Gleichförmige Kreisbewegung: Übungen – Physik Klasse 11

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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.

Messwerte am Laufrad

AFB I

Fasse jede der drei Größen zu einem einzigen Bruch aus den Messgrößen zusammen. Ein Hamster läuft gleichmäßig in seinem Laufrad (Radius r, Masse des Hamsters m). Lisa stoppt die Zeit t, in der das Rad genau n Umdrehungen macht.

Ziehe die Kärtchen in den Zähler oder den Nenner — oder klicke ein Kärtchen und danach das Feld an. Mehrere Kärtchen in einem Feld werden multipliziert, Ablenker bleiben liegen. Tastatur: Tab zum Kärtchen, ↑ legt es in den Zähler, ↓ in den Nenner, Entf zurück.

Umlaufdauer T =

Frequenz f =

Bahngeschwindigkeit v =

Eine Runde dauert den n-ten Teil der Gesamtzeit: T = t : n. Die Frequenz zählt die Runden pro Sekunde: f = n : t. In einer Runde legt der Hamster den Kreisumfang 2 · π · r zurück, und zwar in der Zeit T – mit v = s : t aus der Kinematik folgt v = 2 · π · r : T. Die Masse m spielt für die Beschreibung der Bewegung keine Rolle.

Überlege für jede Größe in Worten: „Zeit für eine Runde“, „Runden pro Zeit“, „Weg einer Runde pro Zeit einer Runde“.

T = t : n, f = n : t und v = 2 · π · r : T – der Weg einer Runde ist der Kreisumfang 2 · π · r.

Formelzeichen-Memory

AFB I

Ordne jedem Formelzeichen seine Bedeutung mit Einheit zu, indem du die zusammengehörenden Karten aufdeckst.

Decke zwei Karten auf, die zusammengehören. Mit der Tastatur: Tab zur Karte, Enter aufdecken, Pfeiltasten zum Wandern.

T und f sagen, wie oft sich der Körper dreht, v und ω, wie schnell – einmal als Weg, einmal als Winkel je Sekunde. r ist der Radius der Kreisbahn. Die Einheit Hertz bedeutet „pro Sekunde“: 1 Hz = 1 / s, also ein Umlauf in jeder Sekunde.

Zwei Größen beschreiben „wie oft“, zwei „wie schnell“. Achte auf die Einheiten: Eine Zeit wird in s gemessen, eine Strecke in m.

T – Dauer eines Umlaufs (s) · f – Umläufe je Sekunde (Hz) · v – Weg je Sekunde (m/s) · ω – Winkel je Sekunde (1/s) · r – Abstand zum Mittelpunkt (m) · 1 Hz – ein Umlauf pro Sekunde.

Eine Skizze lesen

AFB II

Ordne die Fachbegriffe in die Skizze ein. Sie zeigt ein Modellauto in der Draufsicht, das gleichförmig gegen den Uhrzeigersinn auf einer runden Bahn fährt – blass an seiner Startposition, kräftig ein Stück später.

Ziehe jedes passende Etikett auf seine Markierung — oder klicke erst das Etikett und dann die Markierung. Tastatur: Etikett mit Enter wählen, dann die Ziffer der Markierung drücken; 0 legt es zurück. Nicht jedes Etikett wird gebraucht.

Der blaue Pfeil am Auto zeigt die Geschwindigkeit: Er liegt tangential an der Bahn, nicht entlang des Radius. Die Verbindung Mittelpunkt–Auto ist der Radius. Der orange Bogen auf der Bahn ist der zurückgelegte Weg, der violette Bogen am Mittelpunkt der überstrichene Winkel – beide gehören zum selben Zeitabschnitt. Ein Durchmesser ist nicht eingezeichnet, und die Umlaufdauer ist eine Zeit, die man nicht als Strecke zeichnen kann.

Unterscheide die beiden Bögen: Einer liegt auf der Bahn selbst, der andere direkt am Mittelpunkt. Und: In welche Richtung fährt das Auto in diesem Moment?

Pfeil am Auto = Geschwindigkeit, Linie Mittelpunkt–Auto = Radius, oranger Bogen = zurückgelegter Weg, violetter Bogen = überstrichener Winkel, graue Linie = Kreisbahn.