Ruhe und geradlinig-gleichförmige Bewegung erkennen, die resultierende Kraft bestimmen und das erste newtonsche Gesetz auf Alltag, Verkehr und Experimente anwenden.
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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Der Bauaufzug
AFB I
Ein Bauaufzug bringt Steine nach oben: Die Kabine hat die Masse K, die Steine haben zusammen die Masse L. Die Kabine fährt mit konstanter Geschwindigkeit senkrecht nach oben; Reibung und die Masse des Seils spielen keine Rolle. Fasse die Kraft FS, mit der das Seil zieht, zu einem einzigen Term in K, L und g zusammen.
Schreibe die Massen mit den Großbuchstaben K und L, den Ortsfaktor mit g, * für mal und Klammern, wo sie nötig sind. Gesucht ist ein Produkt, keine Summe aus zwei Gewichtskräften. Enter prüft ebenfalls.
Konstante Geschwindigkeit nach oben heißt: Der Bewegungszustand ändert sich nicht, also ist die resultierende Kraft null. Die Seilkraft muss die gesamte Gewichtskraft von Kabine und Steinen genau ausgleichen: FS = (K + L) · g. Mehr als die Gewichtskraft braucht es nur beim Anfahren – nicht, um die Fahrt nach oben aufrechtzuerhalten.
Was sagt „konstante Geschwindigkeit“ über die resultierende Kraft auf die beladene Kabine aus?
Die resultierende Kraft ist null, also Seilkraft = Gewichtskraft von Kabine und Steinen: (K+L)*g.
A2
Der steigende Heißluftballon
AFB II
Ein Heißluftballon steigt bei Windstille mit konstant 1,5 m/s senkrecht nach oben. Auf ihn wirken die Gewichtskraft, die Auftriebskraft der warmen Luft und der Luftwiderstand. Ordne diese Situation mit dem Entscheidungsbaum ein.
Beantworte die Fragen des Entscheidungsbaums mit Ja oder Nein und schau, wo du herauskommst.
Tempo und Richtung bleiben gleich, also ändert sich der Bewegungszustand nicht. Kräfte wirken trotzdem – sie heben sich nur auf: Auftriebskraft nach oben = Gewichtskraft + Luftwiderstand nach unten. Die Falle steckt in der letzten Frage: Zum Steigen braucht der Ballon keinen Kraftüberschuss nach oben, nur zum Schneller-Werden. Ein Überschuss würde ihn immer schneller machen.
Gehe die Fragen der Reihe nach durch: Tempo konstant? Richtung konstant? Und dann: Was braucht man für eine Bewegung – oder nur für eine Änderung der Bewegung?
Nein · Nein · Ja · Nein → Die Kräfte heben sich auf, die resultierende Kraft ist null.
A3
Die Bowlingkugel
AFB I
Eine Bowlingkugel rollt nach dem Loslassen mit 6,5 m/s auf der geraden Bahn. Reibung und Luftwiderstand sind so klein, dass du sie vernachlässigen kannst. Bis zum ersten Pin sind es noch 18,3 m. Bestimme die Zeit, bis die Kugel den ersten Pin erreicht, und stelle sie am Regler ein.
Schiebe den Regler auf deine Schätzung — Pfeiltasten bewegen ihn feiner. Nach dem Prüfen siehst du den Trefferbereich.
0 s6 s
Nach dem Loslassen wirkt in Bewegungsrichtung keine Kraft mehr. Nach dem Trägheitsprinzip behält die Kugel ihre Geschwindigkeit bei – sie bewegt sich geradlinig gleichförmig. Damit gilt t = s : v = 18,3 m : 6,5 m/s ≈ 2,8 s.
Welche Bewegungsform hat die Kugel, wenn keine Kraft sie bremst oder antreibt?
Gleichförmig: t = s : v = 18,3 m : 6,5 m/s ≈ 2,8 s.
