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Mechanik (2)

 

Hier findest du alle Inhalte zur Unterrichtseinheit.


Inhalt - Mechanik

 

→  Teil 1:

Körper und ihre Eigenschaften
Körper und Stoffe
Unterscheide zwischen Körpern und Stoffen
Größen und Einheiten
Kräfte und ihre Wirkung
Kräfte darstellen und messen
Kräfte werden gemessen – Aufgaben
Die Federkonstante
Schwere Masse / Träge Masse
Größenbereiche – Die Masse
Masseeinheiten
Die Grundeinheit ist das Kilogramm (1kg)
Das Volumen
Größenbereiche – Das Volumen
Die Dichte eines Körpers
Aufgaben zur Dichte
Der Auftrieb im Wasser
Schwimmen – schweben - sinken
Der Flaschentaucher

Teil 2: 
Mehrere Kräfte wirken gleichzeitig
Das Kräfteparallelogramm – Übung
Flächenbelastung und Druck
Der Druck in Flüssigkeiten
Reibung
Drehmoment und Hebel
Kräfte umleiten – Seil, Stange, Rollen
Die Arbeit
Die Energie
Die mechanische Leistung
Die Bewegung von Körpern
Vorüberlegungen
Die Geschwindigkeit
Die beschleunigte Bewegung

Übersicht

Newton'sches Kraftgesetz

Impuls und Kraftstoß

Alle Folien in einem Heft

ISBN  978-3-7450-2684-9

Produktplatzierungen

Hinweis:
Für die Unterrichtseinheit ist die Anschaffung des Skripts für meine Schüler nicht notwendig! Die Folien werden nacheinander bearbeitet und notwendige Materialien ggf. kopiert.

Hinweis:
Die Inhalte dieser Unterrichtseinheit zielen ab auf die Vermittlung der Grundlagen der Thematik und stellen den Stoff inhaltlich zusammenhängend dar. Den Schülern soll die Struktur der physikalischen Themenbereiche somit im Rahmen des Physikunterrichts der Mittelstufe deutlich vermittelt werden.


Physik: Skriptsammlung



Mechanik: [5:17]

Konstruktion des Kräfteparallelogramms

Die Konstruktion eines Kräfteparallelogramms mit Kraftpfeilen wird zunächst an einem Beispiel für zwei Kräfte gezeigt. Anschließend werden drei Kräfte durch eine entsprechende Konstruktion dargestellt.

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Bildergalerie 1

(Abbildungen mit freundlicher Genehmigung des DEUTSCHEN MUSEUMS München)


Aufgaben: Drehmoment und Hebel

  1. Hebel helfen uns im Alltag in vielen verschiedenen Situationen. Abb. 1 zeigt dir einen Nussknacker. Beschreibe die Funktionsweise, skizziere ihn in deinem Heft und benenne den Lastarm, den Kraftarm und den Drehpunkt.
  2. In Abb. 2 siehst du eine Wippe. Paul und Anja wollen wippen, Anja ist aber leichter als Paul. Beide stellen sich zunächst auf eine Wage, bei Anja werden 35 kg angezeigt, bei Paul sind es 45 kg. Wie müssten sich beide auf die Wippe setzen? Es gibt verschiedene Möglichkeiten. Mach einen Vorschlag und erläutere deine Überlegungen.
  3. In Abb. 3 siehst du die Tretkurbel und das Zahnrad eines Fahrrads. Auch hier nutzen wir die Funktion eines Hebels. Beschreibe die Funktion anhand einer Skizze. Benenne auch hier Lastarm, Kraftarm und Drehpunkt.
  4. In den Abbildungen 4 und 5 siehst du ein Gerät das einer Wippe ähnelt. Es herrscht jeweils ein Gleichgewicht. Welche Kraft zeigt der Kraftmesser dabei in Abb. 4 und Abb. 5 an?
  5. Das Gerät aus Abb. 6 soll jetzt verwendet werden. Die Markierungen auf dem Gerät haben jeweils einen Abstand von 2 cm. Auf der linken Seite hängt eine Masse von 3kg an der Markierung mit der Nummer 6, also 6cm vom Drehpunkt entfernt. Es soll ein Gleichgewicht hergestellt werden. 
    a) In der Abbildung ist an Position 4 auf der rechten Seite ein Wägestück angehängt. Welche Masse muss es zur Herstellung eines Gleichgewichts haben?
    b) Welche Masse müsste auf der rechten Seite an der Markierung mit der Nummer 6 angehängt werden?
    c) Welche Masse müsste auf der rechten Seite an der Markierung mit der Nummer 3 angehängt werden?
    d) Welche Masse müsste auf der rechten Seite an der Markierung mit der Nummer 7 angehängt werden?

Aufgaben: [22] Kräfte umleiten


1) Wiederholung: Wie können Kräfte dargestellt werden und welche drei Eigenschaften kennzeichnen eine Kraft?
 
2) Betrachte Abb 1. Es soll ein Kräftegleichgewicht hergestellt werden, d.h. die Masse soll in der Position gehalten werden. Welche Kraft ist dafür notwendig, bzw. welche Masse hat das Wägestück?
a) Das Wägestück hat eine Masse von 50 g.
b) Das Wägestück hat eine Masse von 20 kg.
c) Die wirkende Kraft durch die Hand beträgt 70N.
d) Die wirkende Kraft durch die Hand beträgt 500N.


3) Vergleiche die Funktionalität von Seil und Stange. Nenne jeweils Vorteile und Nachteile. Erläutere deine Überlegungen an jeweils zwei Beispielen.
 
4) Mit Hilfe eines Flaschenzugs soll eine Waschmaschine (70 kg) gehoben werden. Der Flaschenzug soll aus fünf Rollen bestehen. Welche Kraft ist zum Heben der Waschmaschine dann nötig. Es gibt zwei Möglichkeiten. Erläutere die Unterschiede der beiden Möglichkeiten und gib an wie groß jeweils die benötigte Kraft ist.
 
5) Schau dir den Aufbau bei Aufgabe 2C und 2E an. Das Wägestück hat eine Masse von 6kg und soll um 15 cm angehoben werden. Wie weit muss das Seil dafür jew. gezogen werden? Erläutere deine Überlegungen.

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Aufgaben - Mechanik - Die Arbeit

  1. Erkläre den Unterschied zwischen der umgangssprachlichen und der physikalischen Bedeutung des Begriffs „Arbeit“. Erläutere deine Überlegungen an jeweils zwei Beispielen. 
  2. Wo wird hier (Abb. 1) im physikalischen Sinn Arbeit verrichtet? Beschreibe kurz das Bild und begründe deine Entscheidung.
  3. Paul trägt einen Stein vom Erdgeschoss in das 4. Obergeschoss. Der Stein hat eine Masse von 15kg. Von einem Stockwerk zum nächsten Stockwerk überwindet er dabei jeweils 3 Meter. Welche Arbeit wurde dabei verrichtet?
  4. Der Kran in Abb. 2 hebt Lasten hoch. Dabei verrichtet er Arbeit. Eine Kiste hat eine Masse von 250kg. Berechne die verrichtete Arbeit.
  5. Stelle die Formel zur Berechnung der physikalischen Arbeit nach allen darin vorkommenden Variablen um: 
    a)  … nach F:
    b) … nach s: 
  6. Ein Kran hat eine Masse von 850kg nach oben gezogen und dabei eine Arbeit von 153000Nm verrichtet. Um welche Höhe wurde die Masse angehoben?
  7. Drei Männer haben eine Waschmaschine ausgeliefert und sie dort in die Wohnung getragen. Diese ist im 5. Obergeschoss, Sie haben dabei eine Höhe von 15 Metern überwunden. Wir gehen davon aus, dass alle drei Männer den gleichen Anteil der Arbeit verrichten haben. Jeder der Männer hat eine Arbeit 4000J verrichtet. Welche Masse hat die Waschmaschine?

→ siehe auch: Themenseite Energietechnik


Physik - Mechanik: [7:08]

Die Geschwindigkeit

Der Begriff der Geschwindigkeit wird an Beispielen erklärt. Es werden Beispiele zur Berechnung der Geschwindigkeit, der Strecke und der Zeit ausführlich vorgeführt.

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Physik - Mechanik: [5:24]

Einheiten umrechnen

Diese Video zeigt die grundsätzliche Vorgehensweise zur Umrechnung von Einheiten am Beispiel der Geschwindigkeitseinheiten m/s und km/h. Weiterhin werden Beispiel gezeigt.

Physik - Mechanik: [8:23]

Gleichmäßig beschleunigte Bewegung (1)

Im Video wird von grundlegenden Überlegungen auf der Basis der gleichförmigen Bewegung der Wert der Erdbeschleunigung (g=m/s²) abgeleitet. Dabei werden experimentell bestimmte Werten des freien Falls zugrunde gelegt.

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Physik - Mechanik: [9:58]

Gleichmäßig beschleunigte Bewegung (2)

Im Video wird aus den grundlegenden Überlegungen des ersten Teils das Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz und das Weg-Zeit-Gesetz eingeführt und abgeleitet. Einfache Anwendungsbeispiel werden vorgerechnet.

Aufgaben

  1. Aus einer Pistole wir eine Kugel abgeschossen. Sie hat einen Impuls von p = 4,6 (kg⋅m)/s und eine Masse von 11g. Mit welcher Geschwindigkeit fliegt die Kugel?

  2. Für den Vorgang im Beispiel auf der Folie "Impuls (2)" gilt für den Gesamtimpuls der beiden Wägen: pges = p+ p= 0.
    Weiterhin gilt für den Impuls p = m⋅v . Das führt zur Gleichung: m1⋅v1 +  m2⋅v2 = 0
    Stelle diese Gleichung nach allen darin vorkommenden Variablen um (m1 ; m2 ; v1 ; v2)

  3. Betrachte den Versuch "B" von Folie (2) zum Inpuls: Der erste Wagen hat jetzt aber eine Masse von 400 g und nach den Durchtrennen der Schnur eine Geschwindigkeit von 2,3 m/s. Der zweite Wagen fährt mit der Geschwindigkeit von 5,2 m/s in die entgegengesetzte Richtung.
    a) Welche Masse hat der zweite Wagen?
    b) Berechne die Impulse der beiden Wagen nachdem die Schnur durchgeschnitten wurde. 
    c) Die wirkende Federkraft auf die beiden Wagen beträgt bei dem Vorgang F = 5,75 N  [Es gilt: 1N = 1(kg⋅m)/s2]. Berechne die Zeit in der die Federkraft auf den linken Wagen wirkt.

  4. Eine Gewehrkugel (m = 8g) verlässt das Gewehr mit einer Geschwindigkeit von 350 m/s. Die Masse des Gewehrs beträgt 7 kg. 
    a) Berechne den Impuls der Kugel nachdem sie abgefeuert wurde.
    b) Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich dabei das Gewehr in die entgegengesetzte Richtung?

  5. Ein Eisenbahnwaggon (Waggon A) trifft mit der Geschwindigkeit von 2 m/s auf zwei miteinander gekoppelte Waggons (Waggon B und C, zunächst stillstehend). Die Masse der drei Waggons beträgt jeweils 45 t. Dabei koppelt Waggon A an die beiden anderen miteinander verbundenen Waggons B und C an und bleibt mit ihnen verbunden. Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich die drei miteinander gekoppelten Waggons nach diesem inelastischen Stoß?

  6. Wir betrachten jetzt die Situation von Aufgabe 4 nochmal. Der aufprallende Waggon A hat hier aber eine Geschwindigkeit von 3 m/s. Jetzt koppelt der aufprallende Waggon A aber nicht an die beiden anderen (miteinander verbundenen) Waggons B und C an. Die beiden miteinander gekoppelten Waggons haben nach diesem elastischen Stoß eine Geschwindigkeit von 2 m/s.
    a) Beschreibe die Bewegung aller drei Waggons.
    b) Berechne die Geschwindigkeit von Waggon A nach dem Stoß.


Video als Zusammenfassung der wichtigsten Inhalte zur Mechanik:

  Einführung in die Physik: Newtonsche Mechanik (Physikus Lernteil)




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Hinweis: Es werden keine Bücher oder sonstige, hier benannte Materialien im Unterricht verwendet oder benötigt. 

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