Lenas Schulweg mit dem Fahrrad
AFB I–IILena fährt jeden Morgen mit dem Fahrrad zur Schule. Die Strecke von ihrer Haustür bis zum Schultor ist 3,6 km lang, und Lena braucht dafür 12 min. Sie muss auf dem Weg nicht anhalten.
- Nennen Sie die beiden Größen, aus denen die Geschwindigkeit berechnet wird, jeweils mit Formelzeichen und Einheit.
- Berechnen Sie Lenas Durchschnittsgeschwindigkeit für den Schulweg in m/s und in km/h.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Gebraucht werden der zurückgelegte Weg \(s\) mit der Einheit Meter (m) und die dafür benötigte Zeit \(t\) mit der Einheit Sekunde (s). Aus beiden ergibt sich die Geschwindigkeit \(v=\frac{s}{t}\) mit der Einheit m/s. Antwortsatz: Um eine Geschwindigkeit zu bestimmen, muss man den Weg s in m und die Zeit t in s kennen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ansatz: \(v=\frac{s}{t}\). Umrechnung der gegebenen Werte: 3,6 km = 3600 m und 12 min = 12 · 60 s = 720 s. Rechnung: \(v=\frac{3600\ \text{m}}{720\ \text{s}}=5{,}0\ \text{m/s}\). Umrechnung in km/h: 5,0 · 3,6 = 18 km/h. Antwortsatz: Lena fährt mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 5,0 m/s, das sind 18 km/h.
Straßenbahn zwischen zwei Haltestellen
AFB II–IIIFür die Fahrt einer Straßenbahn von der Haltestelle Marktplatz zur Haltestelle Klinikum wurde ein t-s-Diagramm aufgezeichnet. Der Graph lässt sich in drei Abschnitte zerlegen: In den ersten 20 s wird er immer steiler, danach verläuft er 60 s lang als Gerade, und in den letzten 20 s wird er wieder flacher, bis er waagerecht endet. Auf dem geraden Abschnitt legt die Bahn 900 m zurück. Insgesamt sind die beiden Haltestellen 1200 m voneinander entfernt, und die Fahrt dauert 100 s. Der Fahrplan sieht für diese Fahrt 2 min vor; die Bahn hat 42 Sitzplätze und vier Türen.
- Beschreiben Sie, wie sich die Straßenbahn in den drei Abschnitten des Diagramms bewegt.
- Bestimmen Sie die Geschwindigkeit im geraden Abschnitt sowie die Durchschnittsgeschwindigkeit für die gesamte Fahrt, jeweils in km/h.
- Beurteilen Sie die Aussage eines Fahrgastes: „Die Bahn war die ganze Fahrt über 43,2 km/h schnell.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Abschnitt 1 (0 s bis 20 s): Der Graph wird immer steiler, die Steigung nimmt zu — die Bahn fährt an und wird schneller. Abschnitt 2 (20 s bis 80 s): Der Graph ist eine Gerade, die Steigung bleibt gleich — die Bahn fährt gleichförmig, also mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Abschnitt 3 (80 s bis 100 s): Der Graph wird flacher und endet waagerecht — die Bahn wird langsamer und steht am Ende still. Antwortsatz: Die Bahn fährt an, fährt dann gleichförmig weiter und bremst zum Schluss bis zum Stillstand ab.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Ansatz in beiden Fällen: \(v=\frac{s}{t}\). Gerader Abschnitt: \(v=\frac{900\ \text{m}}{60\ \text{s}}=15\ \text{m/s}\), umgerechnet 15 · 3,6 = 54 km/h. Gesamte Fahrt: \(v=\frac{1200\ \text{m}}{100\ \text{s}}=12\ \text{m/s}\), umgerechnet 12 · 3,6 = 43,2 km/h. Die Fahrplanzeit von 2 min, die 42 Sitzplätze und die vier Türen werden nicht gebraucht. Antwortsatz: Auf dem geraden Abschnitt fährt die Bahn 54 km/h, über die ganze Fahrt beträgt ihre Durchschnittsgeschwindigkeit 43,2 km/h.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist falsch. Begründung nach den drei Kriterien: (1) Die 43,2 km/h sind ein Durchschnittswert aus dem gesamten Weg und der gesamten Zeit; sie sagen nichts über einen einzelnen Augenblick aus. (2) Auf dem geraden Abschnitt ist die Bahn mit 54 km/h deutlich schneller als der Durchschnitt. (3) Am Anfang und am Ende der Fahrt steht die Bahn, dort ist v = 0. Als vollständige Antwort gilt: Aussage zurückweisen, den Unterschied zwischen Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit benennen und mindestens einen Zahlenwert aus dem Diagramm als Gegenbeispiel anführen — etwa die 54 km/h auf dem geraden Abschnitt.
