13.3 Berechnungen für eindimensionale Bewegungen, Physikübungen

Das zweite Newtonsche Gesetz - Lehrwerk "Physik" CCBuchner - 11 Aufgaben in 3 Levels

Hilfe
  • Beispiel
    Zu diesem Aufgabentyp gibt es eine passende Beispiel-Aufgabe:
  • Hilfe zum Thema

    Wenn auf einen Körper der Masse \(m\) in der Zeitspanne \(\Delta t\) eine Kraft mit dem Betrag \(F\) wirkt, so kommt es bei diesem zu einer Geschwindigkeitsänderung mit dem Betrag \(\Delta v\). Dabei gilt die newtonsche Bewegungsgleichung (auch zweites newtonsches Gesetz genannt):

    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(F\cdot\Delta t=m\cdot\Delta v\)}\)
  • Weitere Hilfethemen

Aufgabe

Aufgabe 1 von 4 in Level 2
  • Berechne und argumentiere mithilfe der newtonschen Bewegungsgleichung.
  • Zwischenschritte aktiviert
    • Sina schiebt im Supermarkt mit einer Kraft von 
    24
     
    N
     den zunächst leeren Einkaufswagen mit einer Masse von 
    20
     
    kg
     an. Dabei beschleunigt sie ihn aus dem Stillstand auf 
    1,3
     
    m
    s
    .
     Berechne die Zeitspanne, die sie dafür benötigt. 
    Im Fall des leeren Einkaufswagens: 
    Δt
     
    ≈
     
    		 ▉ 
     
    s
    Begründe ohne weitere Rechnung, wie lange sie bräuchte, um bei gleicher "Anstrengung" einen vollen, 
    40
     
    kg
     schweren Einkaufwagen entsprechend in Bewegung zu setzen:
    In der Gleichung 
    F
    ·
    Δt
    =
    m
    ·
    Δv
     würden gleich bleiben. Wegen der des Einkaufwagens würde sich die rechte Seite der Gleichung und damit auch die linke Seite. Dort müsste sich also  
    Im Fall des vollen Einkaufswagens: 
    Δt
     
    ≈
     
    		 ▉ 
     
    s
    Schritt 1 von 3
    Wähle aus, mit welchem der folgenden Terme 
    Δt
     berechnet werden kann.
     
    Δt
    =
    m
    ·
    Δv
    ·
    F
     
    Δt
    =
    F
    m
    ·
    Δv
     
    Δt
    =
    F
    m
    ·
    Δv
     
    Δt
    =
    m
    ·
    Δv
    F
Beispiel
Beispiel-Aufgabe
Hilfe
Hilfe
Notizfeld
Notizfeld
Tastatur
Tastatur für Sonderzeichen
Kein Textfeld ausgewählt! Bitte in das Textfeld klicken, in das die Zeichen eingegeben werden sollen.
Lösung
Achtung
Du hast noch keinen eigenen Lösungsversuch gestartet. Sobald du auf »Lösung anzeigen« klickst, gilt der Zwischenschritt als nicht gelöst und die Bewertung deiner Leistung für diese Aufgabe verschlechtert sich. Tipp: Schau dir vor dem Anzeigen der Lösung die Beispiel-Aufgabe zu diesem Aufgabentyp an.
Stoff zum Thema
Die Kraft \(F\) beschreibt eine Einwirkung eines Körpers auf einen anderen Körper. Sie besitzt die folgenden Eigenschaften:
  • Ihre Stärke (auch Betrag der Kraft genannt) …
    … ergibt sich im Fall einer durch sie verursachten Bewegungsänderung aus:
    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(F=m\cdot\dfrac{\Delta v}{\Delta t}\)}\)
  • Entsprechend ist die Einheit der Kraft …
    … \(1~\mathrm{\dfrac{kg~m}{s^2}}\) und wird mit 1 Newton \(= 1~\mathrm N\) bezeichnet. 1 Newton ist zum Beispiel die Kraft, mit der man die Geschwindigkeit eines \(1~\mathrm{kg}\) schweren Körpers innerhalb von \(1~\mathrm{s}\) um \(1~\mathrm{\dfrac ms}\) verändern kann.
  • Zudem besitzt jede Kraft eine Richtung, …
    … die mit der Richtung der Geschwindigkeitsänderung übereinstimmt,
  • und einen Angriffspunkt, …
    … der angibt, an welchem Punkt eines Körpers die Kraft ansetzt (siehe spätere Erläuterungen unter Mechanik - Kräfte).
Beispiel
Ein 
150
 
g
 schwerer Apfel fällt von einem Baum. Innerhalb von 
1,1
 
s
 erreicht er eine Geschwindigkeit von 
39
 
km
h
.
 Berechne die während des Fallens wirkende Kraft.

Wenn auf einen Körper der Masse \(m\) in der Zeitspanne \(\Delta t\) eine Kraft mit dem Betrag \(F\) wirkt, so kommt es bei diesem zu einer Geschwindigkeitsänderung mit dem Betrag \(\Delta v\). Dabei gilt die newtonsche Bewegungsgleichung (auch zweites newtonsches Gesetz genannt):

\(\colorbox{#E8EFF5}{\(F\cdot\Delta t=m\cdot\Delta v\)}\)
Beispiel
Lilli spielt Volleyball im Verein. Ihr ist aufgefallen, dass ihre Unterarme vom "Baggern" (unteren Zuspiel) des 
250
 
g
 schweren Volleyballs nach dem Training oft wehtun. Beim "Pritschen" (oberen Zuspiel) spürt sie an den Händen hingegen kaum etwas. Der Trainer erklärt ihr, das sei ganz normal, weil beim "Baggern" der Kontakt zwischen Ball und Unterarm sehr kurz dauern würde, zum Beispiel nur 
20
 
ms
. Beim "Pritschen" hingegen könnte die Kontaktzeit durchaus auch 
80
 
ms
 dauern.
Lilli möchte es genauer wissen und interessiert sich für die Kraft, die beim "Baggern" auf den 
18
 
m
s
 schnellen Ball wirken müsste, um ihn mit der gleichen Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtung zurückzuspielen. Berechne diese!
Begründe außerdem ohne weitere Rechnung, welche Kraft beim "Pritschen" auf den Ball wirken müsste.