Physikloesungen

Lösungen von "Physikalisches"
Aufgabe 1:
Ein Flugzeug ist mit einer Tonne Vögel beladen. Um die Last zu verringern und damit den Start zu erleichtern werden die Vögel beim Start im Frachtraum aufgescheucht, damit sie selbst fliegen und damit das Flugzeug entlasten.
Funktioniert das?
Lösung
Nein, es funktioniert nicht. Das Flugzeug ist ein geschlossenes System. Der durch die Flügelbewegung erzeugte Auftrieb wird vom Flugzeugboden aufgenommen, so dass das Flugzeug einschließlich alle Vögel immer gleich schwer ist.

Aufgabe 2:
Ein Boot mitten auf einem kleinen See ist voll mit Steinen beladen. Man wirft die Steine dort ins Wasser.
Steigt dann der Wasserspiegel, sinkt er etwas ab oder bleibt er gleich?
Lösung
Der Wasserspiegel sinkt, da die Steine im Boot die Wassermenge verdrängen, die ihrem Gewicht entsprechen.
Wenn die Steine im Wasser liegen, dann verdrängen sie nur die Wassermenge, die ihrem Volumen entsprechen.

Aufgabe 3:
Was geschieht, wenn man eine Kupfermünze mit einem Loch in der Mitte erwärmt?
Nach allem, was man über Wärmeausdehnung gehört hat, dehnt sich bei Erwärmung das Metall in alle Richtungen hin aus, das heißt nach innen wie nach außen.
Folglich müsste das Loch bei steigender Temperatur kleiner werden. Oder etwa nicht???
Was stimmt?
Lösung
    Das Loch wird größer. Nehmen wir an, das Loch wäre nicht wirklich gebohrt worden und jemand hätte stattdessen nur seinen Umriss auf die Münze gezeichnet. Aus der Definition der thermischen Ausdehnung (x --> [1+αΔT] x) geht hervor, dass dieser Umriss mit der Erwärmung der Münze expandiert und der Radius des Kreises zunimmt.
    Folglich muss sich das Loch in demselben Maß ausdehnen, wie sich das von dem Kreis eingeschlossene Material ausdehnen würde.
    Wenn beim Backen eines Doughnuts das Loch in der Mitte kleiner wird, dann liegt das allerdings nicht an der Wärmeausdehnung, sondern am aufgehenden Teig.

Aufgabe 4:
Wenn man in ein auf einer Waage stehendes Glas Wasser eine Münze wirft, so zeigt die Waage eine Gewichtszunahme an.
Was passiert aber, wenn man diese Münze an einem Stück Schnur befestigt und sie dann ins Wasser hält?
Lösung
Auch in diesem Fall zeigt die Waage eine Gewichtszunahme an, und zwar in Höhe der von der Münze verdrängten Menge Wassers.

Aufgabe 5:
Kühlt eine Tasse Kaffee schneller ab, wenn man sie drei Minuten stehen lässt, und dann ein Kännchen kalte Milch hineinschüttet,
oder sollte man die Milch sofort hineingießen und dann drei Minuten warten?
Möglicherweise ist es auch egal und die Abkühlung ist nach drei Minuten die gleiche.
Was stimmt denn nun?
Lösung
Je größer der Temperaturunterschied zwischen einer Substanz und ihrer Umgebung ist, desto schneller erfolgt der Temperaturausgleich.
Demnach verliert eine Tasse Kaffee, zu der man die Milch erst später hinzuschüttet, die Hitze schneller und erreicht somit auch eher Trinktemperatur.

Aufgabe 6:
Was ist schwerer, einen Schubkarren zu schieben, zu ziehen oder ist es gleich schwer?
Lösung
Es ist leichter eine Schubkarre zu ziehen, denn die Rollreibung wird dabei geringer. Beim Schieben dagegen wird das Rad der Schubkarre gegen den Boden gepresst und verursacht zusätzliche Reibung.

Aufgabe 7:
Ein oben offenes Fass ist nach Augenschein ungefähr halb voll.
Wie kann man ohne Messinstrument feststellen, ob es etwas mehr oder etwas weniger als halb voll ist?
Lösung
Man muss das Fass kippen. Dann kommt es auf den Zeitpunkt an, wann das Wasser ausläuft.
Der Trick dabei ist, dass eine Diagonale von Boden zum gegenüberliegenden Rand oben die Tonne halbiert.
-Läuft das Wasser aus, bevor Sie den Boden sehen, so war die Tonne mehr als halb gefüllt.
-Läuft das Wasser gerade noch nicht aus, wenn sie den Bodenrand sehen, so ist die Tonne halb voll.
-Läuft das Wasser erst aus, wenn sie den Boden schon sehen, so ist die Tonne weniger als zur Hälfte gefüllt.

Aufgabe 8:
Ein Seemann streicht die Außenwand seines Schiffes. Dazu hat er an der Reling zwei Strickleiter befestigt, deren Sprossen genau 30 cm voneinander entfernt sind und deren unterste Sprossen sich 75 cm über dem Wasser befinden. Zwischen diesen beiden Strickleitern hat er auf deren untersten Sprossen ein Brett befestigt, auf dem er nun steht und die Schiffswand streicht.
Im Laufe seiner Tätigkeit setzt die Flut ein und der Wasserspiegel steigt um insgesamt 130 cm.
Um wie viele Sprossen muss der Seemann das Brett nach oben setzen, um keine nassen Füße zu bekommen?
Lösung
Überhaupt nicht, denn das Schiff steigt mit der Flut.

Aufgabe 9:
Der Erddurchmesser ist, hervorgerufen durch die Erdrotation, an den beiden Polen geringer als am Äquator.
Ist ein Mann nun am Nord- oder Südpol leichter oder schwerer als am Äquator oder ist er überall auf der Erdoberfläche gleich schwer?
Die Zentrifugalkraft aus der Erdrotation soll bei dieser Betrachtung unberücksichtigt bleiben.
Lösung
Der Mann ist an den Polen schwerer, denn die Schwerkraft hängt außer von den Massen (hier Erde und Mann) auch von dem Abstand ihrer Schwerpunkte voneinander ab.
Je dichter zwei Massen beieinander sind um so größer ist ihre gegenseitige Anziehungskraft.
Die Zentrifugalkraft aus der Erdrotation verstärkt den Effekt zusätzlich indem sie die Anziehungskraft bzw. das Gewicht des Mannes am Äquator zusätzlich reduziert.

Aufgabe 10:
Wirkt auf einen Gegenstand im Innern der Erde eine höhere oder niedrigere Erdanziehungskraft als auf der Erdoberfläche?
Lösung
Die Erdanziehungskraft ist niedriger, da sich ein Teil der Erdmasse oberhalb des Gegenstandes befindet und ihn nach oben zieht. So wird ein Teil der Anziehungskraft der Masse unterhalb des Gegenstandes wieder aufgehoben.
Könnte man zum Erdmittelpunkt gehen, dann wäre man dort sogar schwerelos.

Aufgabe 11:
In einem Zimmer sind drei Lichtschalter (A, B und C) angebracht, von denen einer die Lampe im Bad ein und ausschaltet. Die Aufgabe ist es, den Schalter herauszufinden, der für die Lampe im Bad zuständig ist, wobei man dafür nur einmal das Bad betreten darf. Zu Beginn ist die Lampe ausgeschaltet. Wie muss man vorgehen?
Lösung
Man bedient Schalter A, wartet 5 Minuten und schaltet diesen wieder aus. Dann schaltet man Schalter B an und geht ins Bad. Ist die Glühbirne warm aber aus, so ist es Schalter A. Ist die Glühbirne aus und kalt, ist es Schalter C und wenn die Lampe an ist, dann ist es Schalter B.
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