16. Sächsische Physikolympiade

16. Sächsische Physikolympiade
1. Stufe
Klassenstufe 9
Aufgabe 160911 – Photovoltaikanlage
Physli besitzt auf seinem Hausdach eine 30 m2 große Photovoltaikanlage. Die damit gewonnene
Energie nutzt er, um in seinem Haus Wasser für die Heizung zu erwärmen. Die durchschnittliche
Strahlungsleistung der Sonne beträgt pro 1 m2 Erdoberfläche 0,9 kW. Die Photovoltaikanlage
besitzt einen Wirkungsgrad von 15 %.
a) Berechne, wie viel Wasser Physli auf diese Art von 8 ◦C auf 50 ◦C an einem durchschnittlichen Sonnentag mit 5 Sonnenstunden erwärmen kann!
b) Bei der Entnahme des Wassers merkt er, dass der Wasserhahn nicht richtig schließt und
es tropft pro Minute etwa 1 ml des heißen Wassers aus dem Hahn.
Berechne wie viele Liter Wasser dadurch an einem Tag (24 Stunden) vergeudet werden.
c) Physli fängt das Wasser in einem Topf auf und sammelt es einen ganzen Tag lang. Leider
hat es sich inzwischen schon auf Zimmertemperatur (20 ◦C) abgekühlt. Deshalb gießt er
noch doppelt so viel Wasser mit einer Temperatur von 60 ◦C dazu. Erreicht das Wasser
dann eine Temperatur von 50 ◦C? Berechne die Temperatur des Wassers!
d) Physlis Voltaikanlage liefert praktisch kostenfrei Energie. Sein Nachbar dagegen hat eine
Elektroheizung und muss für die genutzte Energie 28 Cent pro Kilowattstunde bezahlen.
Berechne, wie viel Euro Physli gegenüber seinem Nachbarn spart, wenn er in einem
gewissen Zeitraum 120 m3 Wasser um durchschnittlich 36 K mit seiner Anlage erwärmt.
kJ
Hinweis: Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt: c = 4,19 kg·K
Aufgabe 160912 – Geschwindigkeitsbestimmung
Physli möchte die Geschwindigkeit in einem fahrenden Auto bestimmen. Dazu hat er ein
Forschungsfahrzeug mit den notwendigen Messvorrichtungen ausgerüstet. Er bewegt sich mit
diesem Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit auf ein Hindernis zu und gibt einen Signalton
in Richtung Hindernis ab, dessen Echo nach 0,5 s von einer Messvorrichtung am Fahrzeug
wieder empfangen wird. 2,6 s nach dem Empfang gibt der Sender erneut einen Signalton ab,
dessen Echo nach 0,3 s empfangen wird.
a) Berechne die Strecke, die das erste Signal vom Aussenden bis zum Empfang zurücklegt.
Begründe, warum dies nicht die doppelte Wegstrecke Auto - Hindernis beim Aussenden
Verein zur Förderung der Sächsischen Physikolympiade
des Signals ist.
Die Schallgeschwindigkeit beträgt 330 ms
b) Berechne aus den bekannten Angaben die Geschwindigkeit des Fahrzeuges.
c) Wie weit ist das Fahrzeug beim Empfang des zweiten Signaltons noch vom Hindernis
entfernt? Berechne!
d) Stelle die Bewegungsabläufe für das Auto und die Schallsignale im Zeitintervall von 0 s
bis 4 s in einem gemeinsamen s-t-Diagramm dar. Runde dazu die benötigten Zahlenwerte
auf eine Dezimalstelle genau.
Aufgabe 160913 – Flaschenexperiment
Physli hat Ärger. Als er seine Trinkflasche aus der Tasche nimmt, stellt er fest, dass die Flasche
ein kleines Loch hat und teilweise ausgelaufen ist. Sofort ist sein Forscherdrang geweckt. Das
muss er genauer untersuchen.
Bohre etwa 10 mm über dem Boden einer mindestens 20 cm hohen Trinkflasche aus Plaste ein
etwa 4 mm großes Loch. Fülle die Flasche mit Wasser und miss die Füllstandshöhe h.
a) Lasse nun das Wasser heraus laufen und miss alle 2 cm die
Zeit t bis die Füllstandshöhe 0 ist. Wiederhole die Messung
und bilde den Mittelwert der jeweils gemessenen Zeiten.
c) Gib die durchschnittliche Höhenänderung für die ersten und
die letzten 10 s an.
Bestimme daraus das Verhältnis der Ausströmgeschwindigkeiten!
d) Skizziere im gleichen Diagramm den Kurvenverlauf für ein
größeres bzw. kleineres Loch in derselben Flasche.
Verein zur Förderung der Sächsischen Physikolympiade
h
b) Stelle nun die Füllstandshöhe h in Abhängigkeit der Zeit t
in einem h(t)-Diagramm dar.
Beschreibe und begründe den dargestellten Zusammenhang!

Download Report