Klasse 8 b 2. Schulaufgabe aus der Physik 17. 05. 2002
1. Es soll ein Flaschenzug mit h ̈ochstens drei Rollen entworfen werden, welcher eine
maximale Kraftwandlung beim Heben einer Last erzielt. Das freie Seilende soll dabei
aus ergonomischen Gr ̈unden nach unten gezogen werden. Skizziere den Flaschenzug
und gib an, um welchen Faktor er die Gewichtskraft der Last verringert.P
Ml Mr
Mm
2. L ̈ose durch maßst ̈abliche Konstruktion:
An den Enden einer Schnur, die ̈uber zwei
Rollen gelegt ist, sind die Massen
Ml= 305 g und Mr= 408 g
befestigt. In die ̈Ose Pwird eine weitere
Masse Mm= 510 g eingeh ̈angt.
Welchen Winkel bildet die Schnur im
Gleichgewicht in P?A B C
3. Ar ̈aometer: [griechisch] (Senkwaage, Senk-
spindel), Ger ̈at zur Dichtebestimmung von
Fl ̈ussigkeiten nach dem archimedischen
Prinzip (Auftrieb); besteht aus einer am
Fuß beschwerten Glasspindel, die nach oben
in ein zylindrisches Glasrohr mit Skale
ausl ̈auft. (Bibliographisches Institut & F. A.
Brockhaus AG, 2001)
In welchem der drei Gef ̈aße A, Bund Cbe-
findet sich Wasser, Alkohol oder Oliven ̈ol?
Begr ̈unde die Antwort.
4. Ein Pfennigabsatz eines Damenschuhs hat eine Fl ̈ache von etwa 1 cm2. Welchen Druck
̈ubt ein solcher Absatz auf einen Fußboden aus, wenn die darauf spazierende Dame
eine Masse von 50 kg hat, momentan auf einem Bein steht (w ̈ahrend des Gehens!)
und sich das Gewicht zwischen Ferse und Ballen aufteilt.
(Zum Vergleich: Ein Pkw ̈ubt auf die Straße einen Druck von ca. 2 bar = 2 ·105 Pa
aus!)
5. Ein Zeppelin hat ohne Bef ̈ullung eine Masse von 1,3 t. Er wird mit 2400 m3 Helium
gef ̈ullt.
Welche Nutzlast (zus ̈atzliche Masse) kann der Zeppelin transportieren?
Dichte: Feste Stoffe: Fl ̈ussigkeiten: Gase:
Aluminium: 2,702 g
cm3Alkohol: 0,79 g
cm3Helium: 0,18 g
dm3
Eisen: 7,8 g
cm3Oliven ̈ol: 0,91 g
cm3Luft: 1,29 g
dm3
Gold: 19,3 g
cm3Wasser: 1,00 g
cm3
Viel Erfolg ! Kink
1. Es soll ein Flaschenzug mit h ̈ochstens drei Rollen entworfen werden, welcher eine
maximale Kraftwandlung beim Heben einer Last erzielt. Das freie Seilende soll dabei
aus ergonomischen Gr ̈unden nach unten gezogen werden. Skizziere den Flaschenzug
und gib an, um welchen Faktor er die Gewichtskraft der Last verringert.P
Ml Mr
Mm
2. L ̈ose durch maßst ̈abliche Konstruktion:
An den Enden einer Schnur, die ̈uber zwei
Rollen gelegt ist, sind die Massen
Ml= 305 g und Mr= 408 g
befestigt. In die ̈Ose Pwird eine weitere
Masse Mm= 510 g eingeh ̈angt.
Welchen Winkel bildet die Schnur im
Gleichgewicht in P?A B C
3. Ar ̈aometer: [griechisch] (Senkwaage, Senk-
spindel), Ger ̈at zur Dichtebestimmung von
Fl ̈ussigkeiten nach dem archimedischen
Prinzip (Auftrieb); besteht aus einer am
Fuß beschwerten Glasspindel, die nach oben
in ein zylindrisches Glasrohr mit Skale
ausl ̈auft. (Bibliographisches Institut & F. A.
Brockhaus AG, 2001)
In welchem der drei Gef ̈aße A, Bund Cbe-
findet sich Wasser, Alkohol oder Oliven ̈ol?
Begr ̈unde die Antwort.
4. Ein Pfennigabsatz eines Damenschuhs hat eine Fl ̈ache von etwa 1 cm2. Welchen Druck
̈ubt ein solcher Absatz auf einen Fußboden aus, wenn die darauf spazierende Dame
eine Masse von 50 kg hat, momentan auf einem Bein steht (w ̈ahrend des Gehens!)
und sich das Gewicht zwischen Ferse und Ballen aufteilt.
(Zum Vergleich: Ein Pkw ̈ubt auf die Straße einen Druck von ca. 2 bar = 2 ·105 Pa
aus!)
5. Ein Zeppelin hat ohne Bef ̈ullung eine Masse von 1,3 t. Er wird mit 2400 m3 Helium
gef ̈ullt.
Welche Nutzlast (zus ̈atzliche Masse) kann der Zeppelin transportieren?
Dichte: Feste Stoffe: Fl ̈ussigkeiten: Gase:
Aluminium: 2,702 g
cm3Alkohol: 0,79 g
cm3Helium: 0,18 g
dm3
Eisen: 7,8 g
cm3Oliven ̈ol: 0,91 g
cm3Luft: 1,29 g
dm3
Gold: 19,3 g
cm3Wasser: 1,00 g
cm3
Viel Erfolg ! Kink
michih
30.4.2006, 20:13:39michih
30.4.2006, 20:13:52Klasse 8 b 2. Schulaufgabe aus der Physik 17. 05. 2002
– Musterl ̈osung –
1.
Die Gewichtskraft wird auf 1
4 reduziert.
2. Fg= mr·g= 0,510 kg ·9,81 N
kg = 5,0 N
Fl= ml·g= 0,305 kg ·9,81 N
kg = 3,0 N
Fl= mr·g= 0,408 kg ·9,81 N
kg = 4,0 N
Der Winkel betr ̈agt 90◦.Fl
1 N = 1cm
Fg
Fr
90,00°
3. Der Auftrieb der Spindel ist in allen drei F ̈allen gleich, n ̈amlich gleich der Ge-
wichtskraft der Spindel. Nach dem archimedischen Prinzip ist der Auftrieb gleich
der Gewichtskraft der verdr ̈angten Fl ̈ussigkeit. Da bei Fl ̈ussigkeit Aam wenigsten
verdr ̈angt wird, ist diese Gewichtskraft dem kleinsten Fl ̈ussigkeitsvolumen zugeord-
net. Die Dichte von Aist also am gr ̈oßten. Dann folgen die Dichten von Bund C.
Somit:
A: Wasser (ρ= 1,00 g
cm3
)
B: Oliven ̈ol (ρ= 0,91 g
cm3
)
C: Alkohol (ρ= 0,79 g
cm3
)
– Musterl ̈osung –
1.
Die Gewichtskraft wird auf 1
4 reduziert.
2. Fg= mr·g= 0,510 kg ·9,81 N
kg = 5,0 N
Fl= ml·g= 0,305 kg ·9,81 N
kg = 3,0 N
Fl= mr·g= 0,408 kg ·9,81 N
kg = 4,0 N
Der Winkel betr ̈agt 90◦.Fl
1 N = 1cm
Fg
Fr
90,00°
3. Der Auftrieb der Spindel ist in allen drei F ̈allen gleich, n ̈amlich gleich der Ge-
wichtskraft der Spindel. Nach dem archimedischen Prinzip ist der Auftrieb gleich
der Gewichtskraft der verdr ̈angten Fl ̈ussigkeit. Da bei Fl ̈ussigkeit Aam wenigsten
verdr ̈angt wird, ist diese Gewichtskraft dem kleinsten Fl ̈ussigkeitsvolumen zugeord-
net. Die Dichte von Aist also am gr ̈oßten. Dann folgen die Dichten von Bund C.
Somit:
A: Wasser (ρ= 1,00 g
cm3
)
B: Oliven ̈ol (ρ= 0,91 g
cm3
)
C: Alkohol (ρ= 0,79 g
cm3
)
michih
30.4.2006, 20:14:07Klasse 8 b 2. Schulaufgabe aus der Physik 17. 05. 2002
– Musterl ̈osung –
4. geg: A= 1 cm2 = 1 ·10−4 m2, m= 50 kg.
Gewichtskraft auf den Absatz:
F= 1
2mg(Aufteilung auf Ballen und Ferse!)
= 1
2 ·50 kg ·9,81 N
kg = 245 N .
Druck:
p= F
A= 245 N
1 ·10−4 m2 = 2450 000 Pa ≈20 ·105 Pa .
5. geg: m= 1,3 t = 1300 kg, V= 2400 m3, ρLuft 1,29 g
dm3= 1,29 kg
m3,
ρHelium = 0,18 g
dm3= 0,18 kg
m3.
Auftrieb:
FA= mverdr ̈angt ·g= V·ρLuft ·g
= 2400 m3 ·1,29 kg
m3 ·9,81 N
kg = 30372 N ≈30,4 kN
Gewichtskraft des Heliums:
FH= V·ρHelium ·g
= 2400 m3 ·0,18 kg
m3 ·9,81 N
kg = 4238 N ≈4,2 kN
Gewichtskraft des Zeppelins:
FG= m·g
= 1300 kg ·9,81 N
kg = 12753 N = 12,8 kN
Nutzlast:
FLast = FA−FH−FG
= 30,4 kN −4,2 kN −12,8 kN = 13,4 kN ≈13 kN
mLast = FLast
g= 13400 kN
9,81 N
kg
= 1370 kg = 1,4 t
– Musterl ̈osung –
4. geg: A= 1 cm2 = 1 ·10−4 m2, m= 50 kg.
Gewichtskraft auf den Absatz:
F= 1
2mg(Aufteilung auf Ballen und Ferse!)
= 1
2 ·50 kg ·9,81 N
kg = 245 N .
Druck:
p= F
A= 245 N
1 ·10−4 m2 = 2450 000 Pa ≈20 ·105 Pa .
5. geg: m= 1,3 t = 1300 kg, V= 2400 m3, ρLuft 1,29 g
dm3= 1,29 kg
m3,
ρHelium = 0,18 g
dm3= 0,18 kg
m3.
Auftrieb:
FA= mverdr ̈angt ·g= V·ρLuft ·g
= 2400 m3 ·1,29 kg
m3 ·9,81 N
kg = 30372 N ≈30,4 kN
Gewichtskraft des Heliums:
FH= V·ρHelium ·g
= 2400 m3 ·0,18 kg
m3 ·9,81 N
kg = 4238 N ≈4,2 kN
Gewichtskraft des Zeppelins:
FG= m·g
= 1300 kg ·9,81 N
kg = 12753 N = 12,8 kN
Nutzlast:
FLast = FA−FH−FG
= 30,4 kN −4,2 kN −12,8 kN = 13,4 kN ≈13 kN
mLast = FLast
g= 13400 kN
9,81 N
kg
= 1370 kg = 1,4 t
