Mechanik - Kraft, Arbeit, Energie und Leistung, Physikübungen

Zusammenhänge zwischen Kraft, Energie, Arbeit und Leistung in Formeln und Einheiten, Verwendung von Fachsprache und Abgrenzung zur Alltagssprache - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig) - 66 Aufgaben in 7 Levels

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    Kraft

    Beschreibung: Wirkt von einem Körper auf einen anderen. Kann den Körper z.B. beschleunigen oder verformen.
    Ist das Produkt aus Masse \(m\) und Beschleunigung \(a\).
    Formelzeichen:  \(F\)   ("force")
    Formel: \(F=m\cdot a\)   (Betrag der Kraft)
    Basiseinheit: Newton
    \(\mathrm{kg\cdot\dfrac{m}{s^2}=N}\)


    Arbeit

    Beschreibung: Arbeit wird verrichtet, wenn sich die Energie durch Wirkung einer Kraft verändert.
    Ist das Produkt aus Kraft \(F\) und Strecke \(\Delta s\).
    Formelzeichen:  \(W\)   ("work")
    Formel: \(W=F\cdot \Delta s\)
    Basiseinheit: Joule
    \(\mathrm{kg\cdot \dfrac{m}{s^2}\cdot m=Nm=J}\)


    Energie

    Beschreibung: Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. "Gespeicherte" Arbeit.
    Energieunterschied \(\Delta E\) ist gleich Arbeit \(W\).
    Formelzeichen:  \(E\)   ("energy")
    Formel: \(\Delta E=W\)
    Basiseinheit: Joule
    \(\mathrm{kg\cdot \dfrac{m}{s^2}\cdot m=Nm=J}\)


    Leistung

    Beschreibung: Verrichtete Arbeit pro Zeit.
    Ist der Quotient aus Arbeit \(W\) und Zeitspanne \(\Delta t\).
    Formelzeichen:  \(P\)   ("power")
    Formel: \(P=\dfrac{W}{\Delta t}\)
    Basiseinheit: Watt
    \(\mathrm{\dfrac{J}{s}=W}\)

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Aufgabe

Aufgabe 1 von 6 in Level 7
  • Leite die Basiseinheit von der Formel ab.

    • Formel für die (konstante) Geschwindigkeit:
    \(v=\dfrac{\Delta s}{\Delta t}\)


    Hinweis: Statt \(\Delta s\) verwendet man auch \(\Delta x\).

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Stoff zum Thema

Kraft

Beschreibung: Wirkt von einem Körper auf einen anderen. Kann den Körper z.B. beschleunigen oder verformen.
Ist das Produkt aus Masse \(m\) und Beschleunigung \(a\).
Formelzeichen:  \(F\)   ("force")
Formel: \(F=m\cdot a\)   (Betrag der Kraft)
Basiseinheit: Newton
\(\mathrm{kg\cdot\dfrac{m}{s^2}=N}\)


Arbeit

Beschreibung: Arbeit wird verrichtet, wenn sich die Energie durch Wirkung einer Kraft verändert.
Ist das Produkt aus Kraft \(F\) und Strecke \(\Delta s\).
Formelzeichen:  \(W\)   ("work")
Formel: \(W=F\cdot \Delta s\)
Basiseinheit: Joule
\(\mathrm{kg\cdot \dfrac{m}{s^2}\cdot m=Nm=J}\)


Energie

Beschreibung: Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. "Gespeicherte" Arbeit.
Energieunterschied \(\Delta E\) ist gleich Arbeit \(W\).
Formelzeichen:  \(E\)   ("energy")
Formel: \(\Delta E=W\)
Basiseinheit: Joule
\(\mathrm{kg\cdot \dfrac{m}{s^2}\cdot m=Nm=J}\)


Leistung

Beschreibung: Verrichtete Arbeit pro Zeit.
Ist der Quotient aus Arbeit \(W\) und Zeitspanne \(\Delta t\).
Formelzeichen:  \(P\)   ("power")
Formel: \(P=\dfrac{W}{\Delta t}\)
Basiseinheit: Watt
\(\mathrm{\dfrac{J}{s}=W}\)

Beispiel 1
„Der Motor hat ganz schön viel Kraft, fast \(110\ \mathrm{kW}\)“ staunt Jakob. Adrian rollt mit den Augen und entgegnet ihm: „Du meinst wohl , denn dazu passt die Einheit Kilowatt.“
Beispiel 2
Erkläre in ganzen Sätzen, was der fett markierte Begriff in der beschriebenen Alltagssituation bedeutet. Erkläre danach in Fachsprache, was er in der Physik bedeutet.

Sophia erzählt ihrer Freundin: „Heute hat mich meine Chefin endlich mal gelobt! Das hat mir richtig Energie gegeben weiterzumachen!“
Beispiel 3
Bei der Lösung der Aufgabe ist dem Schüler ein Fehler passiert. Wähle die erste falsche Zeile aus.

Aufgabe:
Leite die Basiseinheit der Gewichtskraft \(F_G\) von ihrer Formel ab:
\(F_G=m\cdot g\)

Schülerlösung:
▇\(m\) ist die Masse
▇und hat die Basiseinheit Kilogramm \(\mathrm{kg}.\)
▇\(g\) ist die Geschwindigkeit
▇und hat die Basiseinheit "Meter pro Sekunde" \(\mathrm{\dfrac{m}{s}}.\)
▇Multipliziert man die Einheiten wie in der Formel erhält man:
▇\(\mathrm{kg\cdot \dfrac{m}{s}}\)
▇\(=\mathrm{\dfrac{kg \cdot m}{s}}\)
▇\(=\mathrm{Ns}\)
▇Die Basiseinheit lautet daher "Newtonsekunden".
Beispiel 4
Leite die Basiseinheit von der Formel ab.

Formel für die Höhenenergie:
\(E_H=m\cdot g\cdot h\)