Aufgabe 3: Felder mit variablen Flussdichten

Diese Aufgabe behandelt die Bewegung einer Spule durch Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Flussdichten. Die Schüler müssen das Zustandekommen der induzierten Spannung erklären und ein quantitatives t-U-Diagramm erstellen.

Vocabulary: Magnetische Flussdichte - Ein Maß für die Stärke eines Magnetfeldes, gemessen in Tesla (T).

Example: Eine quadratische Spule mit 100 Windungen und einer Seitenlänge von 0,20 m bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit von 0,10 m/s durch Bereiche mit Flussdichten von 0,80 T und 0,40 T.

Die Aufgabe erfordert die Anwendung des Induktionsgesetzes und ein Verständnis dafür, wie sich die induzierte Spannung bei der Bewegung der Spule durch Bereiche unterschiedlicher Flussdichte ändert.

Aufgabe 5: Schwingung eines Federpendels

Diese umfangreiche Aufgabe behandelt die Schwingung eines Federpendels. Die Schüler müssen verschiedene Aspekte des Federpendels analysieren und berechnen.

Vocabulary: Federkonstante - Ein Maß für die Steifigkeit einer Feder, angegeben in N/m.

Example: Ein horizontales Federpendel mit zwei gleich harten Federn, jeweils mit einer Federhärte von 10 N/m, wird betrachtet.

Die Aufgabe umfasst:

• Einzeichnen der Ruhelage
• Aufstellen einer Kausalitätskette für den Schwingungsvorgang
• Berechnung der Masse des Körpers für eine gegebene Schwingungsdauer
• Berechnung der Kraft für eine bestimmte Auslenkung
• Begründung der harmonischen Schwingung
• Aufstellen der Schwingungsgleichungen s(t) und v(t)
• Angabe der beteiligten Energieformen und ihrer Formeln
• Skizzieren verschiedener Diagramme (s-t, v-t, Energien)

Highlight: Die Bewegungsgleichung eines Federpendels lautet: F = -D * x, wobei D die Federkonstante und x die Auslenkung ist.

Definition: Die Schwingungsdauer eines Federpendels wird durch die Formel T = 2π * √(m/D) beschrieben, wobei m die Masse und D die Federkonstante ist.

Diese Aufgabe bietet eine umfassende Überprüfung des Verständnisses von Federpendeln und harmonischen Schwingungen.