Der Goldwürfel
AFB I–IIEin Goldbarren wird zu einem Würfel umgegossen. Gold hat eine Dichte von 19,3 g/cm³, der Barren wiegt 1 kg.
- Berechne das Volumen des Barrens in cm³ (zwei Nachkommastellen).
- Löse die Gleichung a³ = V und gib die Kantenlänge an.
- Erkläre, warum die Gleichung a³ = V nur eine Lösung hat, a² = A aber zwei.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
V = 1000 g : 19,3 g/cm³ ≈ 51,81 cm³.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
a = ∛51,81 cm ≈ 3,73 cm. Nur eine Lösung, da der Exponent ungerade ist.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
(−a)³ = −a³ ist negativ, kann also kein positives V ergeben — ungerade Potenzen behalten das Vorzeichen. (−a)² = a² dagegen ist positiv, darum hat a² = A die zweite (hier sinnlose) Lösung −√A.
Freier Fall und Pendel
AFB II–IIIFür den freien Fall gilt s = 5t² (s in m, t in s). Die Schwingungsdauer T eines Fadenpendels mit Länge l ist näherungsweise T² = 4l (T in s, l in m). Emma lässt einen Stein in einen 45 m tiefen Brunnen fallen und hört nach knapp 3,1 s den Aufprall. Sie sagt: „Die Gleichung 5t² = 45 hat die Lösungen 3 und −3, also kann ich −3 auch als Zeit nehmen.“
- Stelle die Gleichung für die Fallzeit auf und löse sie.
- Beurteile Emmas Aussage.
- Entwickle eine Methode, mit einem Pendel und der Formel T² = 4l die Länge einer Pendelschnur zu bestimmen, und gib die Länge für T = 2,4 s an.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
5t² = 45 ⇒ t² = 9 ⇒ t = 3 oder t = −3. Sinnvoll ist t = 3 s.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Mathematisch hat t² = 9 zwei Lösungen, im Sachkontext zählt nur t = 3 s, weil die Zeit ab dem Loslassen gemessen wird. t = −3 würde 3 s vor dem Loslassen bedeuten. Die restlichen 0,1 s braucht der Schall nach oben.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Man misst z. B. die Dauer von 10 Schwingungen und teilt durch 10 (genauer als eine Einzelmessung). Dann l = T² : 4. Für T = 2,4 s: l = 5,76 : 4 = 1,44 m.
