Physik Klasse 10a

-- Woche vom 20.4. --

Liebe Schüler,
wir werfen erstmal einen kurzen Blick zurück. Wir haben gesehen, dass es verschiedenste Energieformen gibt und das Energie nicht erzeugt oder vernichtet, sondern nur umgewandelt werden kann ("Energieerhaltung").
Ein paar Energieformen, die wir als "mechanische Energie" zusammengefasst haben, sind für uns in der Physik am interessantesten, da sie auch eine Berechnung zulassen.

Es gilt:
Mechanische Energie

Um sich die Energieformen und die Umformungen nochmal ins Gedächtnis zu führen, gibt es hier noch ein paar Aufgaben zur Energieerhaltung für euch zum Rechnen.

Hinweis: Versucht bitte überall die Einheiten zu setzen. Wenn dann beim Kürzen in den Einheiten auch die richtige Einheit des Ergebnisses herauskommt, habt ihr schon mal eine kleine Kontrolle.
Es gilt:
    1 N = 1 kg m / s²
    1 J = 1 Nm = 1 kg m² / s²

Aufgabe 1:
Die Feder eines Kugelschreibers hat eine Federkonstante von 2,3 N/cm. Die Feder wird beim Aufsetzen des Kulis um 0,5cm gespannt und der Kuli wird losgelassen. Wie hoch kann der 12g schwere Kuli hüpfen?

Aufgabe 2:
Simon (m=35kg) springt vom 3m-Brett gestreckt ins Schwimmbecken. Mit welcher Geschwindigkeit erreicht er die Wasseroberfläche? Seine Schwester Greta (m=40kg) springt ebenfalls vom 3er. Was gilt für ihre Geschwindigkeit? Begründe.

Aufgabe 3:
Die Mündungsgeschwindigkeit einer alten Flugabwehrkanone beträgt 800 m/s und ihr 10 kg schweres Geschoss erreicht eine Höhe von 5000 m.
a)Wie gross ist die kinetische Energie des Geschosses beim Abflug? 
b)Wie gross ist die potentielle Energie des Geschosses am höchsten Punkt der Bahn? 
c)Wie viel Prozent der Anfangsenergie gehen verloren? 
d)In welche Energieform wir die „verlorene“ Energie umgewandelt?
-> Quelle


So schön wie in den Aufgaben ist das echte Leben natürlich nicht und es werden nicht 100% der Energie komplett umgewandelt. Um bei Diskussionen mitreden zu können, solltest du dir die Definition des folgenden Begriffs anschauen.

Wirkungsgrad:
Der Anteil an Energie der bei einer Energieumwandlung verloren geht, sollte natürlich so gering wie möglich gehalten werden. Um beurteilen zu können, welcher Anteil der zugeführten Energie in die gewünschte Nutzenergie gewandelt wird, hat man den sogenannten Wirkungsgrad eingeführt.
Der Wirkungsgrad ist nichts anderes als der Bruchteil, der nutzbaren Energie an der zugeführten Energie.
Wirkungsgrad = (nutzbare Energie) : (zugeführte Energie)

Beispiel: Kohlekraftwerk
Von jeweils 100 J chemischer Energie der Kohle gibt es bei jeder Umwandlung Verluste. Am Ende erhalten wir 43 J elektrische Energie. Für den Wirkungsgrad gilt:
Wirkungsgrad = (nutzbare Energie) : (zugeführte Energie)
= 43 J / 100 J = 0,43 = 43%


Wirkungsgrad
Aufgabe 4:
Eine Kolbenpumpe fördert 720 l Wasser (1 l = 1 kg) auf eine Höhe von 15 m.
Welche Energie muss der Antriebsmotor aufbringen, wenn die Pumpe einen Wirkungsgrad von 80% besitzt?