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Wellenbad

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1. Skizze zur Aufgabe.In einem Schwimmbecken ist ein großer Gummiball eingebaut, der sich auf- und ab bewegt und so…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1. Skizze zur Aufgabe.In einem Schwimmbecken ist ein großer Gummiball eingebaut, der sich auf- und ab bewegt und so…

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Energie und ihre Eigenschaften

Grundwissen

  • Energietransport: Energie kann von einem Ort zu einem anderen transportiert werden.
  • Energieübertragung: Energie kann von einem Körper oder einem System auf einen anderen Körper oder ein anderes System übertragen werden.
  • Energieumwandlung: Energie kann von einer Form in eine andere Form umgewandelt werden.
  • Energieerhaltung: Bei der Energieübertragung oder der Energieumwandlung geht keine Energie verloren und kommt keine Energie hinzu.
  • Energieentwertung: Bei jeder Energieübertragung oder Energieumwandlung wird ein Teil der zu Beginn vorhandenen Energie entwertet.

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Grundwissen

  • Energietransport: Energie kann von einem Ort zu einem anderen transportiert werden.
  • Energieübertragung: Energie kann von einem Körper oder einem System auf einen anderen Körper oder ein anderes System übertragen werden.
  • Energieumwandlung: Energie kann von einer Form in eine andere Form umgewandelt werden.
  • Energieerhaltung: Bei der Energieübertragung oder der Energieumwandlung geht keine Energie verloren und kommt keine Energie hinzu.
  • Energieentwertung: Bei jeder Energieübertragung oder Energieumwandlung wird ein Teil der zu Beginn vorhandenen Energie entwertet.

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Gärtnerprobleme

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Das Wasser aus dem waagerecht gehaltenen Schlauch folgt der Bahn einer ParabelEin Gärtner hält einen…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Das Wasser aus dem waagerecht gehaltenen Schlauch folgt der Bahn einer ParabelEin Gärtner hält einen…

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Aufschlag beim Volleyball

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabeSehr gute Volleyballspieler können beim Aufschlag den Ball auf Geschwindigkeiten von bis zu…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabeSehr gute Volleyballspieler können beim Aufschlag den Ball auf Geschwindigkeiten von bis zu…

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Die Wippe

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Hinweis: Diese Aufgabe wurde LEIFIphysik von Thomas Schulze zur Verfügung gestellt. Joachim Herz Stiftung …

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Hinweis: Diese Aufgabe wurde LEIFIphysik von Thomas Schulze zur Verfügung gestellt. Joachim Herz Stiftung …

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Trainingsaufgaben zu Masse, Volumen und Dichte

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Hinweis: Mit den folgenden Trainingsaufgaben sollst du Sicherheit im Umgang mit der "Dichte-Formel" gewinnen. Darüber hinaus kannst du die Umwandlung…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Hinweis: Mit den folgenden Trainingsaufgaben sollst du Sicherheit im Umgang mit der "Dichte-Formel" gewinnen. Darüber hinaus kannst du die Umwandlung…

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Berechnen von Beschleunigungen

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

a) Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Die…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

a) Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Die…

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Beschleunigung eines Autos

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Animation in Abb. 1 dokumentiert mit Hilfe eines (Spezial-)Tachometers die geradlinige Fahrt eines Autos, welche in fünf charakteristische…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Animation in Abb. 1 dokumentiert mit Hilfe eines (Spezial-)Tachometers die geradlinige Fahrt eines Autos, welche in fünf charakteristische…

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Geschwindigkeit einer Gewehrkugel

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabeUm die Geschwindigkeit \(v\) einer Gewehrkugel zu bestimmen, schießt man auf zwei Pappscheiben,…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zur AufgabeUm die Geschwindigkeit \(v\) einer Gewehrkugel zu bestimmen, schießt man auf zwei Pappscheiben,…

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Vollbremsung oder Kurvenfahrt

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Ein Autofahrer sieht plötzlich eine sehr breite Mauer vor sich auftauchen. Untersuche, bei welcher der folgenden beiden Möglichkeiten er die größere…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Ein Autofahrer sieht plötzlich eine sehr breite Mauer vor sich auftauchen. Untersuche, bei welcher der folgenden beiden Möglichkeiten er die größere…

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Rückstoß beim Gewehr

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

a) Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Mit…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

a) Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Mit…

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Physik des Bogenschießens

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Position der PfeilendenEin Bogenschütze wurde mit einer Hoch­geschwindigkeits­kamera gefilmt. Mithilfe einer…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Position der PfeilendenEin Bogenschütze wurde mit einer Hoch­geschwindigkeits­kamera gefilmt. Mithilfe einer…

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Geostationäre Satelliten

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

ESA Abb. 1 Meteosat WettersatellitEin Satellit der Masse \(m_\rm{S}=500\,\rm{kg}\) soll in eine geostationäre Umlaufbahn gebracht werden. Man…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

ESA Abb. 1 Meteosat WettersatellitEin Satellit der Masse \(m_\rm{S}=500\,\rm{kg}\) soll in eine geostationäre Umlaufbahn gebracht werden. Man…

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Tiefe eines Brunnens

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Bild von Jazella auf Pixabay Abb. 1 BrunnenZur Bestimmung der Tiefe eines Brunnens lässt jemand eine Münze in den Brunnen fallen. Er hört das…

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Bild von Jazella auf Pixabay Abb. 1 BrunnenZur Bestimmung der Tiefe eines Brunnens lässt jemand eine Münze in den Brunnen fallen. Er hört das…

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Standardaufgaben zum senkrechten Wurf nach oben

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Spur HTML5-Canvas nicht unterstützt! // Senkrechter Wurf nach oben Animation // 14.8.2017 //…

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Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Spur HTML5-Canvas nicht unterstützt! // Senkrechter Wurf nach oben Animation // 14.8.2017 //…

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Standardaufgaben zum freien Fall

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )
Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Flüssigkeitspendel

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Größen HTML5-Canvas nicht unterstützt! // Flüssigkeitspendel (Animation) // 8.9.2022 //…

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Größen HTML5-Canvas nicht unterstützt! // Flüssigkeitspendel (Animation) // 8.9.2022 //…

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Looping mit dem Jaguar

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Im Kölner Stadt-Anzeiger vom 5./6. August 2017 fanden wir im Artikel "Mangelnde Bodenhaftung" über die Geschichte der Autoindustrie die folgenden…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Im Kölner Stadt-Anzeiger vom 5./6. August 2017 fanden wir im Artikel "Mangelnde Bodenhaftung" über die Geschichte der Autoindustrie die folgenden…

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Seilwelle

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Mit Hilfe eines Seils lässt sich sehr einfach eine Querwelle (Transversalwelle) erzeugen. Die beiden Diagramme unten zeigen zum einen die…

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Mit Hilfe eines Seils lässt sich sehr einfach eine Querwelle (Transversalwelle) erzeugen. Die beiden Diagramme unten zeigen zum einen die…

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Baderutsche

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Flugbahn von der RutscheEin Kind rutscht im Schwimmbad eine Rutsche hinunter. Es verlässt sie horizontal und…

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Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Flugbahn von der RutscheEin Kind rutscht im Schwimmbad eine Rutsche hinunter. Es verlässt sie horizontal und…

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Arbeit des Herzens

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Clker-Free-Vector-Images auf Pixabay Abb. 1 Vereinfachte Darstellung des Blutkreislaufes im menschlichen Körper.Dein Herz pumpt in jeder…

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Clker-Free-Vector-Images auf Pixabay Abb. 1 Vereinfachte Darstellung des Blutkreislaufes im menschlichen Körper.Dein Herz pumpt in jeder…

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Federpendel

Grundwissen

  • Ein horizontal bewegliches Federpendel mit einem Pendelkörper der Masse \(m\) und einer Feder mit der Federkonstante \(D\) schwingt harmonisch mit der Zeit-Ort-Funktion \(x(t) = \hat{x} \cdot \cos \left( {{\omega} \cdot t} \right)\) mit \({\omega} = \sqrt {\frac{D}{m}}\)
  • Die Schwingungsdauer berechnet sich durch \(T = 2\,\pi \cdot \sqrt {\frac{m}{D}}\); sie ist insbesondere unabhängig von der Amplitude \(\hat{x} \) der Schwingung.

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Grundwissen

  • Ein horizontal bewegliches Federpendel mit einem Pendelkörper der Masse \(m\) und einer Feder mit der Federkonstante \(D\) schwingt harmonisch mit der Zeit-Ort-Funktion \(x(t) = \hat{x} \cdot \cos \left( {{\omega} \cdot t} \right)\) mit \({\omega} = \sqrt {\frac{D}{m}}\)
  • Die Schwingungsdauer berechnet sich durch \(T = 2\,\pi \cdot \sqrt {\frac{m}{D}}\); sie ist insbesondere unabhängig von der Amplitude \(\hat{x} \) der Schwingung.

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Energiebetrachtung bei Harmonischen Schwingungen

Grundwissen

  • Ein allgemeines Kennzeichen für mechanische Schwingungen ist das periodische Hin- und Herpendeln zwischen zwei Energieformen.
  • Bei ungedämpften mechanischen Schwingungen ist die Summe der Energien, die in den beiden Energieformen vorliegen, zeitlich konstant.

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Grundwissen

  • Ein allgemeines Kennzeichen für mechanische Schwingungen ist das periodische Hin- und Herpendeln zwischen zwei Energieformen.
  • Bei ungedämpften mechanischen Schwingungen ist die Summe der Energien, die in den beiden Energieformen vorliegen, zeitlich konstant.

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3. NEWTONsches Gesetz (Wechselwirkungsprinzip)

Grundwissen

  • Kräfte wirken immer wechselseitig. Übt A eine Kraft auf B aus, so übt B eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft auf A aus. Die beiden Kräfte nennt man in diesem Zusammenhang Wechselwirkungskräfte.
  • Wechselwirkungskräfte greifen immer an zwei unterschiedlichen Körpern an.
  • Wechselwirkungskräfte dürfen nicht mit einem Kräftegleichgewicht verwechselt werden.

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  • Kräfte wirken immer wechselseitig. Übt A eine Kraft auf B aus, so übt B eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft auf A aus. Die beiden Kräfte nennt man in diesem Zusammenhang Wechselwirkungskräfte.
  • Wechselwirkungskräfte greifen immer an zwei unterschiedlichen Körpern an.
  • Wechselwirkungskräfte dürfen nicht mit einem Kräftegleichgewicht verwechselt werden.

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Arbeit als Energietransfer

Grundwissen

  • Energie, die mit Hilfe einer Kraft \(\vec F\) längs eines Weges \(\vec s\) zugeführt wird, heißt Arbeit \(W\).
  • Wird an einem System Arbeit verrichtet, so ist \(W>0\), verrichtet ein System Arbeit, so ist \(W<0\).
  • Wird Arbeit unter einem Winkel \(\alpha\) verrichtet, so gilt \(W = |\vec F| \cdot |\vec s| \cdot \cos \left( \alpha \right)\).

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Grundwissen

  • Energie, die mit Hilfe einer Kraft \(\vec F\) längs eines Weges \(\vec s\) zugeführt wird, heißt Arbeit \(W\).
  • Wird an einem System Arbeit verrichtet, so ist \(W>0\), verrichtet ein System Arbeit, so ist \(W<0\).
  • Wird Arbeit unter einem Winkel \(\alpha\) verrichtet, so gilt \(W = |\vec F| \cdot |\vec s| \cdot \cos \left( \alpha \right)\).

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Zentraler elastischer Stoß

Grundwissen

  • Bei einem elastischen Stoß sind der Impuls und die Energie erhalten.
  • Aus den beiden unabhängigen Gleichungen können zwei unbekannte Größen bestimmt werden.
  • Häufig werden Spezialfälle betrachtet, die den Rechenaufwand reduzieren.

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  • Bei einem elastischen Stoß sind der Impuls und die Energie erhalten.
  • Aus den beiden unabhängigen Gleichungen können zwei unbekannte Größen bestimmt werden.
  • Häufig werden Spezialfälle betrachtet, die den Rechenaufwand reduzieren.

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Zentraler vollkommen unelastischer Stoß

Grundwissen

  • Beim vollkommen unelastischen Stoß bewegen sich die Stoßpartner nach dem Stoß mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung.
  • Für die Geschwindigkeit nach dem Stoß gilt: \(v^\prime = \frac{{{m_1} \cdot {v_1} + {m_2} \cdot {v_2}}}{{{m_1} + {m_2}}}\)

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  • Beim vollkommen unelastischen Stoß bewegen sich die Stoßpartner nach dem Stoß mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung.
  • Für die Geschwindigkeit nach dem Stoß gilt: \(v^\prime = \frac{{{m_1} \cdot {v_1} + {m_2} \cdot {v_2}}}{{{m_1} + {m_2}}}\)

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Kraftstoß

Grundwissen

  • Ein äußerer Kraftstoß \(F\cdot \Delta t\) ändert den Impuls \(p\) eines Systems.
  • Dabei gilt: \(\vec{F}\cdot \Delta t=\Delta \vec{p}\)

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  • Ein äußerer Kraftstoß \(F\cdot \Delta t\) ändert den Impuls \(p\) eines Systems.
  • Dabei gilt: \(\vec{F}\cdot \Delta t=\Delta \vec{p}\)

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1. Newtonsches Gesetz (Trägheitsgesetz)

Grundwissen

  • Ein ruhender Körper bleibt in Ruhe, wenn keine äußeren Kräfte auf ihn einwirken.
  • Auch ein in in Bewegung befindlicher Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter, wenn keine äußeren Kräfte auf ihn einwirken.
  • Dieses Verhalten wird im 1. Newtonschen Gesetz beschrieben.
  • Im Alltag wirken häufig Reibungskräfte als äußere Kräfte, die einen in Bewegung befindlichen Körper abbremsen.

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Grundwissen

  • Ein ruhender Körper bleibt in Ruhe, wenn keine äußeren Kräfte auf ihn einwirken.
  • Auch ein in in Bewegung befindlicher Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter, wenn keine äußeren Kräfte auf ihn einwirken.
  • Dieses Verhalten wird im 1. Newtonschen Gesetz beschrieben.
  • Im Alltag wirken häufig Reibungskräfte als äußere Kräfte, die einen in Bewegung befindlichen Körper abbremsen.

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Energieumwandlung

Grundwissen

  • Energie kann zwischen verschiedenen Energieformen umgewandelt werden, z.B. von potentieller in kinetische Energie.
  • Bei einer Umwandlung geht jedoch zumeist ein kleiner Teil nicht in die gewünschte Energieform über und steht anschließend nicht mehr für weitere Umwandlungen zur Verfügung.
  • Finden mehrere Energieumwandlungen hintereinander statt, so werden diese häufig in einem Energieflussdiagrammen dargestellt.

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Grundwissen

  • Energie kann zwischen verschiedenen Energieformen umgewandelt werden, z.B. von potentieller in kinetische Energie.
  • Bei einer Umwandlung geht jedoch zumeist ein kleiner Teil nicht in die gewünschte Energieform über und steht anschließend nicht mehr für weitere Umwandlungen zur Verfügung.
  • Finden mehrere Energieumwandlungen hintereinander statt, so werden diese häufig in einem Energieflussdiagrammen dargestellt.

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