Physik · Klasse 11 · Kapitel
Einführungsphase: Wurfbewegungen
- Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
- Merken kommt ins Heft
- Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
- Üben selbst rechnen
- Achtung typischer Fehler
- Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen
○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.
1Ich kann gleichmäßig beschleunigte Bewegungen mit Anfangsort und Anfangsgeschwindigkeit berechnen.
MerkenBewegung mit Anfangsbedingungen
Mit Anfangsort s₀ und Anfangsgeschwindigkeit v₀ gilt s = s₀ + v₀ · t + ½ · a · t².
Dazu kommt v = v₀ + a · t, beim Bremsen ist a negativ. Bis zum Stillstand ist der Bremsweg v² : (2 · a).
BeispielBewegung mit Anfangsbedingungen
Schritt für Schritt
- Weg mit Anfangsgeschwindigkeit: s = v₀ · t + ½ · a · t²
- s = 3 m/s · 8 s + ½ · 0,5 m/s² · (8 s)²
- s = 24 m + 16 m = 40 m
- Weg mit Anfangsgeschwindigkeit: s = v₀ · t + ½ · a · t²
- s = 3 m/s · 8 s + ½ · 0,5 m/s² · (8 s)²
- s = 24 m + 16 m = 40 m
ÜbenJetzt du
- ○1Ein Motorrad fährt mit v₀ = 6 m/s und beschleunigt dann 5 s lang gleichmäßig mit a = 1,2 m/s². Welchen Weg legt das Fahrzeug in dieser Zeit zurück?So fängst du an:Weg mit Anfangsgeschwindigkeit: s = v₀ · t + ½ · a · t²
Lösung zeigen
- Weg mit Anfangsgeschwindigkeit: s = v₀ · t + ½ · a · t²
- s = 6 m/s · 5 s + ½ · 1,2 m/s² · (5 s)²
- s = 30 m + 15 m = 45 m
Ergebnis:45 m - ●2Ein Elektroroller fährt mit v₀ = 4 m/s und beschleunigt dann 4 s lang gleichmäßig mit a = 1,2 m/s². Welchen Weg legt das Fahrzeug in dieser Zeit zurück?
Lösung zeigen
- Weg mit Anfangsgeschwindigkeit: s = v₀ · t + ½ · a · t²
- s = 4 m/s · 4 s + ½ · 1,2 m/s² · (4 s)²
- s = 16 m + 9,6 m = 25,6 m
Ergebnis:25,6 m - ★3Ein Elektroroller fährt mit v₀ = 20 m/s und bremst gleichmäßig mit a = −4 m/s². Welchen Weg hat das Fahrzeug 1 s nach Bremsbeginn zurückgelegt? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Die Beschleunigung zeigt gegen die Bewegung, also mit Minuszeichen einsetzen.
- s = v₀ · t + ½ · a · t² = 20 m/s · 1 s + ½ · (−4 m/s²) · (1 s)²
- s = 20 m − 2 m = 18 m
- Nach 1 s hat das Fahrzeug 18 m zurückgelegt.
Ergebnis:18 m
2Ich kann beim senkrechten Wurf Steigzeit und Steighöhe berechnen.
MerkenSenkrechter Wurf
Der senkrechte Wurf startet mit v₀ und wird ständig mit g nach unten beschleunigt.
Steigzeit t = v₀ : g, Steighöhe h = v₀² : (2 · g). Ohne Luft dauert das Fallen so lang wie das Steigen.
BeispielSenkrechter Wurf: Steigzeit
Schritt für Schritt
- Oben ist v = 0 m/s, also t_S = v₀ : g.
- t_S = 5 m/s : 9,81 m/s²
- t_S ≈ 0,51 s
- Oben ist v = 0 m/s, also t_S = v₀ : g.
- t_S = 5 m/s : 9,81 m/s²
- t_S ≈ 0,51 s
ÜbenJetzt du
- ○4Ein Volleyball wird mit v₀ = 15 m/s senkrecht nach oben geworfen. Nach welcher Zeit erreicht er den höchsten Punkt? Rechne mit g = 9,81 m/s².So fängst du an:Oben ist v = 0 m/s, also t_S = v₀ : g.
Lösung zeigen
- Oben ist v = 0 m/s, also t_S = v₀ : g.
- t_S = 15 m/s : 9,81 m/s²
- t_S ≈ 1,53 s
Ergebnis:1,53 s - ●5Ein Ball wird mit v₀ = 8 m/s senkrecht nach oben geworfen. Nach welcher Zeit erreicht er den höchsten Punkt? Rechne mit g = 9,81 m/s².
Lösung zeigen
- Oben ist v = 0 m/s, also t_S = v₀ : g.
- t_S = 8 m/s : 9,81 m/s²
- t_S ≈ 0,815 s
Ergebnis:0,815 s - ★6Ein Volleyball wird senkrecht nach oben geworfen und ist nach 3,6 s wieder in der Abwurfhöhe. Mit welcher Geschwindigkeit wurde er abgeworfen? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Ohne Luftwiderstand dauern Steigen und Fallen gleich lang.
- Steigzeit: 3,6 s : 2 = 1,8 s
- v₀ = g · t_S = 9,81 m/s² · 1,8 s
- v₀ ≈ 17,7 m/s
Ergebnis:17,7 m/s
3Ich kann beim waagerechten Wurf Fallzeit, Wurfweite und Bahnkurve bestimmen.
MerkenWaagerechter Wurf
Waagerecht bewegt sich der Körper gleichförmig mit v₀, senkrecht fällt er frei.
Die Fallzeit t = √(2 · h : g) hängt nur von der Höhe ab. Die Bahn ist die Parabel y = g : (2 · v₀²) · x².
BeispielWaagerechter Wurf: Wurfweite
Schritt für Schritt
- Senkrecht freier Fall: h = ½ · g · t², also t = √2 · h : g
- t = √2 · 1,8 m : 9,81 m/s² ≈ 0,606 s
- waagerecht gleichförmig: x = v₀ · t = 5 m/s · 0,606 s
- x ≈ 3,03 m
- Senkrecht freier Fall: h = ½ · g · t², also t = √2 · h : g
- t = √2 · 1,8 m : 9,81 m/s² ≈ 0,606 s
- waagerecht gleichförmig: x = v₀ · t = 5 m/s · 0,606 s
- x ≈ 3,03 m
ÜbenJetzt du
- ○7Eine Murmel rollt mit v₀ = 2 m/s waagerecht von einem Mauervorsprung in 1,8 m Höhe. Wie weit von der Kante trifft sie auf? Rechne mit g = 9,81 m/s².So fängst du an:Senkrecht freier Fall: h = ½ · g · t², also t = √2 · h : g
Lösung zeigen
- Senkrecht freier Fall: h = ½ · g · t², also t = √2 · h : g
- t = √2 · 1,8 m : 9,81 m/s² ≈ 0,606 s
- waagerecht gleichförmig: x = v₀ · t = 2 m/s · 0,606 s
- x ≈ 1,21 m
Ergebnis:1,21 m - ●8Eine Kugel rollt mit v₀ = 3 m/s waagerecht über eine Tischkante in 0,9 m Höhe. Wie weit von der Kante trifft sie auf? Rechne mit g = 9,81 m/s².
Lösung zeigen
- Senkrecht freier Fall: h = ½ · g · t², also t = √2 · h : g
- t = √2 · 0,9 m : 9,81 m/s² ≈ 0,428 s
- waagerecht gleichförmig: x = v₀ · t = 3 m/s · 0,428 s
- x ≈ 1,29 m
Ergebnis:1,29 m - ★9Ein Wasserstrahl tritt in 5 m Höhe waagerecht aus einer Düse aus und trifft 6 m weiter auf den Boden. Mit welcher Geschwindigkeit tritt das Wasser aus? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Die Fallzeit hängt nur von der Höhe ab: t = √2 · h : g
- t = √2 · 5 m : 9,81 m/s² ≈ 1,01 s
- v₀ = x : t = 6 m : 1,01 s
- v₀ ≈ 5,94 m/s
Ergebnis:5,94 m/s
4Ich kann zwei Bewegungen zu einer Bewegung überlagern und eine Geschwindigkeit in Komponenten zerlegen.
MerkenÜberlagerung und Komponenten
Bewegungen in verschiedene Richtungen laufen unabhängig ab und überlagern sich.
Geschwindigkeiten addiert man als Pfeile: im rechten Winkel mit dem Satz des Pythagoras. Komponenten: v_x = v · cos α, v_y = v · sin α.
BeispielÜberlagerung: Boot auf dem Fluss
Schritt für Schritt
- Quer zum Ufer: t = b : v_B, die Strömung ändert daran nichts.
- t = 50 m : 3 m/s = 16,7 s
- Abdrift: d = v_F · t = 1 m/s · 16,7 s
- d ≈ 16,7 m
- Quer zum Ufer: t = b : v_B, die Strömung ändert daran nichts.
- t = 50 m : 3 m/s = 16,7 s
- Abdrift: d = v_F · t = 1 m/s · 16,7 s
- d ≈ 16,7 m
AchtungTaschenrechner im Bogenmaß statt in Grad
sin(30) im Modus RAD → −0,988
sin(30°) im Modus DEG → 0,5
Schau oben ins Display: Steht dort R oder RAD? Stell auf DEG um.
ÜbenJetzt du
- ○10Ein Motorboot quert einen 60 m breiten Fluss, mit 4 m/s relativ zum Wasser senkrecht zum Ufer gerichtet. Das Wasser strömt mit 0,8 m/s. Wie weit wird das Boot abgetrieben?So fängst du an:Quer zum Ufer: t = b : v_B, die Strömung ändert daran nichts.
Lösung zeigen
- Quer zum Ufer: t = b : v_B, die Strömung ändert daran nichts.
- t = 60 m : 4 m/s = 15 s
- Abdrift: d = v_F · t = 0,8 m/s · 15 s
- d ≈ 12 m
Ergebnis:12 m - ●11Ein Tretboot quert einen 80 m breiten Fluss, mit 3 m/s relativ zum Wasser senkrecht zum Ufer gerichtet. Das Wasser strömt mit 1 m/s. Wie weit wird das Boot abgetrieben?
Lösung zeigen
- Quer zum Ufer: t = b : v_B, die Strömung ändert daran nichts.
- t = 80 m : 3 m/s = 26,7 s
- Abdrift: d = v_F · t = 1 m/s · 26,7 s
- d ≈ 26,7 m
Ergebnis:26,7 m - ★12Ein Tretboot fährt mit 2 m/s relativ zum Wasser senkrecht zum Ufer. Das Wasser strömt mit 0,5 m/s. Wie schnell bewegt sich das Boot gegenüber dem Ufer? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Beide Bewegungen überlagern sich, und sie stehen senkrecht aufeinander.
- v = √v_B² + v_F²
- v = √(2 m/s)² + (0,5 m/s)²
- v ≈ 2,06 m/s
Ergebnis:2,06 m/s
5Ich kann beim schiefen Wurf Wurfweite und Scheitelhöhe berechnen.
MerkenSchiefer Wurf
Der schiefe Wurf ist waagerecht gleichförmig und senkrecht ein Wurf nach oben.
Mit v_y = v₀ · sin α ist die Scheitelhöhe h = v_y² : (2 · g). Auf gleicher Höhe ist die Wurfweite w = v₀² · sin(2 · α) : g.
BeispielSchiefer Wurf: Wurfweite und Scheitelhöhe
Schritt für Schritt
- Wurfweite auf gleicher Höhe: w = v₀² · sin(2 · α) : g
- w = (10 m/s)² · sin 100° : 9,81 m/s²
- w ≈ 10 m
- Wurfweite auf gleicher Höhe: w = v₀² · sin(2 · α) : g
- w = (10 m/s)² · sin 100° : 9,81 m/s²
- w ≈ 10 m
ÜbenJetzt du
- ○13Ein Basketballer wirft einen Ball mit v₀ = 12 m/s unter α = 25°. Wie weit fliegt er bis zur Landung auf gleicher Höhe? Rechne mit g = 9,81 m/s².So fängst du an:Wurfweite auf gleicher Höhe: w = v₀² · sin(2 · α) : g
Lösung zeigen
- Wurfweite auf gleicher Höhe: w = v₀² · sin(2 · α) : g
- w = (12 m/s)² · sin 50° : 9,81 m/s²
- w ≈ 11,2 m
Ergebnis:11,2 m - ●14Ein Torwart wirft einen Ball mit v₀ = 14 m/s unter α = 70°. Wie weit fliegt er bis zur Landung auf gleicher Höhe? Rechne mit g = 9,81 m/s².
Lösung zeigen
- Wurfweite auf gleicher Höhe: w = v₀² · sin(2 · α) : g
- w = (14 m/s)² · sin 140° : 9,81 m/s²
- w ≈ 12,8 m
Ergebnis:12,8 m - ★15Eine Handballerin wirft einen Ball mit v₀ = 18 m/s unter α = 25°. Wie hoch steigt er über die Abwurfhöhe? Rechne mit g = 9,81 m/s², ohne Luftwiderstand.
Lösung zeigen
- Für die Höhe zählt nur die senkrechte Komponente: v_y = v₀ · sin α
- v_y = 18 m/s · sin 25° ≈ 7,61 m/s
- Scheitelhöhe wie beim senkrechten Wurf: h = v_y² : (2 · g)
- h ≈ 2,95 m
Ergebnis:2,95 m
6Ich kann die Kräfte beim Wurf benennen, den Luftwiderstand beschreiben und Sensordaten auswerten.
MerkenKräfte, Luft und Messwerte
Nach dem Abwurf wirkt ohne Luft nur die Gewichtskraft, eine Wurfkraft gibt es nicht.
Mit Luftwiderstand wird die Bahn kürzer und unsymmetrisch. Aus Ortsmesswerten erhält man v = Δs : Δt und a = Δv : Δt.
BeispielKräfte beim Wurf und Luftwiderstand
Schritt für Schritt
- Zeichne nur Kräfte, die einen Verursacher haben: Nach dem Abwurf ist das nur die Erde.
- Zerlege die Bewegung: waagerecht gleichförmig, senkrecht gleichmäßig beschleunigt.
- Also: immer genau unter dem Flugzeug
- Zeichne nur Kräfte, die einen Verursacher haben: Nach dem Abwurf ist das nur die Erde.
- Zerlege die Bewegung: waagerecht gleichförmig, senkrecht gleichmäßig beschleunigt.
- Also: immer genau unter dem Flugzeug
ÜbenJetzt du
- ○16Eine Murmel rollt über eine Tischkante. In welche Richtung zeigt ihre Beschleunigung, während sie fällt?So fängst du an:Zeichne nur Kräfte, die einen Verursacher haben: Nach dem Abwurf ist das nur die Erde.
Lösung zeigen
- Zeichne nur Kräfte, die einen Verursacher haben: Nach dem Abwurf ist das nur die Erde.
- Zerlege die Bewegung: waagerecht gleichförmig, senkrecht gleichmäßig beschleunigt.
- Also: immer senkrecht nach unten
Ergebnis:immer senkrecht nach unten - ●17Ein Kugelstoßer stößt die Kugel ab. Was hält sie danach in der Luft in Bewegung nach vorn?
Lösung zeigen
- Zeichne nur Kräfte, die einen Verursacher haben: Nach dem Abwurf ist das nur die Erde.
- Zerlege die Bewegung: waagerecht gleichförmig, senkrecht gleichmäßig beschleunigt.
- Also: keine, die Kugel ist träge und bewegt sich einfach weiter
Ergebnis:keine, die Kugel ist träge und bewegt sich einfach weiter - ★18Ein Ball wird schief geworfen, diesmal mit Luftwiderstand. Wie ändert sich seine Bahn gegenüber der Parabel?
Lösung zeigen
- Zeichne alle Kräfte, die einen Verursacher haben: die Erde und die Luft.
- Die Luftreibung zeigt gegen die Bewegung und wächst mit der Geschwindigkeit.
- Also: Sie wird kürzer, niedriger und hinten steiler als vorn.
Ergebnis:Sie wird kürzer, niedriger und hinten steiler als vorn.
Vermischte Übungen
Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?
Üben
- ●19Ein Motorrad fährt mit v₀ = 8 m/s und beschleunigt dann 3 s lang gleichmäßig mit a = 1 m/s². Welchen Weg legt das Fahrzeug in dieser Zeit zurück?
Lösung zeigen
- Weg mit Anfangsgeschwindigkeit: s = v₀ · t + ½ · a · t²
- s = 8 m/s · 3 s + ½ · 1 m/s² · (3 s)²
- s = 24 m + 4,5 m = 28,5 m
Ergebnis:28,5 m - ●20Ein Elektroroller fährt mit 15 m/s. Das Fahrzeug bremst gleichmäßig mit 5 m/s² bis zum Stillstand. Wie lang ist der Bremsweg? Berechne mit Einheit.
Lösung zeigen
- Bis zum Stillstand gilt s = v² : (2 · a).
- s = (15 m/s)² : (2 · 5 m/s²)
- s = 225 m²/s² : 10 m/s² = 22,5 m
Ergebnis:22,5 m - ●21Ein Volleyball wird mit v₀ = 6 m/s senkrecht nach oben geworfen. Nach welcher Zeit erreicht er den höchsten Punkt? Rechne mit g = 9,81 m/s².
Lösung zeigen
- Oben ist v = 0 m/s, also t_S = v₀ : g.
- t_S = 6 m/s : 9,81 m/s²
- t_S ≈ 0,612 s
Ergebnis:0,612 s - ●22Ein Stein wird mit v₀ = 18 m/s senkrecht nach oben geworfen. Wie hoch steigt er über die Abwurfstelle? Rechne mit g = 9,81 m/s².
Lösung zeigen
- Steighöhe: h = v₀² : (2 · g)
- h = (18 m/s)² : (2 · 9,81 m/s²) = 324 m²/s² : 19,62 m/s²
- h ≈ 16,5 m
Ergebnis:16,5 m - ●23Eine Holzkugel rollt mit v₀ = 3 m/s waagerecht von einem Felsen in 20 m Höhe. Wie weit von der Kante trifft sie auf? Rechne mit g = 9,81 m/s².
Lösung zeigen
- Senkrecht freier Fall: h = ½ · g · t², also t = √2 · h : g
- t = √2 · 20 m : 9,81 m/s² ≈ 2,02 s
- waagerecht gleichförmig: x = v₀ · t = 3 m/s · 2,02 s
- x ≈ 6,06 m
Ergebnis:6,06 m - ●24Ein Ball wird mit v₀ = 4 m/s waagerecht abgeworfen. Um wie viel ist er gefallen, wenn er waagerecht 4 m zurückgelegt hat? Rechne mit g = 9,81 m/s².
Lösung zeigen
- Aus x = v₀ · t und y = ½ · g · t² folgt die Bahnkurve y = g : (2 · v₀²) · x².
- y = 9,81 m/s² : (2 · (4 m/s)²) · (4 m)²
- y ≈ 4,91 m
Ergebnis:4,91 m
Auf einen Blick
MerkenDas Wichtigste
- Bewegung mit Anfangsbedingungen
- Mit Anfangsort s₀ und Anfangsgeschwindigkeit v₀ gilt s = s₀ + v₀ · t + ½ · a · t².
- Senkrechter Wurf
- Der senkrechte Wurf startet mit v₀ und wird ständig mit g nach unten beschleunigt.
- Waagerechter Wurf
- Waagerecht bewegt sich der Körper gleichförmig mit v₀, senkrecht fällt er frei.
- Überlagerung und Komponenten
- Bewegungen in verschiedene Richtungen laufen unabhängig ab und überlagern sich.
- Schiefer Wurf
- Der schiefe Wurf ist waagerecht gleichförmig und senkrecht ein Wurf nach oben.
- Kräfte, Luft und Messwerte
- Nach dem Abwurf wirkt ohne Luft nur die Gewichtskraft, eine Wurfkraft gibt es nicht.
AchtungBewegung in Wurfrichtung dauert an
Wasser von 20 °C auf 80 °C: Q = 4,2 · 2 · 80
ΔT = 80 − 20 = 60 K → Q = 4,2 · 2 · 60 = 504 kJ (der Unterschied, nicht die Endtemperatur)
Nach dem Abwurf wirkt keine Kraft in Wurfrichtung mehr – nur die Gewichtskraft.
AchtungAm höchsten Punkt ist a = 0
Beide 90 °C, also enthält der Eimer genauso viel Wärme wie der Teelöffel
gleiche Temperatur, verschiedene Wärmemenge: Q = c · m · ΔT → 10 kg → 10-mal so viel wie 1 kg
Am höchsten Punkt ist die Geschwindigkeit null, die Beschleunigung bleibt g.
Kannst du das?
Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.
ÜbenSelbsttest
Ich kann gleichmäßig beschleunigte Bewegungen mit Anfangsort und Anfangsgeschwindigkeit berechnen.
25Ein Lastwagen fährt mit v₀ = 10 m/s und beschleunigt dann 4 s lang gleichmäßig mit a = 2,5 m/s². Welchen Weg legt das Fahrzeug in dieser Zeit zurück?Lösung zeigen
Ergebnis:60 mIch kann beim senkrechten Wurf Steigzeit und Steighöhe berechnen.
26Ein Stein wird mit v₀ = 7 m/s senkrecht nach oben geworfen. Nach welcher Zeit erreicht er den höchsten Punkt? Rechne mit g = 9,81 m/s².Lösung zeigen
Ergebnis:0,714 sIch kann beim waagerechten Wurf Fallzeit, Wurfweite und Bahnkurve bestimmen.
27Eine Kugel rollt mit v₀ = 3 m/s waagerecht von einem Felsen in 20 m Höhe. Wie weit von der Kante trifft sie auf? Rechne mit g = 9,81 m/s².Lösung zeigen
Ergebnis:6,06 mIch kann zwei Bewegungen zu einer Bewegung überlagern und eine Geschwindigkeit in Komponenten zerlegen.
28Ein Schlauchboot quert einen 45 m breiten Fluss, mit 3 m/s relativ zum Wasser senkrecht zum Ufer gerichtet. Das Wasser strömt mit 0,5 m/s. Wie weit wird das Boot abgetrieben?Lösung zeigen
Ergebnis:7,5 mIch kann beim schiefen Wurf Wurfweite und Scheitelhöhe berechnen.
29Eine Wasserballerin wirft einen Ball mit v₀ = 8 m/s unter α = 60°. Wie weit fliegt er bis zur Landung auf gleicher Höhe? Rechne mit g = 9,81 m/s².Lösung zeigen
Ergebnis:5,65 mIch kann die Kräfte beim Wurf benennen, den Luftwiderstand beschreiben und Sensordaten auswerten.
30Ein Stein fliegt auf einer Parabel. Welche Größe bleibt ohne Luftwiderstand während des ganzen Flugs gleich?Lösung zeigen
Ergebnis:die waagerechte Komponente v_xIch bereite die Klausur vor.
31Ein Lastwagen fährt mit v₀ = 10 m/s und beschleunigt dann 4 s lang gleichmäßig mit a = 0,8 m/s². Welchen Weg legt das Fahrzeug in dieser Zeit zurück?Lösung zeigen
Ergebnis:46,4 m
Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.
Lösungen
- 45 m
- 25,6 m
- 18 m
- 1,53 s
- 0,815 s
- 17,7 m/s
- 1,21 m
- 1,29 m
- 5,94 m/s
- 12 m
- 26,7 m
- 2,06 m/s
- 11,2 m
- 12,8 m
- 2,95 m
- immer senkrecht nach unten
- keine, die Kugel ist träge und bewegt sich einfach weiter
- Sie wird kürzer, niedriger und hinten steiler als vorn.
- 28,5 m
- 22,5 m
- 0,612 s
- 16,5 m
- 6,06 m
- 4,91 m
- 60 m
- 0,714 s
- 6,06 m
- 7,5 m
- 5,65 m
- die waagerechte Komponente v_x
- 46,4 m