Skilift am Hang
AFB I–IIEin Skilift zieht die Fahrgäste gleichmäßig den Hang hinauf. Ein Messgerät zeichnet die Fahrt als t-s-Diagramm auf. Der Graph ist eine Gerade und verläuft durch die Punkte (0 s | 0 m), (30 s | 180 m), (90 s | 540 m) und (150 s | 900 m).
- Bestimmen Sie die Länge der waagerechten und der senkrechten Kathete eines Steigungsdreiecks, das zwischen den Zeiten 30 s und 90 s liegt.
- Berechnen Sie daraus die Geschwindigkeit des Skilifts.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Ansatz: waagerechte Kathete = 90 s − 30 s, senkrechte Kathete = 540 m − 180 m. Rechnung: 90 s − 30 s = 60 s und 540 m − 180 m = 360 m. Ergebnis: waagerechte Kathete 60 s, senkrechte Kathete 360 m. Antwortsatz: Das Steigungsdreieck zwischen 30 s und 90 s hat die waagerechte Kathete 60 s und die senkrechte Kathete 360 m.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ansatz: Geschwindigkeit = senkrechte Kathete geteilt durch waagerechte Kathete. Rechnung: v = 360 m : 60 s = 6 m/s. Kontrolle mit dem ganzen Graphen: 900 m : 150 s = 6 m/s. Antwortsatz: Der Skilift fährt mit einer Geschwindigkeit von 6 m/s.
Anfahrender Regionalzug
AFB II–IIIEin Regionalzug fährt aus dem Bahnhof an. Sein t-v-Diagramm zeigt eine Gerade durch die Punkte (0 s | 0 m/s), (10 s | 8 m/s), (20 s | 16 m/s) und (40 s | 32 m/s). Ein Fahrgast sieht das Diagramm und sagt: „Die Steigung dieses Graphen ist die Geschwindigkeit des Zuges.“ Die Zugbegleiterin nennt für die Steigung dagegen den Wert 0,8, ohne die Einheit dazuzusagen.
- Leiten Sie aus den Einheiten der beiden Katheten her, welche physikalische Größe die Steigung in diesem t-v-Diagramm angibt.
- Werten Sie die vier Wertepaare aus und geben Sie den Wert der Steigung mit Einheit an.
- Beurteilen Sie die Aussage des Fahrgastes.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Ansatz: die Einheiten in den Bruch schreiben. Rechnung: senkrechte Kathete in m/s, waagerechte Kathete in s, also m/s geteilt durch s = m/s². Ergebnis: Die Einheit m/s² gehört zur Beschleunigung. Antwortsatz: Die Steigung im t-v-Diagramm gibt die Beschleunigung an.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ansatz: Steigung = senkrechte Kathete geteilt durch waagerechte Kathete. Rechnung: (8 m/s − 0 m/s) : (10 s − 0 s) = 8 m/s : 10 s = 0,8 m/s²; Kontrolle mit dem großen Dreieck: 32 m/s : 40 s = 0,8 m/s². Ergebnis: 0,8 m/s² an jeder Stelle. Antwortsatz: Der Zug beschleunigt gleichmäßig mit 0,8 m/s².
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist falsch. Begründung: Die Geschwindigkeit steht im t-v-Diagramm bereits auf der senkrechten Achse und lässt sich direkt ablesen, nach 20 s zum Beispiel 16 m/s. Die Steigung entsteht erst durch das Teilen zweier Katheten und hat die Einheit m/s², gehört also zur Beschleunigung. Der Wert 0,8 der Zugbegleiterin ist demnach als 0,8 m/s² zu lesen. Vollständig ist die Antwort, wenn beide Größen mit ihren Einheiten unterschieden und dem Diagramm richtig zugeordnet werden.
