpunkt Bahnschranke

Schubkarre Schere

Schaufel Balkenwaage

Hammer Wippe

2. a) Hebelgesetz: Je länger der Kraftarm ist, umso kleiner ist die benötigte Kraft.F1 · l1 = F2 · l2

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Illustrationen: LKW, Teppich, Sofa, Kiste (S. 1): Roman Lechner; Newton (S. 6): Franziska Gust; Warnschild (S. 7): Julia Flasche; Kugellager (S. 3): © Silberwolf, Wikimedia Commons, lizenziert unter Creative Commons BY-2.5.us, URL: http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/legalcode; Bergsteiger, © Benicce – Fotolia.com; Rutsche (S. 3) © Fotograf: GunnerPoulsen, Wikimedia Commons, lizenziert unter Creative Commons BY-SA-3.0.de, URL: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/legalcode; Schnecke (S. 3): © Fotograf: Rasbak, Wikimedia Commons, lizenziert unter Creative Commons BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en; Inlinerin (S. 8), © James Peragine – Fotolia.comSatz: Satzpunkt Ursula Ewert GmbH, Bayreuth

Bestellnr.: 23111DA3

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