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Thema 5 — Bewegungen ​

Drei Bewegungsformen · Physik im Straßenverkehr — alles mit Rechnung

Kapitel ​

Selfcheck ​

  1. Warum ist eine Kreisbewegung beschleunigt, obwohl das Tempo konstant sein kann?
  2. Nenne die drei Bewegungsformen mit je einer Kennformel und einem Beispiel.
  3. Wie sehen s-t-, v-t- und a-t-Diagramm bei gleichförmiger Bewegung aus?
  4. Was ist eine Endgeschwindigkeit, und wie kommt sie zustande?
  5. Unterscheide Newton- und Stokes-Reibung.
  6. Leite die Bremsstrecke SB=v2/(2aB) her.
  7. Warum verdreifacht sich der Anhalteweg bei doppelter Geschwindigkeit (statt sich zu verdoppeln)?
  8. Wie weit kommt man bei 130 km/h allein in der 1 s Reaktionszeit?
  9. Warum ist aB (fast) unabhängig von der Masse des Autos? Was begrenzt aB nach oben?
  10. Warum ist ein Regentropfen aus 2 km Wolkenhöhe nicht tödlich?
  11. Was passiert, wenn man am Mond Hammer und Feder gleichzeitig loslässt — und warum?

§§ANTWORTEN ​

  1. Weil auch eine Richtungsänderung eine Beschleunigung ist: a→=Δv→/Δt≠0, da v→ ständig die Richtung wechselt — selbst bei konstantem Betrag. (§5.1)
  2. Gleichförmig (a→=0, v=s/t; Auto mit Tempomat); gleichmäßig beschleunigt (a= konst., v=at, s=12at2; freier Fall); ungleichmäßig beschleunigt (a zeitabhängig; Fall mit Luftwiderstand). (§5.2)
  3. s-t: ansteigende Gerade (Steigung =v); v-t: waagrechte Linie; a-t: liegt bei null. (§5.2)
  4. Konstante Geschwindigkeit, bei der sich Reibung und Gewichtskraft aufheben, sodass a=0 wird. Da die Reibung mit v wächst, nimmt a ab, bis dieses Gleichgewicht erreicht ist. (§5.2)
  5. Newton-Reibung FR∝v2 (große Geschwindigkeiten, turbulente Strömung); Stokes-Reibung FR∝v (kleine Geschwindigkeiten, laminare Strömung, kleine Körper). (§5.2)
  6. Aus s=12aBt2 und der Bremszeit t=v/aB: Einsetzen ergibt SB=12aB(v/aB)2=v22aB. (§5.3)
  7. Weil nur der Reaktionsweg Sv=vtR linear mit v wächst, die Bremsstrecke SB=v2/(2aB) aber quadratisch — die Summe verdreifacht sich (z. B. 28 m → 84 m). (§5.3)
  8. v=130/3,6≈36,1 m/s, Sv=vtR≈36 m — noch vor dem ersten Bremsen sind ca. 36 m vorbei, deutlich mehr, als die Intuition sagt. (§5.3)
  9. Weil die maximale Bremskraft die Haftreibung Reifen–Fahrbahn ist: FB,max=μmg; eingesetzt in F=ma folgt aB,max=μg — die Masse kürzt sich. Die Obergrenze setzt der Reibungskoeffizient μ (Fahrbahnzustand, Reifen). (§5.3)
  10. Weil der Luftwiderstand mit v wächst, bis er die Gewichtskraft ausgleicht (a=0): Der Tropfen landet mit der Endgeschwindigkeit von nur ca. 7–9 m/s; ohne Luftwiderstand käme er mit 2gh≈200 m/s an. (§5.2)
  11. Beide landen gleichzeitig (Apollo 15, 1971 real vorgeführt): Der Mond hat keine Atmosphäre, also keinen Luftwiderstand — alle Körper fallen mit demselben gMond≈1,62 m/s². (§5.2)