Physik Klasse 8: Hebel, Arbeit und Leistung (Übungstest)
- Hebel, Arbeit und Leistung
- 10 Fragen
- 15 Minuten
Du rechnest mit dem Hebelgesetz, mit Arbeit und Leistung und erklärst, wie Rollen Kraft sparen. Rechne mit g ≈ 10 N/kg, wenn nichts anderes angegeben ist.
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Frage 1
Auf einer Wippe sitzt links ein Kind mit der Gewichtskraft 300 N, 2 m vom Drehpunkt entfernt. Rechts sitzt ein Kind mit 400 N. In welchem Abstand vom Drehpunkt muss es sitzen, damit die Wippe im Gleichgewicht ist?
Richtige Antwort: B
Hebelgesetz: 300 N · 2 m = 400 N · x, also x = 600 Nm : 400 N = 1,5 m. Das schwerere Kind muss näher am Drehpunkt sitzen, deshalb kann es nicht weiter weg als 2 m sein.
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Frage 2
Mit einer Brechstange willst du einen Stein mit 600 N anheben. Der Lastarm ist 0,2 m lang, der Kraftarm 1,2 m. Welche Kraft brauchst du mindestens?
Richtige Antwort: A
F · 1,2 m = 600 N · 0,2 m = 120 Nm, also F = 120 Nm : 1,2 m = 100 N. 120 N ist nur das Produkt 600 · 0,2 ohne die anschließende Division.
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Frage 3
Du schiebst eine Kiste mit einer gleichbleibenden Kraft von 50 N in Bewegungsrichtung 4 m weit. Wie viel Arbeit verrichtest du?
Richtige Antwort: D
Arbeit = Kraft · Weg = 50 N · 4 m = 200 Nm = 200 J. 12,5 J entsteht, wenn man die Kraft durch den Weg teilt.
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Frage 4
Ein Sack mit der Masse 20 kg wird 3 m hoch auf einen Dachboden gehoben. Wie groß ist die Hubarbeit? (g ≈ 10 N/kg)
Richtige Antwort: C
Gewichtskraft: 20 kg · 10 N/kg = 200 N. Hubarbeit: 200 N · 3 m = 600 J. Wer direkt 20 · 3 rechnet, vergisst, die Masse in die Gewichtskraft umzurechnen.
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Frage 5
Ein Motor verrichtet in 4 s eine Arbeit von 600 J. Welche Leistung hat er?
Richtige Antwort: A
Leistung = Arbeit : Zeit = 600 J : 4 s = 150 W. 2400 W erhält, wer Arbeit und Zeit multipliziert.
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Frage 6
Welche Einheit ist gleichbedeutend mit 1 Watt?
Richtige Antwort: C
Leistung ist Arbeit pro Zeit, deshalb gilt 1 W = 1 J/s. 1 Newton mal Meter ist 1 Joule, also die Einheit der Arbeit.
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Frage 7
Was besagt die goldene Regel der Mechanik?
Richtige Antwort: B
Kraftwandler wie Hebel oder Rollen verringern die nötige Kraft, verlängern aber den Weg. Die Arbeit, also Kraft mal Weg, bleibt ohne Reibung gleich.
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Frage 8
Mit einer losen Rolle hebst du eine Last von 400 N (Rolle und Seil sind gewichtslos, keine Reibung). Welche Kraft brauchst du, und wie viel Seil musst du ziehen, damit die Last 1 m steigt?
Richtige Antwort: D
Bei der losen Rolle tragen zwei Seilstücke die Last, die Kraft halbiert sich auf 200 N. Nach der goldenen Regel verdoppelt sich dafür der Seilweg auf 2 m.
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Frage 9
Was bewirkt eine feste Rolle allein?
Richtige Antwort: A
Bei der festen Rolle ziehst du zum Beispiel nach unten, und die Last geht nach oben. Kraft und Weg bleiben gleich, erst eine lose Rolle halbiert die Kraft.
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Frage 10
Welches Beispiel ist ein einseitiger Hebel, bei dem Kraft und Last auf derselben Seite des Drehpunkts angreifen?
Richtige Antwort: B
Bei der Schubkarre ist das Rad der Drehpunkt, Last und Hände liegen auf derselben Seite davon. Bei Wippe, Schere und Balkenwaage liegt der Drehpunkt zwischen Kraft und Last, das sind zweiseitige Hebel.
Leer gelassene Fragen zählen nicht als falsch.
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