Kinematik Klausur AFB II – Physik Klasse 11

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Aufgabenblock — AFB II

Hier geht es um Anwenden und Übertragen: Die Aufgaben nennen dir nicht mehr direkt, welche Formel du brauchst. Du musst Gegeben und Gesucht sortieren, Einheiten umrechnen, Bewegungsabschnitte trennen und zwei Formeln zu einer Kette verbinden. Zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Hinweise — nimm sie erst, wenn du wirklich feststeckst. Rechne mit g = 9,81 m/s² und runde auf zwei Nachkommastellen.

ICE auf Höchstgeschwindigkeit

AFB II

Ein ICE beschleunigt aus dem Stand gleichmäßig mit a = 1,2 m/s² auf 342 km/h.

a) Berechne die benötigte Zeit. b) Berechne die dabei zurückgelegte Strecke.

a) t = s

b) s = m

Ansatz: Zuerst umrechnen: 342 km/h : 3,6 = 95 m/s. Dann t = v : a und anschließend s = ½ · a · t².

Rechenweg: t = 95 : 1,2 ≈ 79,17 s; s = ½ · 1,2 · 79,17² ≈ 3760,42 m.

Erwartungshorizont

v = 342 km/h = 95 m/s
t = v : a = 95 m/s : 1,2 m/s² ≈ 79,17 s
s = ½ · a · t² = ½ · 1,2 m/s² · (79,17 s)² ≈ 3760,42 m — also rund 3,8 km.

Beschleunigen aus dem Stand

Anhalteweg auf der Landstraße

AFB II

Ein Auto fährt mit 90 km/h. Die Reaktionszeit beträgt 0,8 s, danach bremst das Auto gleichmäßig mit dem Betrag a = 6 m/s² bis zum Stillstand.

Berechne a) den Reaktionsweg, b) den Bremsweg, c) den Anhalteweg.

a) s_R = m

b) s_B = m

c) s_A = m

Zwei Abschnitte: Während der Reaktionszeit fährt das Auto gleichförmig (s = v · t), danach bremst es gleichmäßig (s = v² : (2a)).

Zahlen: 90 km/h = 25 m/s. s_R = 25 · 0,8 = 20 m; s_B = 25² : 12 ≈ 52,08 m.

Erwartungshorizont

v = 90 km/h = 25 m/s
a) s_R = v · t_R = 25 m/s · 0,8 s = 20 m
b) Bremszeit t = v : a = 25 : 6 ≈ 4,17 s; s_B = ½ · a · t² = v² : (2a) = 625 : 12 m ≈ 52,08 m
c) s_A = s_R + s_B ≈ 72,08 m

Erst gleichförmig, dann gleichmäßig verzögert

Durchschnittsgeschwindigkeit

AFB II

Ein Auto fährt eine Strecke hin mit 60 km/h und dieselbe Strecke zurück mit 90 km/h. Berechne die Durchschnittsgeschwindigkeit für Hin- und Rückweg.

v̄ = km/h

Achtung Falle: Der Mittelwert 75 km/h ist falsch, weil das Auto auf dem langsamen Teil länger unterwegs ist. Durchschnitt heißt: Gesamtstrecke durch Gesamtzeit.

Rechenweg: Nimm z. B. 180 km je Richtung: hin 3 h, zurück 2 h. v̄ = 360 km : 5 h. Allgemein: v̄ = 2 v₁ v₂ : (v₁ + v₂).

Erwartungshorizont

v̄ = Gesamtstrecke : Gesamtzeit. Mit 180 km je Richtung: t_hin = 3 h, t_zurück = 2 h.
v̄ = 360 km : 5 h = 72 km/h
Allgemein: v̄ = 2 · 60 · 90 : (60 + 90) km/h = 72 km/h — nicht 75 km/h.

Gleiche Strecken, verschiedene Zeiten

Wie war es?

Wie sicher fühlst du dich nach diesen 10 Aufgaben?