Dieter Bangert

Lösungen zu den Fragen und Aufgaben zu „Physik und Umwelt 1“

Fragen und Aufgaben „Physik und Umwelt 1“ Katalog von 150 Fragen im Antwort-Wahl-Verfahren

Anja Bäcker (F1 Online)

Dieter Bangert

Lösungen zu den Fragen und Aufgaben zu „Physik und Umwelt 1“

Frage 1A.1 Welche Dichte (gerundet) besitzt ein 100 m langer Draht mit einem Durchmesser von 2 mm, wenn seine Masse m = 2,796 kg beträgt? □

ρ = 8,9 kg / m 3

□

ρ = 890 kg / m 3

□

ρ = 2225 kg / m 3

□x

ρ = 8900 kg / m 3

□

ρ = 2,2 kg / m 3

Frage 1A.2 Geben Sie einen Vorgang mit der Zeitdauer ∆t = 0,75 ps in Exponentialschreibweise an! □

7,5 ⋅ 10 −10 s

□

7,5 ⋅ 10−11 s

□

7,5 ⋅ 10 −12 s

□x

7,5 ⋅ 10 −13 s

□

7,5 ⋅ 10 −14 s

Frage 1A.3 Geben Sie den Winkel α = 2,15136 rad im Gradmaß in Grad, Minuten und Sekunden an. Die Winkelsekunden sind dabei durch Rundung als ganze Zahlen anzugeben! □ □ □ □ □ □x

α = 2°15’ 136’’ α = 246,527° α = 246°52’7’’ α = 123°26’38’’ α = 123,1550° α = 123°15 ' 50 ' '

Frage 1A.4 Geben Sie den Winkel α = 123° 45 ' 20 ' ' im Bogenmaß an. □

α = 123,4520 rad

□

α = 123,4520 °

□

α = 2,15994 °

□x

α = 2,15994 rad

□

α = 4,31988 rad

Dieter Bangert

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Frage 1A.5 Welche Größen sind Skalare? Kraft Geschwindigkeit Beschleunigung Dichte Stoffmenge Teilchenzahl

□ □ □ □x □x □x

Frage 1A.6 Welche Aussage trifft nicht zu? Im internationalen Einheitensystem (SI) ist als Basisgröße eingeführt Masse elektrische Ladung Stoffmenge Zeit Temperatur

□ □x □ □ □

Frage 1A.7 Welche der folgenden Beziehungen trifft nicht zu? □

1 nm = 10 −9 m

□

1 GW = 10 9 W

□

1 kg = 10 3 g

□x

1 mA = 10 3 A

□

1ps = 10 −12 s

Frage 1A.8 Welche physikalische Größe ist ein Vektor? □ □ □ □x □

Arbeit Temperatur Druck Kraft Zeit

Frage 1A.9 Welche Größen sind Skalare? □x □ □ □x □ □x

Frequenz Geschwindigkeit Beschleunigung Druck Kraft Volumen

Dieter Bangert

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Frage 1A.10 Welche Aussage trifft zu? Im internationalen Einheitensystem (SI) ist als Basisgröße eingeführt Dichte elektrische Stromstärke Fläche Entropie Dioptrie

□ □x □ □ □

Frage 1A.11 Welche der folgenden Beziehungen trifft nicht zu? 1 nm = 10 − 9 m 1 mm = 10 3 µm 1 MW = 10 9 W 1 kg = 10 3 g 1ps = 10 −12 s

□ □ □x □ □

Frage 1A.12 Wie lautet der Winkel ϕ =105° im Bogenmaß? □ □ □ □ □x

ϕ =105 rad ϕ =0,9163 rad ϕ =0,9163 rad ϕ =3,6652 rad ϕ =1,8326 rad

Frage 1A.14 Gegeben seien zwei feste Punkte A und B im Raum. Für die physikalischen Größen Länge (Abstand zwischen A und B) und Weg (von A nach B) gelten folgende zwei Aussagen: □ □x □x □ □

sie unterscheiden sich nur semantisch durch die Wortwahl, nicht aber physikalisch sie haben die gleiche Basiseinheit sie sind betragsmäßig gleich die Länge ist eine vektorielle Größe der Weg ist eine skalare Größe

Frage 1A.15 Welche physikalische Größe ist ein Skalar? □ Beschleunigung □

Kraft

□ x Druck

□ Weg

□ Impuls

Dieter Bangert

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Frage 1A.16 Welche physikalischen Größen sind Skalare? □ Beschleunigung □ Impuls

□ x Druck □ Kraft

□ Geschwindigkeit □ x Stoffmenge

Frage 1A.17 Welche Masse ist gleich 10 µ g? □ 10−6 kg

□ 10−7 kg

□ x 10−8 kg

□ 10−9 kg

□ 10−10 kg Frage 1A.18 Welche physikalischen Größen sind Skalare? □ Beschleunigung

□ x Frequenz

□ Geschwindigkeit

□ x Volumenstromstärke

□

Kraft

□ x Temperatur

Frage 1A.19 Welche Dichte in der SI-Einheit kg/m³ hat eine Flüssigkeit, wenn 250 mL davon 197,8 g wiegen? □ □ □ □ □x □

7,91 g/cm³ 0,791 g/cm³ 7,91 kg/m³ 0,791 kg/m³ 791 kg/m³ 79,1 kg/m³

Frage 1A.20 Welche der folgenden Größen ist eine Basisgröße im SI-System? □ Volumen

□ Dichte

□ elektrische Spannung

□ Geschwindigkeit □ x Temperatur

Frage 1A.21 Welche Aussage über die Definition der Kelvin-Temperaturskala trifft zu? □ □ □x

Die Kelvin-Skala besitzt zwei Fixpunkt: ϑ = 0 °C und ϑ = 100 °C Die Kelvin-Skala besitzt einen Fixpunkt: T = 0 K Die Kelvin-Skala besitzt einen Fixpunkt: TT = 273,16 K

□ □

Die Kelvin-Skala besitzt drei Fixpunkte: T = 0 K, T = 273,15 K und T = 373,15 K Die Kelvin-Skala besitzt als Absoluttemperaturskala keinen Fixpunkt

Dieter Bangert

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Frage 1A.22 Rechnen Sie den Winkel ϕ = 0,03624 rad in das Gradmaß um! □ □ □x □

ϕ ϕ ϕ ϕ

= 0,03624° = 2,0764 rad = 2,0764° = 4,1528°

Frage 1A.23 Rechnen Sie den Winkel ϕ = 164°35’18’’ in das Bogenmaß um! □ □ □ □x □

ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

= 164,5883° = 164,3518 rad = 164,5883 rad = 2,8726 rad = 5,7452 rad

Frage 1A.24 Wie viel Gramm sind 0,26 t? □ □ □ □x □ □

260 kg 26 kg 2600 kg 260000 g 26000 g 2600000 g

Frage 1A.25 Wie viel Quadratmeter sind 25600 mm²? A = 2,56 m² A = 25,6 m² A = 0,256 m² A = 0,0256 m² A = 0,00256 m²

□ □ □ □x □ Frage 1A.26

Ein Volumen von 3,85 m³ soll in Kubikzentimeter angegeben werden! □x

V = 3,85 ⋅ 106 cm3

□

V = 3,85 ⋅ 109 cm3

□

V = 3,85 ⋅ 103 cm3

□

V = 3,85 ⋅ 101 cm3

□

V = 3,85 ⋅ 100 cm3

Dieter Bangert

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Frage 1A.27 Ein Volumen von 3,85 m³ soll in Kubikmillimeter angegeben werden! □

V = 3,85 ⋅ 106 mm3

□x

V = 3,85 ⋅ 109 mm3

□

V = 3,85 ⋅ 103 mm3

□

V = 3,85 ⋅ 1012 m3

□

V = 3,85 ⋅ 101 mm3

Frage 1A.28 Wie groß ist der Durchmesser eines Kreises mit einer Fläche von 2,35 m²? □ □x □ □ □

d = 3,46 m d = 1,73 m d = 17,30 m d = 0,173 m d = 0,0865 m

Frage 1A.29 Wie groß ist der Außendurchmesser D eines Kreisrings mit A = 1 950 cm²; d = 30,2 cm? □x □ □ □ □

D = 58,26 cm D = 252,7 cm D = 5,826 cm D = 0,5826 cm D = 12,635 cm

Frage 1A.30 Ein zylindrischer Körper besitzt eine Höhe h = 945,0 mm und einen Durchmesser d = 22,5 cm. Wie groß ist seine Oberfläche Ao? □ □ □x □ □

Ao = 74,75 m² Ao = 74,75 cm² Ao = 74,75 dm² Ao = 74,75 mm² Ao = 747,5 cm²

Frage 1A.31 Eine Kugel hat ein Volumen von 39,8 cm³. Welchen Radius r muss diese Kugel haben? □ □ □ □x □

r= r= r= r= r=

4,24 cm 1,06 cm 2,12 dm 2,12 cm 2,12 mm

Dieter Bangert

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Frage 1A.32 Ein Metallzylinder ist 9,00 cm hoch, hat einen Durchmesser von 25,5 mm und wiegt 520 g. Welche Dichte hat das Metall in der Einheit kg/m³?

ρ ρ ρ ρ ρ ρ

□x □ □ □ □ □

= 11310 kg/m³ = 11,31 g/cm³ = 113,1 g/cm³ = 1131 g/cm³ = 0,1131 g/cm³ = 1131 kg/m³

Frage 1A.33 Geben Sie die Zeitdauer (min) an. □ □ □x □

∆t = 2,40 h in Stunden (h) und Minuten

2h 40min 160 min 2h 24min 2h 40/100 min

Frage 1A.34 Ein Massenpunkt führt harmonische Schwingungen mit der Frequenz 10 kHz aus. Bestimmen Sie die Anzahl n der Schwingungen je Minute. □ □ □ □ □x

n = 10000 min −1 n = 6000 min −1 n = 60000 min −1 n = 6 min −1 n = 600000 min −1

T = 100 µs = 1 ⋅ 10 −4 s

n=

60 s 60 s = − 4 600000 min −1 T 10 s

Frage 1A.35 Welche Antwort trifft zu? Ein Quarzkristall schwingt mit f = 20 kHz. Wie groß ist seine Schwingungsdauer?

□ 0,5 s □ 0,0005 s

□ 0,05 s

□ 5 µs

□ x 50 µ s

Dieter Bangert

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Frage 1A.36 Geben Sie den Winkel α = 0,4467316 rad im Gradmaß in Grad, Minuten und Sekunden an. Die Winkelsekunden sind dabei durch Rundung als ganze Zahlen anzugeben.

□ □x □ □ □ □

0,4467316° 25° 35’ 45’’ 25,3545° 25,3545 rad 51,19167° 51° 11’ 30’’

Frage 1A.37 Ein Großkraftwerk speist im Laufe eines Jahres eine elektrische Energie von E el = 25 PJ ins Netz ein. Geben Sie diese Energie in Exponentialschreibweise an!

□

2,5 ⋅1014 J

□

2,5 ⋅1015 J

□x

2,5 ⋅1016 J

□

2,5 ⋅1017 J

□

2,5 ⋅1018 J

Frage 1A.38 Geben Sie den Winkel α = 2,15413 rad im Gradmaß in Grad, Minuten und Sekunden an. Die Winkelsekunden sind dabei durch Rundung als ganze Zahlen anzugeben!

□x □ □ □ □ □

α = 123°25 ' 40 ' ' α = 123,2540 ° α = 2,15413 ° α = 2°15 ' 41' ' α = 246,508° α = 246°30 ' 29 ' '

Frage 1A.39 Geben Sie den dezimalen Winkel im Gradmaß α = 38,65° in Grad und Winkelminuten an!

□ □

α = 38,65° α = 38,65 rad

□ □x □

α = 38°65' α = 38°39' α = 38°6'5' '

Dieter Bangert

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Frage 1B.1 Ist die Anzahl der Atome in einem Kilogramm Beryllium im Vergleich mit der entsprechenden Anzahl in einem Kilogramm Aluminium größer, kleiner oder gleich?

□x □ □ □

größer kleiner gleich ist nur bei Kenntnis des Aggregatzustandes entscheidbar

Frage 1B.2 Isotope Nuklide eines gegebenen eines Elements unterscheiden sich in der (1) Protonenzahl (2) Neutronenzahl (3) Elektronenzahl (4) Nukleonenzahl (Massenzahl)

□ □ □ □ □x

nur 1 ist richtig nur 2 ist richtig nur 2 und 3 sind richtig nur 1 und 4 sind richtig nur 2 und 4 sind richtig

Frage 1B.3 Eine Quarzuhr gehe in einem Monat 24 s nach. Wie groß ist etwa der relative Fehler der Ganggenauigkeit?

□x

1 ⋅ 10 −5

□

1 ⋅ 10 −4

□

1 ⋅ 10 −3

□

3 ⋅ 10 −3

□

1 ⋅ 10 −2

Frage 1B.4 Welcher Unterschied besteht zwischen den beiden stabilen Silber109 Nukliden 107 47 Ag und 47 Ag ?

□ □ □ □x □

Ihre Kernladungszahl ist verschieden Ihre Elektronenzahl ist verschieden Ihre Massenzahl ist gleich Ihre Neutronenzahl ist verschieden Beide Nuklide sind Silberisotope.

Dieter Bangert

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Frage 1B.5 In der folgenden Tabelle sind die Wasserstoff-Isotope aufgeführt. Ergänzen Sie zeilenweise die fehlenden Zahlen, die zur vollständigen Charakterisierung der genannten Isotope erforderlich sind.

Isotop

Z 1

A 1

N 0

2 H 1

1

2

1

3 H 1

1

3

2

1 H 1

Frage 1B.6 Ist die Anzahl der H2 O -Moleküle in 1 kg Eis (Wasser im festen Zustand) im Vergleich mit der entsprechenden Anzahl der CO 2 -Moleküle in 1 kg Trockeneis (festes Kohlendioxid) größer, kleiner oder gleich?

□x □ □ □

größer kleiner gleich ist nur bei Kenntnis des Aggregatzustandes entscheidbar

Frage 1B.7 Die Atome des Nuklids (1) (2) (3) (4) (5)

□ □ □ □ □ □x

14 6C

haben

6 Protonen 8 Neutronen 14 Elektronen 8 Protonen 14 Nukleonen nur (1) ist richtig nur (2) ist richtig nur (1) und (2) sind richtig nur (1) und (3) sind richtig (1), (2) und (3) sind richtig (1), (2) und (5) sind richtig

Frage 1B.8 Eine Versuchsreihe zur Längenmessung liefert nach statistischer Auswertung der Messdaten folgende Rechenergebnisse: x = 2,63237 m und sm = 0,00187 m. Die korrekte Angabe des Messergebnisses mit absolutem Fehler lautet:

□ □ □ □x □

x x x x x

= (2,63237 ± 0,00187) m = (2,632 ± 0,00187) m = (2,63237 ± 0,002) m = (2,632 ± 0,002) m = (2,6324 ± 0,0019) m

Frage 1B.9 3

3

Die Nuklide Tritium H und Helium He (1) haben die gleiche Zahl von Nukleonen (2) sind Isotope (3) besitzen eine unterschiedliche Zahl von Elektronen nur 1 ist richtig nur 1 und 2 sind richtig nur 2 und 3 sind richtig

□ □ □

□ □x □

nur 3 ist richtig nur 1 und 3 sind richtig 1, 2 und 3 sind richtig

Frage 1B.10 Die Dichte von Wasser ( H 2 O ) bei ϑ = 20 °C beträgt ρ H2O = 1000 kg / m 3 . Geben Sie eine physikalisch begründete Abschätzung für die zu erwartende Dichte von schwerem Wasser ( D 2 O ) bei ϑ = 20 °C an!

□

ρ D2O ≈ 1000 kg / m 3

□

ρ D2O ≈ 2000 kg / m 3

□x

ρ D2O ≈ 1110 kg / m 3

□

ρ D2O ≈ 2220 kg / m 3

□

Lässt sich mit den vorhandenen Daten nicht abschätzen

Hinweis:

ρD2O ∝ Mr (D2O)

ρH2O ∝ Mr (H2O)

ρD2O =

Mr (D2O) ρ Mr (H2O) H2O

ρD 2O ≈ 1111 kg/m³ Messwert: 1105 kg/m³

Frage 1B.11 In der unten aufgeführten Tabelle sind zwei Nuklide unterschiedlicher Elemente aufgeführt. Ergänzen Sie die fehlenden Daten der vier grau unterlegten Felder.

Elementsymbol Ca Zn

Z 20 30

N 20 34

A 40 64

Frage 1B.12 Ist die Anzahl der Atome (bzw. Ionen) in 1 kg Aluminium im Vergleich mit der entsprechenden Anzahl der Atome in 1 kg Eisen größer, kleiner oder gleich?

□ x größer

□ kleiner

□ gleich

□ ist nur bei Kenntnis des Aggregatzustandes entscheidbar

12

Frage 1B.13 Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan mit der chemischen Summenformel CH 4 . Geben Sie die relative Molekülmasse M r von Methan an.

□

M r = 10

□

Mr = 10 mol

□x

Mr = 16

□

Mr = 16 g/mol

□

Mr = 16 u

Frage 1B.14 Geben Sie die molare Masse des molekularen Gases Sauerstoff an.

□ □ □ □ □ □x

8 16 32 16 g/mol 32 mol 32 g/mol

Frage 1B.15 Geben Sie die molare Masse des Metalls Blei an.

□ □ □ □ □x

82 82 g/mol 207,2 207,2 mol 207,2 g/mol

Frage 1B.16 Wie viele Teilchen beinhalten 22 g Kohlendioxid?

□ □

N ≈ 22 N ≈ 22 ⋅ 10 23

□x

N ≈ 3 ⋅ 10 23

□

N ≈ 6 ⋅ 10 23

□ □

N ≈ 6,3 ⋅ 10 23 Angabe erfordert Kenntnis des Aggregatzustandes

13

Frage 2A.1 8

Licht breitet sich mit der konstanten Geschwindigkeit c = 3,0·10 m/s aus. Welche Zeitdauer ∆t braucht das Licht auf dem Weg von der Sonne zur Erde, wenn der Abstand etwa 150 Millionen Kilometer beträgt?

□ □ □ □ □x □

∆t ∆t ∆t ∆t ∆t ∆t

= 5s = 50 s = 5 min = 50 min = 8,33 min = 500 min

Frage 2A.2 Zu einer geradlinigen Bewegung gehört das rechts abgebildete Zeit-Weg-Diagramm mit 5 Teildiagrammen.

Berechnen Sie die Geschwindigkeit v 3 im 3. Teildiagramm. □ 2,5 km/h □ 5,0 km/h □x 0 km/h □ -7,14 km/h □ -5,0 km/h

Frage 2A.3

Ein Schiff wird von zwei Schleppern gezogen. Beide Schlepper ziehen mit einer Kraft vom Betrag von jeweils 180 kN unter einem Winkel von 15° zur Fahrtrichtung. Wie groß ist der Betrag der resultierenden Kraft FR aus F1 und F2 ?

□x

FR = 350 kN

□

FR = 350 ⋅ 10 3 14

□

FR = 180 kN

□

FR = 360 ⋅ 10 3

□

FR = 360 kN

□

FR = 90 kN

Frage 2A.4 Durch welche der graphischen Darstellungen wird die Weg-Zeit-Funktion s(t) einer gleichförmigen Bewegung richtig skizziert?

s

s

0

t

0

t

s

s

0

t

0

t

Hinweis: s( t ) = s 0 + v 0 t (obere Reihe rechts)

Frage 2A .5 Eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung

□ □ □ □x □

ist im Weg-Zeit-Diagramm ein linearer Graph führt ein Körper aus, wenn keine Kraft auf ihn einwirkt ist durch eine gleichförmig zunehmende Beschleunigung zu erreichen ist im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm ein linearer Graph ist durch eine konstante Geschwindigkeit gekennzeichnet.

Frage 2A.6 Ein Körper bewegt sich nach abgebildeter Weg-Zeit-Kurve

15

Weg

G

e ad r e

t2

t1

Zeit

t3

t4

Markieren Sie die beiden richtigen Antworten!

□ □ □x □ □x □

Zum Zeitpunkt t3 ist die Geschwindigkeit kleiner als zum Zeitpunkt t4. Zum Zeitpunkt t1 ist die Geschwindigkeit größer als zum Zeitpunkt t2. Im Zeitintervall zwischen t1 und t4 ist die mittlere Geschwindigkeit kleiner als die maximale Geschwindigkeit. Die Beschleunigung ist im Zeitintervall zwischen t3 und t4 positiv. Die mittlere Beschleunigung verschwindet im Zeitintervall zwischen t2 und t 3 ( a = 0 ).. Die Weg-Zeit-Kurve zeigt eine Bewegung mit monoton zunehmender Geschwindigkeit.

Frage 2A.7 Die Beschleunigung eines sich geradlinig bewegenden Objektes kann bestimmt werden aus

□ □ □x □

der Steigung des Weg-Zeit-Diagrammes der Fläche unter dem Weg-Zeit-Diagramm der Steigung des Geschwindigkeit-Zeit-Diagrammes der Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm

Frage 2A.8 Die folgende Abbildung zeigt vier Weg-Zeit-Diagramme. Markieren Sie 3 richtige Aussagen. 4

s

3 2 s0

0

□x □ □x □ □x

1

t

Die Kurven 2, 3, und 4 beschreiben gleichförmige Bewegungsvorgänge Alle Kurven beschreiben gleichmäßig beschleunigte Bewegungen a ≠ 0 Kurve 4 beschreibt die Bewegung mit der größten Geschwindigkeit Kurve 4 beschreibt die Bewegung mit der kleinsten Geschwindigkeit Kurve 1 beschreibt einen Vorgang mit der Geschwindigkeit v 1 = 0 .

16

Frage 2A.9 Gegeben sei folgendes Weg-Zeit-Diagramm:

s

0

t

Welches der aufgeführten Geschwindigkeits-Zeit-Diagramme gehört zum obigen Weg-Zeit-Diagramm? v

v

0

0

t

v

t

v

0

0

t

t

Untere Reihe rechts

Frage 2A.10 In dem dargestellten Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm sind 4 verschiedene Kurven skizziert. Markieren Sie die richtigen Aussagen! v

v1 (t)

a1

v2 (t)

a2 v0

a3

v3 (t) a4 v4 (t)

0

t

□

Alle vier Kurven stellen ungleichmäßig beschleunigte Bewegungen dar.

□

Alle vier Kurven stellen gleichförmige Bewegungen dar.

□x

Die Kurven 1,2 und 4 stellen gleichmäßig beschleunigte Bewegungen dar.

□x

Die Beschleunigung a 3 ist identisch Null ( a 3 = 0 )

□

v 4 ( t ) beschreibt die Bewegung mit der größten Beschleunigung a 4

□

v 1 ( t ) beschreibt die Bewegung mit der kleinsten Beschleunigung a 1 17

Frage 2A.11 Die Abbildung zeigt das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm für die Bewegung eines Körpers. Welche Aussagen treffen zu? Die Geschwindigkeit ist zur Zeit t1 größer als zur Zeit t2. Die Beschleunigung ist zur zur Zeit t1 größer als zur Zeit t2 Zwischen t2 und t3 wird der größte Geschwindigkeitswert erreicht. Zwischen t2 und t3 wird der größte Beschleunigungswert erreicht.

1 2 3 4

nur 1 und 2 sind richtig nur 1 und 3 sind richtig nur 1 und 4 sind richtig nur 2 und 3 sind richtig nur 2 und 4 sind richtig

Geschwindigkeit

□ □ □ □x □

t1

t2 t 3

Zeit

Frage 2A.12 Zwei Fahrzeuge A und B werden hinsichtlich ihres Bewegungsablaufes auf einer Geraden (geraden Straße) beobachtet. Aus den zu den Zeitpunkten t 1 bis t 3 erreichten Orten x wird das unten stehende Weg-Zeit-Diagramm gewonnen. Markieren Sie die richtigen Aussagen: Zum Zeitpunkt t 2 haben beide Fahrzeuge die gleiche Geschwindigkeit Zum Zeitpunkt t 1 ist die Geschwindigkeit von B größer als die von A

1 2 3 4

Zum Zeitpunkt t 3 ist die Geschwindigkeit von A größer als die von B Beide Fahrzeuge haben nirgendwo im Zeitintervall t 1 bis t 3 die gleiche Geschwindigkeit

5

Beide Fahrzeuge haben im Zeitintervall t 1 bis t 3 jeweils konstante Geschwindigkeit

x A B

B A t1

□ □ □ □x □

t

2

t t 3

nur 1 ist richtig nur 1 und 5 sind richtig nur 2 und 4 sind richtig nur 3, 4 und 5 sind richtig nur 1, 2, 4 und 5 sind richtig.

18

Frage 2A.13 Eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung

□ □ □x □

führt ein Körper aus, wenn keine Kraft auf ihn einwirkt ist durch eine gleichförmig zunehmende Beschleunigung zu erreichen ist im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm ein linearer Graph ist durch eine konstante Geschwindigkeit gekennzeichnet

Frage 2A.14 Die Geschwindigkeit eines sich geradlinig bewegenden Objektes kann bestimmt werden aus der Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm der Steigung des Weg-Zeit-Diagrammes der Fläche unter dem Weg-Zeit-Diagramm der Steigung des Geschwindigkeit-Zeit-Diagrammes der Fläche unter dem Beschleunigungs-Zeit-Diagramm

□ □x □ □ □x

Frage 2A.15 Ein Schnellzug fährt um 16.30 h ab und kommt um 23.10 h am Zielbahnhof an. Welche Durchschnittsgeschwindigkeit v in der Einheit km/h wird bei einer 600 km langen Strecke erreicht? 25 m/s 250 m/s 90 km/s 90 km/h 900 km/h

□ □ □ □x □

Frage 2A.16 Infolge der Gravitation zieht die Erde den Mond an und der Mond die Erde. Für die beiden Kräfte gilt betragsmäßig:

r

Mond

Erde □ Die Kraft der Erde auf den Mond ist größer □ Die Kraft des Mondes auf die Erde ist größer □ x Beide Kräfte sind betragsmäßig gleich □ Ohne Zusatzinformationen ist keine Aussage möglich.

Frage 2A.17 Eine Masse von 10 kg wird um 1 m senkrecht hochgehoben. Die dabei verrichtete Arbeit ist ungefähr

□ □ □ □x □

10 Joule 10 Watt 10 Newton 100 Joule 100 Watt 19

Frage 2A.18 Ein Stein falle infolge seiner Gewichtskraft im freien Fall nach unten. Wo greift dabei die nach dem 3. Newtonschen Axiom (actio = reactio) zugehörige Gegenkraft an?

□ □x □ □

an der Masse m des fallenden Steins an der Erdmasse ME an der Sonnenmasse MS an beiden Massen der beteiligten Körper

Frage 2A.19 Zwei Kugeln mit den Massen m1 = 10 kg und m 2 = 20 kg werden im luftleeren Raum einer Vakuumröhre zur gleichen Zeit von der Höhe h aus der Ruhelage fallengelassen. In halber Höhe über dem Boden ist

□ □x □ □ □

der Impuls beider Kugeln gleich die Beschleunigung beider Kugeln gleich die kinetische Energie beider Kugeln gleich für jede Kugel die Summe aus potentieller und kinetischer Energie gleich groß Keine der Aussagen trifft zu

Frage 2A.20 An einem ruhenden Fahrzeug, mK = 120000 g, wird eine Beschleunigungsarbeit von 950 J verrichtet. Welche Geschwindigkeit erreicht es (ohne Berücksichtigung von Reibungskräften)?

□x □ □ □ □

v = 3,98 m/s v = 15,83 m/s v = 0,398 m/s v = 1,583 m/s v = 3,98 cm/s

Frage 2A.21 Ein Auto, m = 1,360 t, fährt mit einer Geschwindigkeit von 180 km/h. Wie groß ist seine Bewegungsenergie Ekin?

□ □ □x □ □ □

Ekin = 7,94 kJ Ekin = 1,70 kJ Ekin = 1,70 MJ Ekin = 1,70 GJ Ekin = 22,03 MJ Ekin = 22,03 kJ

Frage 2B.1 Welches Modell ist zur Beschreibung der Bewegung eines auf dem Boden springenden Gummiballes zu verwenden?

□ □ □x □ □

Punktmasse Starrer Körper Elastischer Körper Inkompressibles Mediums Fluides Mediums

20

Frage 2B.2 Geben Sie die gerundete Anzahl der in einer Minute ausgeführten Umdrehungen n eines Rades von 79,6 cm Durchmesser an, wenn es sich mit einer Geschwindigkeit von v = 36 km / h fortbewegt.

□ □ □ □x □

U = 600 min −1 U = 36 min −1 U = 360 min −1 U = 240 min −1 U = 14,4 min −1

Frage 2B.3

r

Eine gleichförmige Kreisbewegung ( v = konst.) einer Punktmasse ist eine

□ □ □x □

gleichmäßig beschleunigte Bewegung nicht beschleunigte Bewegung ungleichmäßig beschleunigte Bewegung eine Bewegung mit konstanter Beschleunigung

Frage 2B.4 Für welche Kräfte ist der Begriff der potentiellen Energie einführbar?

□ □ □x □

für alle Kräfte nur für dissipative Kräfte nur für konservative Kräfte nur für nicht-konservative Kräfte

Frage 2B.5 Die Haftreibungskraft besitzt folgende Eigenschaften: (1) (2) (3) (4) (5) (6)

sie beschreibt die Reibung zwischen festen Körpern sie ist der Geschwindigkeit des Körpers proportional sie ist unabhängig von der Geschwindigkeit des Körpers sie ist der Masse des Körpers proportional sie ist dem Quadrat der Körper-Geschwindigkeit proportional sie ist umgekehrt proportional zum Haftreibungskoeffizienten

□ nur (1), (2) und (6) sind richtig □ nur (1), (2) und (4) sind richtig □ x nur (1), (3) und (4) sind richtig □ nur (1), (3) und (6) sind richtig □ alle Aussagen (1) – (6) sind richtig

21

Frage 2B.6 Ein Körper wird in Luft aus der Ruhe senkrecht fallen gelassen. Welche der folgenden Größen nimmt während des Falls nicht zu? Markieren Sie die richtige Antwort!

□ □x □ □ □

Geschwindigkeit Masse Impuls kinetische Energie Reibungskraft

Frage 2B.7 Die Windlast auf einen Antennenmast unter dem Einfluss einer Luftströmung mit der Windgeschwindigkeit v und konstanter Luftdichte ρLu ft ist direkt proportional (1) der Lufttemperatur ϑ Lu ft (2) der Windgeschwindigkeit v (3) dem c W -Wert des Mastes (4) der dynamischen Viskosität ηLu ft der Luft (5) der Projektionsfläche A des Mastes

□ (1) und (4) sind richtig □ (2) und (3) sind richtig □ x (3) und (5) sind richtig □ keine Aussage ist richtig

□ (2) und (4) sind richtig □ (3) und (4) sind richtig □ (2) und (5) sind richtig

Frage 2B.8 Nennen Sie zwei Eigenschaften der Gleitreibungskraft! Sie ist

□ eine konservative Kraft □ x eine dissipative Kraft □ x eine Coulombsche Reibungskraft □ eine Newtonsche Reibungskraft □ stark von der Temperatur des fluiden Mediums abhängig. Frage 2B.9 Welche physikalischen Größen sind Vektoren?

□ Länge □ Zeit

□ x Winkelgeschwindigkeit □ x Weg

□ Massenträgheitsmoment □ x Drehmoment

Frage 2B.10 Welche Antwort trifft zu? Eine Zentrifuge rotiert mit rund 12000 Umdrehungen/min. Ihre Kreisfrequenz beträgt dann etwa:

□ 200 Hz

□ 314 Hz

□ 628 Hz

□ x 1257 Hz

□ 12000 Hz

22

Frage 2B.11 Durchfährt ein Fahrzeug eine Kurve, so treten Zentrifugalkräfte auf. Das Fahrzeug kommt dabei ins Schleudern, wenn betragsmäßig die Zentrifugalkraft die Rollreibungskraft überschreitet Haftreibungskraft die Zentrifugalkraft überschreitet Zentrifugalkraft die Gleitreibungskraft überschreitet Haftreibungskraft die Zentrifugalkraft unterschreitet

□ □ □ □x

Frage 2B.12 Auf einer schiefen Ebene mit dem Neigungswinkel α = 45° befindet sich eine reibungsfrei verschiebbare Masse von m = 70710,7 kg . Wie groß ist die parallel zur schiefen Ebene wirkende Hangabtriebskraft? Die Erdbeschleunigung sei g = 10 m / s 2 . 500 N 5000 N 500 kN 50000 N 707107 N

□ □ □x □ □

Frage 2B.13 Bei Reibungskräften auf der Erdoberfläche unterscheidet man zwischen Coulombschen und Newtonschen Kräften. Markieren Sie die richtige Aussage!

□ □ □ □x □

Coulombsche und Newtonsche Reibungskräfte sind geschwindigkeitsabhängig. Nur die Coulombsche Reibung hängt von der Geschwindigkeit ab. Coulombsche und Newtonsche Reibungskräfte sind proportional zur Normalkraft. Nur die Coulombsche Reibung ist proportional zur Normalkraft. Die Newtonsche Reibung ist immer proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit.

Frage 2B.14 Ein Körper mit gegebener Masse m und der Auflagefläche A gleitet mit konstanter Geschwindigkeit v eine schiefe Ebene herab. Für die Gleitreibungskraft FGR gelten dann folgende drei Aussagen:

□ □x □ □x □ □x

FGR FGR FGR FGR

ist proportional zu v ist proportional zu m ist proportional zu A ist proportional zu µ G

FGR ist proportional zu v 2 FGR ist unabhängig von A

23

Frage 2B.15 Während eine Kugel reibungsfrei einen Hügel mit den in der Abbildung gezeigtem Profil hinabrollt,

nimmt ihre Geschwindigkeit zu und ihre Beschleunigung ab nimmt ihre Geschwindigkeit ab und die Beschleunigung zu nimmt ihre Geschwindigkeit zu und die Beschleunigung bleibt konstant nimmt ihre Geschwindigkeit zu und ihre Beschleunigung zu bleiben Geschwindigkeit und Beschleunigung konstant nehmen Geschwindigkeit und Beschleunigung ab

□x □ □ □ □ □

Frage 2B.16 Ein Körper mit der Masse m = 8 kg liegt auf einer schiefen Ebene, die gegen die Horizontale um den Winkel ϕ = 5°30' geneigt ist. Auf ihn wirkt die Gewichts- oder Schwerkraft FS . Wie groß ist der Betrag der Hangabtriebskraft FT ?

m FT

ϕ F N FS

ϕ □ □ □x □ □ □

FHR

75,22 N 78,12 N 7,52 N 7,81 N 79,28 N 8N

Frage 2B.17 Ein Eisstock hat die Masse 8,0 kg. Die Gleitreibungszahl auf Eis ist µ G = 0,01 und der Haftreibungskoeffizient ist µH = 0,1. Markieren Sie alle richtigen Antworten!

□ □ □x □ □x □

Die Gleitreibungskraft ist 0,08 kg. Die Gleitreibungskraft ist 0,08 N. Die Gleitreibungskraft ist 0,8 N. Die maximale Haftkraft ist 0,8 N. Die maximale Haftkraft ist 8 N. Die maximale Haftkraft ist 8 N. 24

Frage 2B.18 Welche der unten angeführten Sätze sind richtig?

□ □x □ □

Bei Schnee bedeutet größere Auflagefläche größere Gleitreibungskraft. Bei Schnee bedeutet größere Auflagefläche kleinere Gleitreibungskraft. Bei Schnee ist die Gleitreibungskraft von der Größe der Auflagefläche unabhängig. Bei Schnee ist der Gleitreibungskoeffozient größer als der Haftreibungskoeffizient

Bei Schnee sinkt man mit einer größeren Auflagefläche weniger ein und verursacht damit eine geringere Gleitreibungskraft. Bei weichen Oberflächen stimmt das für harte Oberflächen gültige Gesetz, dass die Reibung von der Größe der Auflagefläche unabhängig ist, nicht.

Frage 2B.19 Ein Pferdegespann zieht anlässlich des CHIO Aachen (Concours Hippique International Officiel) einen 800 kg schweren Wagen auf waagerechter Straße gegen die Rollreibungskraft mit einer Zugkraft von 400 N. Anschließend werden zusätzlich 1600 kg aufgeladen.

□ □x □x □ □ □x

Der Rollreibungskoeffizient ist anfangs 0,5. Der Rollreibungskoeffizient ist anfangs 0,05. Der Rollreibungskoeffizient ändert sich durchs Beladen nur unwesentlich. Der Rollreibungskoeffizient wird durchs Beladen größer. Die Pferde müssen nach dem Beladen mit 800 N ziehen. Die Pferde müssen nach dem Beladen mit 1200 N ziehen.

Frage 2B.20 Bei der Bestimmung des Haftreibungskoeffizienten eines Gleitlagerwerkstoffes aus einem Sonderstahl wird auf der schiefen Ebene ein Haftreibungswinkel ϕ H = 9°20' ermittelt. Wie groß ist der Haftreibungskoeffizient?

□

µH = 9,20

□

µH = 0,920

□

µH = 0,162

□x

µH = 0,164

□ □

µH = 0,164 N Berechnung erfordert Angabe der Oberflächenbeschaffenheit

( µ H = tan ϕ H = 0,164 )

Frage 2B.21 3

Eine 10 mm dicke Kreisscheibe aus Stahl, ρ = 7,8 g/cm , r = 300 mm, rotiert mit einer Winkelgeschwindigkeit ω = 4,0 rad/s um ihren Mittelpunkt. Wie groß ist die Drehzahl n der Scheibe?

□ □ □ □x □ □

n=4 n = 4/s n = 4/min n = 0,637/s n = 0,637 n = 1,27/s

25

Frage 2B .22 3

Eine 10 mm dicke Kreisscheibe aus Stahl, ρ = 7,8 g/cm , r = 300 mm, rotiert mit einer Winkelgeschwindigkeit ω = 4,0 rad/s um ihren Mittelpunkt. Wie groß ist ihre Umfangsgeschwindigkeit v?

□ □ □x □ □ □

v = 120 m/s v = 12 m/s v = 1,20 m/s v = 0,120 m/s v = 4,0 m/s v = 229 m/s

Frage 2B.23 3

Eine 10 mm dicke Kreisscheibe aus Stahl, ρ = 7,8 g/cm , r = 300 mm, rotiert mit einer Winkelgeschwindigkeit ω = 4,0 rad/s um ihren Mittelpunkt. Wie groß ist ihre kinetische Energie Ekin?

□

Ekin =

□

Ekin =

□

Ekin =

□x

Ekin =

□

Ekin =

□

Ekin =

1 mv 2 = 2 1 mv 2 = 2 1 2 Jω = 2 1 2 Jω = 2 1 2 Jω = 2 1 2 Jω = 2

15,88 J 15,88 kJ 15,88 J 7,94 J 7,94 W 7,94 kJ

Frage 2B.24 Ein Auto, m = 1360 kg, fährt mit einer Geschwindigkeit von 180 km/h. Durch eine konstante Reibungskraft FR wird das Fahrzeug bei einem Bremsvorgang innerhalb von 10 s zum Stillstand gebracht. Welche Beschleunigung a wird durch diese Kraft bewirkt?

□ □ □x □ □

a = 18 m/s² a = 18 m/h² a = - 5 m/s² a = 5 m/s² a = 0,5 m/s²

Frage 2B.25 Ein Auto, m = 1360 kg, fährt mit einer Geschwindigkeit von 180 km/h. Durch eine konstante Reibungskraft FR wird das Fahrzeug bei einem Bremsvorgang innerhalb von 10 s zum Stillstand gebracht. Wie groß ist der Bremsweg sB des Autos?

□x □ □ □ □ □

sB = 250 m sB = 25 m sB = 3240 m sB = 324 m sB = 10 m sB = 9,81 m 26

Frage 2B.26 Mit welcher Geschwindigkeit kann ein Körper, mK = 60 kg, durch eine mechanische Leistung von 650 W senkrecht hochgehoben werden?

□ □x □ □ □ □

v = 0,398 m/s v = 1,104 m/s v = 3,98 m/s v = 6,0 m/s v = 60 m/s v = 4,65 m/s

Frage 2B.27 Ein ruhender Stahlquader der Masse m = 1,5 kg soll auf einer waagerechten Stahlplatte in Bewegung gesetzt werden. Welche Arbeit wird dabei gegen die Haftreibungskraft verrichtet? Daten: µH (Stahl-Stahl) = 0,15; µ G (Stahl-Stahl) = 0,05

□ □x □ □ □ □

WR WR WR WR WR WR

= 1,5 J = 0J = 0,15 J = 2,21 J = 0,74 J = 0,075 J

Frage 2B.28 Jede Bewegung auf einer gekrümmten Bahnkurve ist stets eine

□ □ □ □x □

gleichförmige Bewegung gleichmäßig beschleunigte Bewegung Bewegung ohne Beschleunigung ungleichmäßig beschleunigte Bewegung krummlinige Bewegung mit negativer Beschleunigung

Frage 2B.29 Die Arbeit, die gegen eine an einem Körper angreifende dissipative Kraft verrichtet wird,

□ □ □ □x □

erhöht die potentielle Energie des Körpers wird als kinetische Energie des Körpers gespeichert erhöht die mechanische Energie des Körpers wird ständig in Wärmeenergie umgewandelt stimmt mit der Wirkung von konservativen Kräften überein

27

Frage 3A.1 Wie groß ist die Auftriebskraft FA , den ein Holzwürfel von a = 15 cm Kantenlänge und der Dichte

ρH = 0,750 g/cm3 beim völligen Eintauchen in Wasser ( ρ W = 1000 kg / m 3 ) erfährt? □ □ □ □x □

FA FA FA FA FA

= 3375 N = 33108 N = 33108 N = 33,1 N = 32,9 N

Frage 3A.2 Wie groß ist die Auftriebskraft FA , den eine Si-Kugel vom Radius r = 1,68389 cm beim völligen Eintauchen in Wasser ( ρ W = 1000 kg / m 3 ) erfährt?

□ □ □ □ □x □

FA FA FA FA FA FA

= 3375 N = 20000 N = 2 kN = 196,2 N = 0,1962 N = 19,62 N

Frage 3A.3 Welche Auftriebskraft FA erfährt ein 80 L-Fass, das zu 65 % seines Volumens in Wasser, 3 ρ = 1 g/cm , eintaucht?

□

FA = 785 N

□

FA = 80 N

□

FA = 52 N

□x

FA = 510 N

□

FA = 0,785 N

□

FA = 0,51 N

Frage 3A.4 Auf einer Waage befindet sich ein vollständig mit Wasser gefülltes Überlaufgefäß (siehe Skizze). Die Waage zeigt eine Gesamtmasse m = 8,0 kg an. Legt man vorsichtig ein Metallstück (Masse: 1 kg, Dichte: 3 10 g/cm ) in das Wasser, so wird dabei ein Teil des Wassers auslaufen.

28

Waage Welche Masse zeigt die Waage anschließend an?

□ □ □ □x □

7,9 kg 8,0 kg 8,1 kg 8,9 kg 9,0 kg

Frage 3A.5 Welche der folgenden Eigenschaften trifft nicht zu? Beim Eintauchen einer Glaskapillare in eine benetzende Flüssigkeit beobachtet man, dass die Flüssigkeit in der Kapillare hochsteigt.

□ □ □x □ □

Das Phänomen wird als Kapillaraszension bezeichnet. Die Adhäsion zwischen Glas und Flüssigkeit ist größer als die Kohäsion innerhalb der Flüssigkeit. Die Steighöhe ist abhängig von der Viskosität der Flüssigkeit. Die Steighöhe ist abhängig vom Radius der Kapillare. Die Steighöhe ist proportional zur Oberflächenspannung der Flüssigkeit.

Frage 3A.6 Zwei kleine Abwasserrohre mit den lichten Weiten d1 = 24 cm und d 2 = 38 cm sollen durch ein einziges Rohr mit ansonsten gleicher Querschnittsfläche ersetzt werden. Wie groß muss dazu dessen Durchmesser d gewählt werden?

□ □ □x □ □ □

d = 24 cm d = 38 cm d = 44,9 cm d = 62 cm d = 71,9 cm d = 31 cm

29

Frage 3A.7 Schätzen Sie die Größenordnung der mittleren Wasserführung (Stromstärke I V ) des Rheins bei Mainz, wenn die Strömungsgeschwindigkeit mit etwa v ≈ 1 m/s angenommen werden kann! Weitere Daten: Flussbreite ≈ 400 m, mittlerer Pegelstand ≈ 3 m

□

IV ≈ 1 m3 / s

□

I V ≈ 10 m 3 / s

□

I V ≈ 100 m 3 / s

□x

I V ≈ 1000 m 3 / s

□

I V ≈ 10000 m 3 / s

□

I V ≈ 100000 m 3 / s

Frage 3A.8 Ein Körper bewegt sich und erfährt dabei eine geschwindigkeitsproportionale Reibungskraft FR = k ⋅ v . Welche SI-Einheit hat die Proportionalitätskonstante k? -1

□ x kgs -1 □ kgm -1 □ kgms -1 □ kgm s -2 □ kgms

Frage 3A.9 Ein Körper der Masse m = 2 kg hat ein Volumen von V = 800 cm 3 . Er hängt an einer Federwaage und taucht vollständig in Wasser ein. Dann zeigt die Federwaage folgende Kraft an ( g = 10 m / s 2 )

□ 800 N □ 20 N □ 28 N □ x 12 N □ 1,6 N

Frage 3A.10 Eine schwimmende Kugel mit dem Außen-Durchmesser D = 2 m taucht in Wasser mit der Dichte ρ W = 1000 kg / m 3 h = 1,0 m tief ein. Welche Masse m K besitzt die Kugel?

□x □ □ □ □ □

mK mK mK mK mK mK

= 2094 kg = 4189 kg = 1047 kg = 4,188 kg = 2,094 kg = 3141 kg

30

Frage 3B.1 Gegeben sei eine reibungsbehaftete Flüssigkeit, die mit konstanter Geschwindigkeit v durch ein Rohr strömt. Angenommen die dynamische Viskosität dieser Flüssigkeit könnte kontinuierlich immer weiter verkleinert werden. Dann ergibt sich im Grenzfall eines idealen strömenden Mediums für die ReynoldsZahl R e :

□

Re = 0

□

Re nicht definiert

□x

Re = ∞

□

R e hängt von der Art des strömenden Mediums ab

□

R e hängt vom Strömungstyp laminar/turbulent des idealen Fluids ab

Frage 3B.2 Die Reynoldszahl ist wie folgt definiert: R e =

ρ⋅v⋅d η

Geben Sie mit Hilfe einer Dimensionsanalyse die Einheit [ R e ] an!

□

[R e ] = Pa [R e ] = Pa ⋅ s [R e ] = η

□

[R e ] =

□x

[R e ] = 1 [R e ] = N

□ □

□

1 m

Frage 3B.3 Welche der folgenden Aussagen sind richtig? Die dynamische Viskosität ist eine stoffspezifische Größe, welche

□x □ □x □x □ □

die Zähigkeit von Flüssigkeiten und Gasen quantitativ beschreibt in Gasen mit wachsender Temperatur abnimmt in Flüssigkeiten mit abnehmender Temperatur zunimmt die Einheit [η] = Pa ⋅ s besitzt mit wachsender Dichte des fluiden Mediums zunimmt die unabhängig von der Temperatur des fluiden Mediums ist.

31

Frage 3B.4 Aus einem senkrecht nach unten gerichteten zylindrischem Rohr (Innendurchmesser d = 10 mm) fließt Wasser mit konstanter Stromstärke I V und verlässt die Rohrmündung mit über dem gesamten Rohrquerschnitt konstanter Ausflussgeschwindigkeit von v 0 = 10 cm/s. Berechnen Sie die Stromstärke kg I V . Weitere Daten: ρ = 1000 3 und η = 1⋅10 −3 Pa s . m

□

IV IV IV IV IV

□x

IV = 7,85 ⋅ 10 −6 m³/s

□ □ □ □

= 31,4 m³/s = 7,85 m³/s = 3,14 m³/s = 0,314 m³/s = 785,4 m³/s

Frage 3B.5 Aus einem senkrecht nach unten gerichteten zylindrischem Rohr (Innendurchmesser d = 10 mm) fließt Wasser mit konstanter Stromstärke I V und verlässt die Rohrmündung mit über dem gesamten Rohrquerschnitt konstanter Ausflussgeschwindigkeit von v 0 = 10 cm/s. Berechnen Sie die Reynoldszahl an der Rohrmündung! kg Weitere Daten: ρ = 1000 3 und η = 1⋅10 −3 Pa s . m

□ □ □ □x □ □

Re = 1 Re = 10 Re = 100 Re = 1000 Re = 10000 Re = 100000

Frage 3B.6 Durch eine Wasserleitung mit kreisförmigen Querschnitt (Radius r = 1 cm) fließen pro Minute 30 l Wasser. Wie groß ist bei stationärer Strömung ist bei stationärer Strömung die mittlere kg Strömungsgeschwindigkeit des Wassers? Weitere Daten: ρ = 1000 3 und η = 1⋅10 −3 Pa s . m

□ □ □x □ □ □

v v v v v v

= 0,0159 m / s = 0,159 m / s = 1,59 m / s = 15,9 m / s = 159 m / s = 1592 m / s

32

Frage 3B.7 Durch eine Wasserleitung mit kreisförmigen Querschnitt (Radius r = 1 cm) fließt bei stationärer Strömung kg Wasser mit einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von v = 1,59 m / s . Weitere Daten: ρ = 1000 3 und m −3 η = 1 ⋅ 10 Pa s . Um welchen Strömungstyp handelt es sich? Die Strömung verhält sich

□ □ □ □x □

ideal virulent laminar turbulent deterministisch

Frage 3B.8 3

Wie viel Liter Wasser strömen bei einem Volumenstrom von 2,6 m /h in 3,5 min durch eine Rohrleitung?

□

∆V = 9,1 L

□

∆V = 91 L

□

∆V = 9100 L

□x

∆V = 152 L

□

∆V = 15,2 L

□

∆V = 1517 L

Frage 3B.9 Durch zwei Rohre mit laminarer Strömung wird Wasser gepumpt. Die Rohre haben folgende Abmessungen: Rohr 1 Rohr 2

Länge l1 = 2m Länge l2 = 1 m

Radius r1 = 2 cm Radius r2 = 1 cm

Durch geeignete Wahl der Volumenstromstärken I V,1 und IV,2 werde sichergestellt, dass der Druckabfall

∆p in beiden Rohren identisch ist. In welchem Verhältnis steht die Wassermenge V1, die in einer Sekunde durch das Rohr 1 fließt, zur Wassermenge V2, die in derselben Zeit durch Rohr 2 fließt?

□ □ □ □x □

V1:V2 = 1:1 V1:V2 = 2:1 V1:V2 = 4:1 V1:V2 = 8:1 V1:V2 = 16:1

Hinweis:

V1 r14l2 = V2 r24l1

33

Frage 3B.10 Eine zähe Flüssigkeit fließt in laminarer Strömung von links nach rechts mit konstanter Volumenstromstärke IV durch das skizzierte Rohr. Die eingezeichneten Rohrabschnitte besitzen gleiche Längen: l12 = l34

∆P

34

∆P12 l 1 12 2

3

l 34

4

Dann ist der Druckabfall ∆p 12 zwischen den Punkten 1 und 2

□

kleiner als der Druckabfall ∆p 34 zwischen den Punkten 3 und 4

□x

größer als der Druckabfall ∆p 34 zwischen den Punkten 3 und 4

□ □ □

gleich dem Druckabfall ∆p 34 zwischen den Punkten 3 und 4 ohne Angabe der Stromstärke nicht vergleichbar keine der obigen Aussagen trifft zu

Frage 3B.11 Das Hagen-Poiseuille-Gesetz der Strömung durch enge Rohre gilt

□ □x □ □ □

nur für turbulente Strömungen von viskosen Flüssigkeiten nur für laminare Strömungen von viskosen Flüssigkeiten nur für ideale (reibungsfreie) Flüssigkeitsströmungen für viskose Flüssigkeiten unabhängig von der Art der Strömung für beliebige Flüssigkeiten bei beliebigen Strömungen

Frage 3B.12 Welche Aussage über strömende Flüssigkeiten trifft nicht zu?

□ □x □ □ □

Das Hagen-Poiseuille-Gesetz gilt nur bei laminarer Strömung. Das Hagen-Poiseuille-Gesetz gilt nur bei reibungsfreier Strömung. Der Strömungswiderstand erhöht sich beim Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung. Beim Überschreiten eines kritischen Wertes der Reynoldszahl kann es zum Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung kommen. Für inkompressible Flüssigkeiten gilt die Kontinuitätsgleichung

34

Frage 3B.13 Notwendige Voraussetzungen für die Gültigkeit des Gesetzes von Hagen-Poiseuille sind unter anderem, dass (1) (2) (3) (4)

die Flüssigkeit reibungsfrei fließt die Strömung laminar ist die Rohrquerschnittsfläche kreisförmig ist die Strömungsgeschwindigkeit an allen Punkten des Rohrquerschnittes den gleichen Wert besitzt

□ nur 1 und 2 sind richtig □ x nur 2 und 3 sind richtig □ nur 3 und 4 sind richtig □ nur 1, 2 und 3 sind richtig □ nur 2, 3 und 4 sind richtig Frage 3B.14 Bei der lamiaren Strömung einer newtonschen Flüssigkeit durch eine Kapillare mit kreisförmigen Querschnitt wird die Volumenstromstärke doppelt so groß, wenn man unter Konstanthaltung aller übrigen Parameter

□ □ □ □x □

eine Kapillare mit doppeltem Durchmesser wählt eine Kapillare mit der vierfachen Querschnittsfläche verwendet eine Flüssigkeit mit der doppelten Viskosität nimmt die Druckdifferenz zwischen den Enden der Kapillare verdoppelt eine Kapillare von doppelter Länge benutzt

Frage 3B.15 Welche Dichte

ρ besitzt ein Gas, das mit einer Geschwindigkeit v = 50 m / s durch eine Rohrleitung

strömt, wenn mit dem Prandlschen Staurohr ein Druck von p dyn = 7,50 kPa gemessen wird?

□

ρ = 0,006 kg / m3

□

ρ = 0,012 kg / m3

□

ρ = 0,06 kg / m3

□

ρ = 0,6 kg / m3

□

ρ = 1,2 kg / m3

□x

ρ = 6 kg / m3

Frage 3B.16 Welche Strömungsgeschwindigkeit v besitzt ein Gas der Dichte

ρ = 2 kg / m 3 , bei dem in der Rohrleitung

mit dem Prandlschen Staurohr ein Druck von p dyn = 1,60 kPa gemessen wird?

□x □ □ □ □ □

v = 40 m/s v = 20 m/s v = 10 m/s v = 1,79 m/s v = 17,89 m/s v = 3,14 m/s

35

Frage 3B.17 Für reale Rohrströmungen durch glatte (lineare) Rohre (Rohrlänge l; Rohrdurchmesser d) gilt immer (ohne Ausnahme):

□

Re = 0

□ □

Re = 2320

□x

∆pV = λ

□

λ