Fragensammlung für Abschnitt 3 Online-Ergänzungsprüfung ... · Fragensammlung Abschnitt 3 - Online-Prüfung 2/9 • In welcher Situation ist die Wippe im Gleichgewicht? Warum?

Fragensammlung Abschnitt 3 - Online-Prufung 1/9

Fragensammlung fur Abschnitt 3Online-Erganzungsprufung Physik

Juni 2020Version 22. Juni 2020

1 Rotation

Grundbegriffe

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Winkelgeschwindigkeit, Bahngeschwindigkeit, Winkelbeschleuni-gung, Frequenz, Umlaufzeit!

• Was ist der Unterschied zwischen Translation und Rotation?

• Was ist der Unterschied zwischen Winkelgeschwindigkeit und Bahngeschwindigkeit?

Die beiden linken Zahnrader sind fest mit einander verbunden. Das rechteZahnrad greift in die Zahne des oberen linken Zahnrades.a) Welche Rader haben dieselbe Winkelgeschwindigkeit? (Begrundung)b) Welche Rader haben dieselbe Bahngeschwindigkeit? (Begrundung)

• Die Abbildung zeigt, wie das Hinterrad eines Fahrrades durch eine Ketteangetrieben wird.a) Welche Rader haben dieselbe Winkelgeschwindigkeit? (Begrundung)b) Welche Rader haben dieselbe Bahngeschwindigkeit? (Begrundung)

Drehmoment, Gleichgewicht

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Drehmoment, Tragheitsmoment, Gleichgewicht, Hebel!

• Wie ist das mechanische Gleichgewicht in einem System definiert?(Physikalische Große, Einheit)

• Was ist der Unterschied zwischen einem einseitigen Hebel und einem zweiseitigen Hebel? Welches Gesetzgilt hier?

• Was konnen Sie aus physikalischer Perspektive zu diesem Bild sagen?

K. Durstberger-Rennhofer, www.vwu-info.at/physik SoSe 2020


• In welcher Situation ist die Wippe im Gleichgewicht? Warum?

Drehimpuls

• Definitionen und Einheiten des Begriffes Drehimpuls.Was sagt der Drehimpulserhaltungssatz?

• Ein Eiskunstlaufer macht eine Pirouette. Dabei zieht der die Arme ganz nahe an den Korper heran.Was passiert hier? Beschreiben Sie die Sitation! Welche physikalische Große wird hier zur Beschreibungverwendet?

• Ein Stern hat den Radius von r1 und eine bestimmte Rotationsdauer T1. Er wandelt sich am Ende seinerLebenszeit in einen Pulsar (schnell rotierender Neutronenstern) um, der die gleiche Masse hat aber einenviel kleineren Radius r2. Was passiert mit der Rotationsdauer des Sterns, wenn er sich zusammenzieht?Welche physikalische Große wird hier zur Beschreibung verwendet?

Rotationsenergie

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Rotationsenergie, kinetische Energie, potentielle Energie!

• Wieviel Energie braucht man um, einen Reifen (Radius r, Masse m) von 0 auf die Geschwindigkeit v zubeschleunigen, wenn man ihna) um eine feste Achse dreht (reine Rotation)b) auf einer ebenen Straße rollt (Rotation + Translation)!

• Ein Ring (Masse m, Radius r) rollt auf einer schiefen Ebene aus der Hohe h zuBoden. Die Anfangsgeschwindigkeit ist v0 = 0, es gibt keine Reibung.a) Welche Formen der Energie andern sich bei diesem Vorgang?b) Wie kann man daraus die Geschwindigkeit des Rings bei der Ankunft am Bodenbestimmen?

• Ein Quader (Masse m) bewegt sich auf einer schiefen Ebene aus der Hohe h zu Boden.Die Anfangsgeschwindigkeit ist v0 = 0, es gibt keine Reibung.a) Welche Formen der Energie andern sich bei diesem Vorgang?b) Wie kann man daraus die Geschwindigkeit des Quaders bei der Ankunft am Bodenbestimmen?



Zentripetalkraft

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Zentripetalkraft!

• Richtungen der Zentripetalkraft und der Bahngeschwindigkeit!

• Erklaren Sie das Bild!Welche Bewegung ist hier dargestellt? Wie groß ist die Kraft?Was passiert, wenn die Kraft nicht mehr da ist?

• Eine Masse m rotiert wie in der Abbildung an einem Faden. Die Rotationsachse istvertikal. Der Faden bildet mit der vertikalen Achse einen Winkel von α.a) Fuhrt die Masse eine gleichformige oder eine beschleunigte Bewegung aus?Begrunden Sie Ihre Antwort!b) Welche Krafte wirken auf die Masse? In welche Richtungen?

• Ein Kettenkarussell dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω. Die Langeder Kette (bis zum Korperschwerpunkt) ist l. Der Winkel zwischen der Drehachseund der Kette ist α. Die Person auf dem Karussell hat die Masse m.a) Welche Bewegung macht die Person auf dem Karussell?b) Welche Krafte wirken auf die Person?

Schwerpunkt und Kippen

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Schwerpunkt, Schwerpunktsatz!

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Standfestigkeit, Kippmoment, Standmoment!

• Was ist hier dargestellt? Wann kippt ein Korper? Wie kann man das physikalisch berechnen?

• Ein Kasten (Masse m) mit dem Schwerpunkt in der Mitte soll durcheine seitlich angreifende Kraft F verschoben werden. Der Schrank hatdie Hohe h und die Breite b.In welcher Hohe a vom Boden darf die Kraft zum Anschieben maximalwirken, damit der Schrank nicht kippt?



2 Scheinkrafte

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Inertialsystem, Scheinkrafte, Tragheitskrafte, Zentrifugalkraft!

• Was wird auf diesem Bild dargestellt? Was ist der Unterschied?

• Ein Lastkraftwagen (LKW) fahrt mit konstanter Geschwindigkeit v und bremstdann gleichmaßig ab bis zum Stillstand. Auf der Ladeflache steht ein Schrank(Hohe h = 2 m, Breite b = 0, 8 m). Er ist gegen Verschiebungen (Gleiten) vorneund hinten gesichert, aber er kann kippen.a) Welche Krafte wirken beim Bremsen auf den Schrank fur einen Beobachter,der sich auf dem Lastwagen befindet? Handelt es sich um wirkliche Krafte oderum Scheinkrafte? In welchen Systemen treten Scheinkrafte auf?b) Wovon hangt es ab, ob der Korper beim Bremsen kippt?

• Eine Masse m rotiert wie in der Abbildung an einem langen Faden, der mit dervertikalen Achse den Winkel α einschließt.Beschreiben Sie die eingezeichneten Krafte! Welche Krafte beobachtet man, wennman dieses System von außen betrachtet? Welche Krafte spurt ein Beobachterauf der rotierenden Masse?

3 Gravitation

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Gravitationskraft, Fallbeschleunigung!

• Ein Satellit der Masse m umkreist die Erde (Masse ME) auf einerKreisbahn mit dem Radius r. Warum bewegt sich der Satellit auf einerKreisbahn? Welche Krafte wirken auf den Satelliten? Welche speziellenArten von Satelliten gibt es (im Bezug auf die Umlaufzeit)?

• Die Masse der Erde ist ME , die Masse des Mondes ist MM . DerMond umkreist die Erde auf einer Kreisbahn mit dem Radius r.Ein Satellit der Masse m befindet sich zwischen den beiden.a) In welche Richtung zeigen die Gravitationskrafte, die auf denSatelliten wirken?b) In einem Punkt heben sich die Gravitationskrafte von derErde und vom Mond sich genau auf. Liegt dieser Punkt naherbei der Erde oder naher beim Mond? Warum?



• a) Beschreiben Sie das allgemeine Gravitationsgesetz!b) Wie erhalt man aus dem allgemeinen Gravitationsgesetz die Fallbeschleunigung gauf der Erdoberflache? Wovon hangt die Fallbeschleunigung eigentlich ab?

4 Elastizitat

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: mechanische Feder, Federkonstante, E-Modul, relative Langenanderung,absolute Langenanderung!

• Vergleichen Sie die Krafte bei der Ausdehnung einer mechanischen Feder und eines langen Stabes!a) Zu welchen Großen sind diese Krafte proportional oder umgekehrt proportional?b) Woruber informieren die Konstanten, die dabei vorkommen?

• Eine mechanische Feder ist schematisch gezeichnet.a) Was ist eine mechanische Feder?b) Erklaren Sie die Bilder! Was ist der Unterschied zwischen F und Ffeder?Was ist ∆x?c) Wie viel Energie ist in einer Feder gespeichert?

• a) Wie ist der E-Modul definiert? In welcher Einheit wird er gemessen? Ist er eine Materialkonstante?Was gibt der E-Modul an?b) Was ist der Unterschied zwischen der relativen Langenanderung und der absoluten Langenanderung?

5 Schwingungen

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: harmonische Schwingung, Elongation, Amplitude, Ruhelage, Pe-riode, Kreisfrequenz, rucktreibende Kraft (Ruckstellkraft), mathematisches Pendel (Fadenpendel), Feder-pendel!

• Erklaren Sie die Abbildung! Wie entsteht eineharmonische Schwingung?

• Die Abbildung soll eine harmonische Schwingungdarstellen.a) Was wird auf den beiden Achsen aufgetragen?b) Was stellen die beiden Doppelpfeile dar?c) Wie entsteht eine harmonische Schwingung? (Bei-spiele)

• Die Masse m kg schwingt harmonisch mit der Amplitude y0.a) Was versteht man unter einer harmonischen Schwingung? Auf welchen Punkt ist die rucktreibendeKraft immer gerichtet? Wozu ist die rucktreibende Kraft proportional?b) Wie sieht ein Weg-Zeit-Diagramm dieser Schwingung aus! Wo kann man die Periode ablesen?c) Wie sind kinetische und potentielle Energie bei der Schwingung verteilt?



6 Wellen

Laufende und stehende Wellen

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Welle, Wellenlange, Periode, Amplitude, Ausbreitungsgeschwin-digkeit, Wellenberg, Wellental, Knoten, Schwingungsbauch, Phasenverschiebung!

• Erklaren Sie die Abbildung! Wie entsteht eine Welle?Was ist der Unterschied zwischen den beiden Wellen?

• Die Abbildung zeigt eine Welle zu verschiedenen Zeiten. Die Zeitunter-schiede sind fur die ersten drei Bilder gleich und fur das vierte Bildverschieden.a) Handelt es sich um eine stehende oder eine laufende Welle? Was istder Unterschied?b) Wie groß ist der Zeitunterschied zwischen dem obersten und dem un-tersten Bild?c) Wie lautet die Grundgleichung fur Wellen, die drei wichtige Großenfur Wellen verbindet?

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• Die Abbildung zeigt eine Welle zu verschiedenen Zei-ten.a) Handelt es sich um eine stehende oder um einelaufende Welle? Was ist der Unterschied?b) Wo kann man eine Wellenlange erkennen!c) Wo kann man den Phasenunterschied erkennen!d) Wie lautet die Grundgleichung fur Wellen, die dreiwichtige Großen fur Wellen verbindet?

• Die Abbildung zeigt eine laufende und eine stehendeWelle mit gleicher Wellenlange und Fequenz. BeideWellen werden zu verschiedenen Zeitpunkten abge-bildet. Das rechte Bild und das linke Bild geltenimmer fur denselben Zeitpunkt. Die Ausbreitungs-geschwindigkeit ist in beiden Fallen gleich groß.a) Welche ist die stehende und welche ist dielaufende Welle?

b) Fur die beiden obersten Wellen gilt t = 0 s. Fur die zweite Zeile gilt t = 1 s. Fur welchen Zeitpunktgilt das Bild in der letzten Reihe?c) Wie sieht das letzte Bild in der rechten Spalte aus?d) Wie entstehen stehende Wellen?



• In einem Medium wurde eine einfache Trans-versalwelle erzeugt. Die beiden Bilder zeigenzum einen die Momentaufnahme der Welleund zum anderen den Verlauf der Schwingungeines “Mediumteilchens”.a) Geben Sie an, welches der beiden Bilder dieMomentaufnahme der Welle ist und welchesdie Schwingung eines Mediumteilchens dar-stellt, und begrunden Sie Ihre Entscheidung!b) Bestimmen Sie aus den Bildern dieAmplitude, die Schwingungsdauer und dieWellenlange der Welle!c) Wie kann man die Ausbreitungsgeschwin-digkeit der Welle bestimmen?

• a) Wie hangt die Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Wellenlange und der Frequenz ab?b) Was konnen sie uber die Schwingungsrichtung und die Ausbreitungsrichtung bei Transversalwellen undbei Longitudinalwellen sagen? Geben Sie je ein Beispiel an!

• Die Abbildung zeigt dieselbe Welle zu verschiedenenZeiten.Handelt es sich um eine laufende oder eine stehende Welle?Warum!

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• Die Abbildung zeigt dieselbe Welle zu verschiedenen Zeiten.Handelt es sich um eine laufende oder eine stehende Welle?Warum!

Interferenz

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Phasenverschiebung, Zeitverschiebung, Wegverschiebung!

• Gegeben sind zwei Wellen mit gleicher Wellenlange λ und der Ausbreitungsgeschwindigkeit c.a) Welche Welle entsteht bei der Interferenz, wenn die beiden Wellen eine Phasenverschiebung von 0◦

haben? Wie nennt man diese Interferenz?b) Welche Welle entsteht bei der Interferenz, wenn die beiden Wellen eine Phasenverschiebung von 180◦

haben? Wie nennt man diese Interferenz?

Grund- und Oberschwingungen

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Grundschwingung, Oberschwingung!

• Die gesamte Lange des Mediums ist 8 m.a) Was ist hier zu sehen? Wie entsteht diese Schwingung?b) Welche Oberschwingung ist hier zu sehen?c) Wie groß ist die Wellenlange dieser Schwingung?





Schallwellen

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Schallgeschwindigkeit, Lautstarke, Tonhohe, Klangfarbe, Kundt’schesRohr!

• In einem Kundt’schen Rohr (Lange l = 24 cm) sieht man Staubfiguren an bestimmten Stellen.a) Erklaren Sie die Funktionsweise eines Kundt’schen Rohres. Wozu wird es verwendet? b) Welche Artvon Wellen entstehen im Rohr und an welchen Stellen sammelt sich der Staub?

Dopplereffekt

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Arten des Doppler-Effektes!

• Erklaren Sie was auf den Bildern dargestellt wird und beschreiben Sie den physikalischen Effekt dahinter.

• Erklaren Sie den Unterschied zwischen den beiden dargestellten Effekten.

• Welcher physikalische Effekt wird auf den Bildern dargestellt? Unter welchen Bedingungen kommt es zumletzten Bild?



Leistung, Intensitat

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Energie, Leistung, Intensitat, Energiedichte!

• a) Was ist der Unterschied zwischen den beiden Bildern? Welche Art von Welle wird hier dargestellt?b) Was gibt die Leistung einer Welle an? Was gibt die Intensitat einer Welle an?c) Was kann man uber die Intensitat der jeweiligen Welle an den beiden gekennzeichneten Punkten x1

und x2 > x1 aussagen?

7 Ruhende Flussigkeiten

• Definitionen und Einheiten der Begriffe: Oberflachenspannung, Grenzflachenspannung, Kohasion, Adhasion,benetzende Flussigkeit, nicht-benetzende Flussigkeit, Kapillaritat!

• Die grunen Kugeln stellen z.B.”Glasteilchen“ dar, die blauen

Kugeln sind z.B.”Wasserteilchen“.

a) Erklaren Sie, was hier dargestellt wird. Was stellen die Pfeiledar?b) Welche physikalischen Konzepte konnen damit erklart werden?

• a) Erklaren Sie den Unterschied zwischen Oberflachenspannung und Grenzflachenspannung!b) Vergleichen Sie Kohasion und Adhasion bei benetzenden und nicht-benetzenden Flussigkeiten!

• Ein Flussigkeitstropfen wird in einem Drahtbugel (Lange L) durch ein kleines Gewicht(mgewicht) zu einer rechteckigen Flussigkeitsschicht ausdehnt.a) Wie ist die Oberflachenspannung definiert? In welcher Einheit wird sie angegeben?b) Wodurch entsteht die Oberflachenspannung? (Erklarung im Teilchenmodell)c) Wie hangen Energie und Oberflachenspannung zusammen?

• Ein Wasserlaufer (Kafer, siehe Bild) mit der Masse m kann sich auf dem Wasserbewegen ohne einzusinken.a) Erklaren Sie, warum sich der Wasserlaufer auf dem Wasser bewegen kann!b) Welche Krafte wirken hier? Wovon hangen diese Krafte ab?

• Was ist der Unterschied zwischen den beiden Bildern? Erklaren Sie warum es zu diesem Effekt kommt.Wie nennt man die beiden Arten von Flussigkeiten jeweils? Wovon hangt die Hohe h jeweils ab? GebenSie Beispiele fur beide Arten von Flussigkeit.


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