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Lernbereich 1: Mechanik 58 Ustd.

Beurteilen von Bewegungsvorgängen

LDE: Bewegungsvorgänge

Translation, Kreisbewegung und Rotation, Oszillation

weitere Klassifizierungen: gleich- und ungleichförmig; gerade und krummlinig

Bezugssystem, Ortsvektor, Massepunkt

Grundfrage der klassischen Mechanik

vektorielle Größen

Anwenden kinematischer Gesetze auf Sachverhalte aus Natur, Technik und Alltag

Strategien zur Aufgabenlösung

gleichförmige Bewegung 

s(t)=v·t+s0

Herleitung und experimentelle Bestätigung der Bewegungsgesetze

Bewegungsdiagramme

gleichmäßig beschleunigte Bewegung

v(t)=a·t+v0

Herleitung und experimentelle Bestätigung der Bewegungsgesetze

s(t)=a2·t2+v0·t+s0

Vergleichen mit Messungen nach traditionellen Methoden

freier Fall

Gültigkeitsbedingungen

Wurfbewegungen

Beispiele mit GTR ohne CAS bzw. interaktive Simulation

senkrechter Wurf

waagerechter Wurf

Superpositionsprinzip, Zerlegung des Geschwindigkeitsvektors, interaktive Simulation

Differenzierung: schräger Wurf

Bewegungsdiagramme

Systematisierung als Schülerübung

Bedeutung von Anstieg und Flächeninhalt im Diagramm

SE

Bestimmung von g, gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Anwenden der Newton‘schen Gesetze

Trägheitsgesetz

Masse als Maß für die Trägheit

Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen, Gurtstraffer, aktive Kopfstütze, Pkw mit Anhänger, Atwood‘sche Fallmaschine

Grundgesetz der Mechanik F=m·a

Beschleunigungs- und Bremsverhalten von Fahrzeugen

Wechselwirkungsgesetz

Erkundungsaufgabe: Kräfte treten paarweise auf

Anwenden der Kenntnisse über Kraftarten

Gewichtskraft

Ortsabhängigkeit

Beschleunigungskraft

Reibungskraft FR=μ·FN

Haft-, Gleit-, Rollreibung

Fahrwiderstand; Bewegung in Luft

Abrieb von Reifen, Kupplungen und Bremsen als Ursache von Umweltverschmutzung

Federkraft F=D·x

SE: Bestimmung der Federkonstante

geneigte Ebene, grafische und rechnerische Kräftezerlegung

Zerlegung des Beschleunigungsvektors in Komponenten

Kennen der physikalischen Größen

Schülervortrag

Kraftstoß p=F·t

Impuls p=m·v

Beschränkung auf zwei Körper, eindimensional

Impulserhaltungssatz

Verkehrsunfall, Rangierwerk

Übertragen der Kenntnisse der Kinematik und Dynamik auf die Rotation

gleichförmige Kreisbewegung

ω=2·πT=2·π·n         v=ω·r

Analogiebetrachtungen zwischen Translation und Kreisbewegung

Radialkraft Fr=m·v2r

LDE: Radialkraftgerät

SE: Radialkraft

Drehmoment M=r×F

Drehmomentschlüssel, statische Auflagekräfte Hebelgesetz

Grundgesetz der Dynamik der Rotation M=J·α

Rotationsenergie

Rotor eines Generators, Wirbelsturm

Anwenden der physikalischen Größe mechanische Arbeit

W=F·s, Spezialfälle und Gültigkeitsbedingung

Beachtung des Winkels zwischen Kraft und Weg: Schieben eines Einkaufswagens, Schrägaufzug einer Umzugsfirma, Skifahrerin bzw. Skifahrer an einem Schlepplift

grafische Ermittlung

Berechnung spezieller Arten

Hubarbeit

Beschleunigungsarbeit

Reibungsarbeit

Verschiebungsarbeit

Federspannarbeit

Verformungsarbeit

Problemlösen durch komplexes Anwenden des Energieerhaltungssatzes

Berechnen von Spannwegen, Wurfhöhen, Bremswegen

physikalische Größe mechanische Energie
W=E

Energie als gespeicherte Arbeitsfähigkeit

Formen mechanischer Energie

potenzielle Energie

Epot=m·g·h und ESp=12·D·x2

kinetische Energie

Ekin=12·m·v2

Energieerhaltungssatz

abgeschlossene und offene Systeme

Perpetuum mobile

E=Epot+Ekin im konservativen System, Epot+Ekin=0

Strategien zur Aufgabenlösung

E=Epot+Ekin+Q im nichtkonservativen System

Beurteilen der Leistung und des Wirkungsgrades eines Systems

mittlere Leistung P¯=Wt

Gültigkeitsbedingung

Momentanleistung P(t)=F·v(t)

P(t)=dWdt

Leistung bei Drehbewegung

Abbremsen einer rotierenden Welle, Anlaufen einer Drehmaschine

η=E2E1=W2W1=P2P1

Wirkungsgraderhöhung, Problemdiskussion

Wirkungsgradberechnung unter Beachtung nichtmechanischer Energieformen

 
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