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Experiment: Kraft

Zehn Übungen dazu, was doppelte Zugkraft und doppelte Masse mit der Beschleunigung machen.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was der Fahrbahnversuch zeigt
AFB I

Der Wagen wird über eine Schnur und eine Umlenkrolle von angehängten Massestücken gezogen. Welche Aussagen über den Versuch und seine Auswertung stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Die vierte Aussage verwechselt Beschleunigung mit Geschwindigkeit: Eine gleich bleibende Zugkraft macht den Wagen immer schneller. Die fünfte dreht den Zusammenhang um — mehr Masse bedeutet bei gleicher Zugkraft weniger Beschleunigung. Die sechste unterstellt einen quadratischen Zusammenhang; gemessen wird aber: doppelte Kraft, doppelte Beschleunigung.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen zum Wagenversuch und zu seiner Auswertung.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Merksatz: Die Kraft bestimmt nicht, wie schnell der Wagen ist, sondern wie schnell sich seine Geschwindigkeit ändert — und die Masse bremst diese Änderung.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Bei konstanter Wagenmasse wächst die Beschleunigung im gleichen Verhältnis wie die und ist deshalb zu ihr — bei konstanter Zugkraft dagegen sich die Beschleunigung, wenn man die Masse des Wagens verdoppelt; der aus Zugkraft und Beschleunigung ergibt in jeder Zeile der Tabelle die .

Der Ablenker „Geschwindigkeit“ passt nicht: Zugkraft und Masse bestimmen im Versuch die Beschleunigung, also die Änderung der Geschwindigkeit — nicht die Geschwindigkeit selbst.
A4
Wird der Wagen stärker beschleunigt?
AFB I

Sortiere jede Veränderung danach, was mit der Beschleunigung des Wagens passiert.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1a wird größer
2a wird kleiner
3a bleibt gleich
Entscheidend ist nicht, ob sich etwas ändert, sondern das Verhältnis der Faktoren: Wachsen Zugkraft und Masse mit demselben Faktor, bleibt die Beschleunigung unverändert.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Ein Wagen mit der Masse 0,5 kg wird über die Umlenkrolle mit der Zugkraft 1,5 N gezogen. Wie groß ist seine Beschleunigung in m/s²?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Rechenweg: a = Fm = 1,5 N0,5 kg = 3,0 m/s². Typischer Fehler ist das Multiplizieren: 1,5 · 0,5 = 0,75 ist keine Beschleunigung. Kopfrechen-Trick: Durch 0,5 zu teilen heißt, mit 2 zu multiplizieren.
A6
Der Versuch in fünf Schritten
AFB II

Bringe die Schritte des Fahrbahnversuchs in die Reihenfolge, in der man sie durchführen muss.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Die Masse des Wagens mit der Waage bestimmen und notieren.
2Den Wagen auf die Fahrbahn setzen und die Schnur über die Umlenkrolle mit den Massestücken verbinden.
3Den Wagen loslassen und die Beschleunigung aus der Messung bestimmen.
4Den Versuch mit doppelter und dreifacher Zugkraft wiederholen und alle Werte in die Tabelle eintragen.
5In jeder Zeile die Zugkraft durch die Beschleunigung teilen und den Quotienten mit der gemessenen Wagenmasse vergleichen.
Am häufigsten rutscht Schritt 1 nach hinten. Ohne die vorher gemessene Wagenmasse fehlt am Ende der Vergleichswert, mit dem der Quotient überhaupt etwas beweist.
A7
Rechenkette
AFB II

Ein Wagen der Masse 0,4 kg wird über die Umlenkrolle gezogen. Bei der Zugkraft 0,8 N misst man die Beschleunigung 2,0 m/s².

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Quotient aus Zugkraft und Beschleunigung kg
  2. Beschleunigung bei verdreifachter Zugkraft (2,4 N), Wagen unverändert m/s²
  3. Beschleunigung, wenn zusätzlich 0,4 kg auf dem Wagen liegen und die Zugkraft 2,4 N bleibt m/s²
  4. Zugkraft, mit der der beladene Wagen (0,8 kg) wieder 6,0 m/s² erreicht N
Die Kette zeigt beide Richtungen zugleich: mehr Kraft bei gleicher Masse gibt mehr Beschleunigung, mehr Masse bei gleicher Kraft gibt weniger. In Schritt 4 wird die Formel rückwärts benutzt — aus m und a folgt F.
A8
Messzeile und Wagenmasse
AFB II

Ordne jeder Messzeile die Masse des Wagens zu, die sich aus ihr ergibt.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Vor dem Rechnen hilft ein Blick auf die Zahlenwerte: Ist der Zahlenwert von a größer als der von F, liegt die Masse unter 1 kg; ist er kleiner, liegt sie darüber. Damit fallen die meisten Paare sofort weg.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Zeile 6 ist der häufigste Fehler in Klassenarbeiten: Wer F = m · a nach a umstellt, muss durch die Masse teilen. Zeile 2 ist die häufigste Fehlvorstellung: mehr Masse wird mit mehr Beschleunigung verwechselt.
A10
Beschleunigung abschätzen
AFB III

In jeder Zeile werden Zugkraft und Wagenmasse verändert. Schätze für jede Zeile ein, was passiert — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = halbiert, 2 = bleibt gleich, 3 = doppelt so groß, 4 = dreimal so groß, 5 = viermal so groß. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = halbiert5 = viermal so groß
Zugkraft verdoppeln, Wagenmasse gleich lassen
Zugkraft verdoppeln und gleichzeitig die halbe Wagenmasse verwenden
Zugkraft und Wagenmasse beide verdreifachen
Wagenmasse verdoppeln, Zugkraft gleich lassen
Zugkraft versechsfachen und die Wagenmasse verdoppeln
Der Faktor der Beschleunigung ist der Faktor der Kraft geteilt durch den Faktor der Masse — die Faktoren werden geteilt, nicht addiert. Wer so überlegt, ist schneller als jede Rechnung: 6 geteilt durch 2 ergibt 3, also dreimal so groß.