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Berlin Abitur Physics 3. PF (GK) practice questions

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Question 1Mechanik

Ein Körper bewegt sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit. Welche Aussage über die auf ihn wirkende resultierende Kraft ist im Rahmen der Newtonschen Mechanik zutreffend?

  1. Die resultierende Kraft zeigt stets entgegen der Bewegungsrichtung.
  2. Die resultierende Kraft wächst proportional zur zurückgelegten Strecke.
  3. Die resultierende Kraft ist konstant, aber von null verschieden.
  4. Die resultierende Kraft ist null. Correct answer.

Explanation

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gilt F_res = m·a. Konstante Geschwindigkeit bedeutet a = 0, also verschwindet auch die resultierende Kraft. Ein Körper kann sich durchaus mit konstanter Geschwindigkeit bewegen, ohne dass eine Nettokraft wirkt.

Question 2Mechanik

Ein Auto fährt 30 s lang mit konstant 20 m/s. Welche Strecke legt es in dieser Zeit zurück?

  1. 1200 m
  2. 600 m Correct answer.
  3. 150 m
  4. 450 m

Explanation

Bei konstanter Geschwindigkeit gilt s = v·t. Mit v = 20 m/s und t = 30 s ergibt sich s = 600 m. Die Einheiten m/s und s multiplizieren sich direkt zu Metern.

Question 3Mechanik

Ein Ball wird senkrecht nach oben geworfen. Welche Aussage über seine Beschleunigung im höchsten Punkt (ohne Luftwiderstand) ist korrekt?

  1. Die Beschleunigung wechselt im höchsten Punkt ihre Richtung von oben nach unten.
  2. Die Beschleunigung ist null, weil die Geschwindigkeit dort null ist.
  3. Die Beschleunigung ist nach unten gerichtet und beträgt etwa 9,81 m/s². Correct answer.
  4. Die Beschleunigung ist nach oben gerichtet und beträgt etwa 9,81 m/s².

Explanation

Im gesamten Flug wirkt allein die Gewichtskraft, also ist die Beschleunigung konstant g ≈ 9,81 m/s² nach unten – auch im höchsten Punkt. Dort ist nur die Geschwindigkeit momentan null, nicht die Beschleunigung.

Question 4Mechanik

Zwei Kräfte von 6 N und 8 N greifen an einem Punkt an und schließen einen Winkel von 90° ein. Wie groß ist der Betrag der resultierenden Kraft?

  1. 14 N
  2. 7 N
  3. 10 N Correct answer.
  4. 2 N

Explanation

Bei rechtwinklig zueinander stehenden Kräften addieren sich die Beträge vektoriell nach dem Satz des Pythagoras: F_res = √(6² + 8²) N = √100 N = 10 N. Die einfache Summe der Beträge gilt nur bei gleicher Richtung.

Question 5Mechanik

Ein Körper der Masse 2 kg wird durch eine konstante resultierende Kraft von 6 N beschleunigt. Welche Beschleunigung erfährt er?

  1. 12 m/s²
  2. 0,33 m/s²
  3. 8 m/s²
  4. 3 m/s² Correct answer.

Explanation

Aus F = m·a folgt a = F/m. Mit F = 6 N und m = 2 kg ergibt sich a = 3 m/s². Ein Newton ist definiert als kg·m/s², sodass die Einheit direkt passt.

Question 6Mechanik

Welche Einheit hat die physikalische Größe Impuls im SI-System?

  1. N·m
  2. J/s
  3. kg·m/s Correct answer.
  4. kg·m/s²

Explanation

Der Impuls ist definiert als p = m·v, hat also die Einheit kg·m/s. Anschaulich entspricht das auch N·s, da 1 N = 1 kg·m/s² ist.

Question 7Mechanik

Ein Wagen der Masse 4 kg stößt vollkommen unelastisch mit einem ruhenden Wagen der Masse 2 kg zusammen und bewegt sich vorher mit 3 m/s. Wie groß ist die gemeinsame Geschwindigkeit nach dem Stoß?

  1. 1 m/s
  2. 1,5 m/s
  3. 2 m/s Correct answer.
  4. 3 m/s

Explanation

Bei vollkommen unelastischem Stoß bleibt der Gesamtimpuls erhalten: m₁·v₁ = (m₁ + m₂)·v. Mit 4·3 = 6·v folgt v = 2 m/s. Die kinetische Energie wird dabei teilweise in andere Formen umgewandelt.

Question 8Mechanik

Ein Körper wird aus der Ruhe 4 s lang gleichmäßig mit 2 m/s² beschleunigt. Welche Geschwindigkeit erreicht er?

  1. 0,5 m/s
  2. 16 m/s
  3. 8 m/s Correct answer.
  4. 2 m/s

Explanation

Bei gleichmäßiger Beschleunigung aus der Ruhe gilt v = a·t. Mit a = 2 m/s² und t = 4 s ergibt sich v = 8 m/s. Die Einheit m/s²·s kürzt sich zu m/s.

Question 9Mechanik

Ein Körper der Masse 5 kg hängt an einem ruhenden Seil. Wie groß ist die Seilkraft (Betrag, g ≈ 9,81 m/s²)?

  1. Etwa 5 N
  2. Etwa 49 N Correct answer.
  3. Etwa 0,5 N
  4. Etwa 98 N

Explanation

Im Ruhezustand halten sich Seilkraft und Gewichtskraft das Gleichgewicht, also F_S = m·g. Mit 5 kg und 9,81 m/s² ergibt sich rund 49 N. Die Masse selbst ist nicht die Kraft.

Question 10Mechanik

Welche Aussage beschreibt das dritte Newtonsche Gesetz (Wechselwirkungsprinzip) korrekt?

  1. Kräfte heben sich immer gegenseitig auf, sodass keine Bewegung möglich ist.
  2. Die Beschleunigung eines Körpers ist stets proportional zu seiner Masse.
  3. Ein Körper bleibt in Ruhe, solange keine äußere Kraft auf ihn wirkt.
  4. Wirkt ein Körper A auf einen Körper B mit einer Kraft, so wirkt B auf A mit einer gleich großen, entgegengesetzten Kraft. Correct answer.

Explanation

Actio und reactio beschreiben zwei Kräfte, die an verschiedenen Körpern angreifen und gleich groß sowie entgegengesetzt gerichtet sind. Sie heben sich daher nicht an einem einzigen Körper auf, sondern wirken auf verschiedene Körper.

Question 11Mechanik

Ein Körper wird auf einer reibungsfreien schiefen Ebene der Neigung 30° hinab beschleunigt. Welche Beschleunigung wirkt hangabwärts (g ≈ 9,81 m/s²)?

  1. 0 m/s²
  2. 4,91 m/s² Correct answer.
  3. 8,50 m/s²
  4. 9,81 m/s²

Explanation

Die hangabwärts wirkende Komponente der Gewichtskraft ist F_H = m·g·sin(α). Daraus folgt a = g·sin(30°) = 9,81·0,5 ≈ 4,91 m/s². Die Masse kürzt sich heraus.

Question 12Mechanik

Eine konstante Kraft von 10 N wirkt über eine Strecke von 5 m in Richtung der Bewegung. Welche Arbeit wird verrichtet?

  1. 15 J
  2. 0,5 J
  3. 2 J
  4. 50 J Correct answer.

Explanation

Für eine Kraft in Bewegungsrichtung gilt W = F·s. Mit 10 N und 5 m ergibt sich W = 50 J. Ein Joule entspricht einem Newtonmeter.

Question 13Mechanik

Ein Körper der Masse 2 kg bewegt sich mit 3 m/s. Wie groß ist seine kinetische Energie?

  1. 18 J
  2. 9 J Correct answer.
  3. 6 J
  4. 3 J

Explanation

Die kinetische Energie berechnet sich als E_kin = ½·m·v². Mit m = 2 kg und v = 3 m/s ergibt sich E_kin = ½·2·9 J = 9 J. Die Geschwindigkeit geht quadratisch ein.

Question 14Mechanik

Ein Körper fällt aus der Ruhe 5 m tief (g ≈ 9,81 m/s², ohne Luftwiderstand). Welche Geschwindigkeit erreicht er kurz vor dem Aufprall?

  1. Etwa 25 m/s
  2. Etwa 49 m/s
  3. Etwa 5 m/s
  4. Etwa 9,9 m/s Correct answer.

Explanation

Über die Energieerhaltung gilt ½·m·v² = m·g·h, also v = √(2·g·h). Mit h = 5 m ergibt sich v = √(2·9,81·5) ≈ √98,1 ≈ 9,9 m/s.

Question 15Mechanik

Ein Körper bewegt sich auf einer Kreisbahn mit konstantem Betrag der Geschwindigkeit. Welche Größe ändert sich dabei fortlaufend?

  1. Die Richtung der Geschwindigkeit Correct answer.
  2. Die Umlaufzeit bei fester Bahngeschwindigkeit
  3. Die Masse des Körpers
  4. Der Betrag der Geschwindigkeit

Explanation

Bei einer gleichförmigen Kreisbewegung bleibt der Betrag der Geschwindigkeit konstant, aber der Geschwindigkeitsvektor ändert ständig seine Richtung. Diese Richtungsänderung erfordert eine zum Kreismittelpunkt gerichtete Zentripetalbeschleunigung.

Question 16Mechanik

Welche Richtung hat die Zentripetalkraft bei einer gleichförmigen Kreisbewegung?

  1. Senkrecht zur Bahnebene
  2. Tangential zur Bahn, in Bewegungsrichtung
  3. Vom Mittelpunkt nach außen
  4. Zum Kreismittelpunkt hin Correct answer.

Explanation

Die Zentripetalkraft zeigt stets zum Kreismittelpunkt und hält den Körper auf der Kreisbahn. Sie steht senkrecht auf der Bewegungsrichtung und verändert nur die Richtung, nicht den Betrag der Geschwindigkeit.

Question 17Mechanik

Ein Hebel befindet sich im Gleichgewicht. Links wirkt in 0,2 m Abstand vom Drehpunkt eine Kraft von 30 N. Welche Kraft ist rechts in 0,6 m Abstand nötig?

  1. 90 N
  2. 60 N
  3. 10 N Correct answer.
  4. 30 N

Explanation

Beim Hebelgleichgewicht gilt F₁·r₁ = F₂·r₂. Mit 30 N·0,2 m = 6 N·m folgt F₂ = 6 N·m / 0,6 m = 10 N. Ein längerer Hebelarm erfordert eine kleinere Kraft.

Question 18Mechanik

Ein Körper der Masse 0,5 kg wird durch eine Kraft 2 s lang beschleunigt und erreicht aus der Ruhe 8 m/s. Wie groß ist die wirkende Kraft?

  1. 8 N
  2. 4 N
  3. 16 N
  4. 2 N Correct answer.

Explanation

Zuerst ergibt sich die Beschleunigung aus a = Δv/Δt = 8 m/s / 2 s = 4 m/s². Mit F = m·a folgt F = 0,5 kg·4 m/s² = 2 N. Alternativ liefert die Impulsänderung Δp/Δt dasselbe Ergebnis.

Question 19Mechanik

Ein Körper gleitet mit konstanter Geschwindigkeit eine schiefe Ebene hinab. Welche Aussage über die Reibungskraft ist dann zutreffend?

  1. Die Reibungskraft ist größer als die Hangabtriebskomponente.
  2. Die Reibungskraft ist gleich der gesamten Gewichtskraft.
  3. Die Reibungskraft ist gleich der Hangabtriebskomponente der Gewichtskraft. Correct answer.
  4. Die Reibungskraft ist null, weil der Körper gleitet.

Explanation

Konstante Geschwindigkeit bedeutet Kräftegleichgewicht in Bewegungsrichtung. Die Reibungskraft muss daher die Hangabtriebskomponente m·g·sin(α) gerade kompensieren. Die Normalkraft beeinflusst nur die Größe der Reibung, nicht das Gleichgewicht selbst.

Question 20Mechanik

Ein Satellit umkreist die Erde auf einer stabilen Kreisbahn. Wie hängt die für die Kreisbahn nötige Zentripetalkraft mit dem Bahnradius zusammen, wenn die Umlaufgeschwindigkeit konstant bleibt?

  1. Sie ist unabhängig vom Radius.
  2. Sie ist umgekehrt proportional zum Radius. Correct answer.
  3. Sie ist proportional zum Radius.
  4. Sie ist proportional zum Quadrat des Radius.

Explanation

Für die Zentripetalkraft gilt F_Z = m·v²/r. Bei konstanter Bahngeschwindigkeit v und fester Masse m ist die Kraft also umgekehrt proportional zum Radius. Ein größerer Radius erfordert bei gleicher Geschwindigkeit eine kleinere Zentripetalkraft.

Question 21Mechanik

Zwei Körper mit den Massen m₁ und m₂ ziehen sich gravitativ an. Wie ändert sich der Betrag der Gravitationskraft, wenn der Abstand ihrer Mittelpunkte verdoppelt wird?

  1. Er viertelt sich. Correct answer.
  2. Er vervierfacht sich.
  3. Er bleibt gleich.
  4. Er halbiert sich.

Explanation

Nach dem Gravitationsgesetz gilt F = G·m₁·m₂/r². Der Abstand steht im Quadrat im Nenner; verdoppelt sich r, so wächst der Nenner um den Faktor 4, und die Kraft sinkt auf ein Viertel.

Question 22Mechanik

Ein Körper wird an einer Schnur im Kreis geschleudert, die Schnur reißt plötzlich. Welche Bewegung führt der Körper unmittelbar nach dem Reißen aus (ohne Schwerkraft betrachtet)?

  1. Er bewegt sich geradlinig tangential zur bisherigen Bahn weiter. Correct answer.
  2. Er bleibt sofort stehen.
  3. Er bewegt sich geradlinig radial nach außen.
  4. Er bewegt sich weiterhin auf der Kreisbahn.

Explanation

Nach dem Trägheitsprinzip bewegt sich ein Körper ohne resultierende Kraft geradlinig mit der momentanen Geschwindigkeit weiter. Diese zeigt im Moment des Reißens tangential zur Kreisbahn. Die Zentripetalkraft fällt weg, eine radial nach außen gerichtete Bewegung entsteht nicht.

Question 23Mechanik

Ein Körper der Masse 3 kg wird um 2 m angehoben (g ≈ 9,81 m/s²). Welche Änderung der potentiellen Energie ergibt sich?

  1. Etwa 29,4 J
  2. Etwa 6 J
  3. Etwa 58,9 J Correct answer.
  4. Etwa 19,6 J

Explanation

Die Änderung der potentiellen Energie im Schwerefeld ist ΔE_pot = m·g·Δh. Mit 3 kg, 9,81 m/s² und 2 m ergibt sich rund 58,9 J. Die Hubarbeit wird als potentielle Energie gespeichert.

Question 24Mechanik

Zwei Körper stoßen elastisch zusammen. Welche Erhaltungssätze gelten für das abgeschlossene System aus beiden Körpern?

  1. Nur die kinetische Energie bleibt erhalten, der Impuls ändert sich.
  2. Sowohl der Gesamtimpuls als auch die gesamte kinetische Energie bleiben erhalten. Correct answer.
  3. Weder Impuls noch kinetische Energie bleiben erhalten.
  4. Nur der Impuls bleibt erhalten, die kinetische Energie nimmt ab.

Explanation

Beim elastischen Stoß in einem abgeschlossenen System bleiben sowohl der Gesamtimpuls als auch die gesamte kinetische Energie erhalten. Die Energie wird lediglich zwischen den Stoßpartnern ausgetauscht, nicht in andere Formen umgewandelt.

Question 25Mechanik

Ein Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf gerader Bahn. Welche Aussage über die an ihm verrichtete Gesamtarbeit pro Zeit (Leistung) ist zutreffend, wenn keine Reibung wirkt?

  1. Die Leistung ist gleich der Gewichtskraft multipliziert mit der Strecke.
  2. Die Leistung wächst proportional zur zurückgelegten Strecke.
  3. Die Leistung ist null, weil sich die kinetische Energie nicht ändert. Correct answer.
  4. Die Leistung ist unendlich groß, da die Geschwindigkeit konstant ist.

Explanation

Die Leistung als Änderung der Energie pro Zeit ist null, wenn die kinetische Energie konstant bleibt. Ohne Reibung und ohne Beschleunigung wird keine Arbeit am Körper verrichtet. Die Geschwindigkeit allein bedeutet nicht, dass Energie umgesetzt wird.

Question 26Mechanik

Ein Körper bewegt sich geradlinig so, dass sein Weg-Zeit-Diagramm eine Gerade mit konstanter positiver Steigung ist. Welche Aussage über die Bewegung trifft zu?

  1. Die Geschwindigkeit ist konstant und die Beschleunigung ist null. Correct answer.
  2. Der Körper bewegt sich mit konstanter Beschleunigung, aber veränderlicher Geschwindigkeit.
  3. Die Geschwindigkeit nimmt gleichmäßig zu, die Beschleunigung ist konstant positiv.
  4. Die Beschleunigung wächst proportional zur zurückgelegten Strecke.

Explanation

Die Steigung im Weg-Zeit-Diagramm ist die Momentangeschwindigkeit. Eine Gerade mit konstanter Steigung bedeutet, dass die Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt gleich groß ist. Damit ändert sich die Geschwindigkeit nicht, also ist die Beschleunigung null.

Question 27Mechanik

Ein Fahrzeug bremst aus 20 m/s gleichmäßig und kommt nach 5 s zum Stillstand. Wie groß ist der Betrag seiner Verzögerung?

  1. 4 m/s² Correct answer.
  2. 100 m/s²
  3. 2 m/s²
  4. 0,25 m/s²

Explanation

Bei gleichmäßiger Beschleunigung gilt a = Δv/Δt. Die Geschwindigkeitsänderung beträgt 20 m/s über 5 s, also 4 m/s². Der Betrag der Verzögerung ist damit 4 m/s².

Question 28Mechanik

Ein Ball wird senkrecht nach oben geworfen. Im höchsten Punkt seiner Bahn gilt für Geschwindigkeit und Beschleunigung (ohne Luftwiderstand):

  1. Geschwindigkeit und Beschleunigung sind beide null.
  2. Die Geschwindigkeit ist null, die Beschleunigung ist ebenfalls null und wechselt erst danach das Vorzeichen.
  3. Die Geschwindigkeit ist null, die Beschleunigung ist nach oben gerichtet und betragsmäßig g.
  4. Die Geschwindigkeit ist null, die Beschleunigung ist nach unten gerichtet und betragsmäßig g. Correct answer.

Explanation

Im höchsten Punkt kehrt sich die Bewegungsrichtung um, daher ist die Geschwindigkeit kurzzeitig null. Die Erdbeschleunigung wirkt jedoch während des gesamten Flugs unverändert nach unten mit dem Betrag g. Nur die Geschwindigkeit verschwindet, nicht die Beschleunigung.

Question 29Mechanik

Ein Körper der Masse 2 kg ruht auf einer horizontalen Unterlage. Die Normalkraft der Unterlage auf den Körper ist die Reaktionskraft zu welcher Kraft?

  1. Zur Gewichtskraft, die die Erde auf den Körper ausübt Correct answer.
  2. Zur Gewichtskraft, die der Körper auf die Erde ausübt
  3. Zur Reibungskraft zwischen Körper und Unterlage
  4. Zur resultierenden Gesamtkraft auf den Körper

Explanation

Nach dem Wechselwirkungsprinzip gehören Kraft und Gegenkraft zum selben Wechselwirkungspaar zwischen zwei Körpern. Die Unterlage drückt den Körper nach oben, der Körper drückt die Unterlage nach unten. Die Reaktionskraft zur Normalkraft ist daher die Kraft des Körpers auf die Unterlage, die betragsmäßig der Gewichtskraft entspricht.

Question 30Mechanik

Ein Körper mit der Masse 0,4 kg hängt an einer Feder und dehnt sie um 8 cm. Wie groß ist die Federkonstante (g ≈ 9,81 m/s²)?

  1. etwa 490 N/m
  2. etwa 49 N/m Correct answer.
  3. etwa 4,9 N/m
  4. etwa 0,49 N/m

Explanation

Im Gleichgewicht gilt F = D·s mit F = m·g. Die Gewichtskraft beträgt 0,4 kg · 9,81 m/s² ≈ 3,92 N. Division durch die Dehnung 0,08 m ergibt D ≈ 49 N/m.

Question 31Mechanik

Ein Auto fährt mit 15 m/s durch eine Kurve mit Radius 45 m. Welche Zentripetalbeschleunigung wirkt dabei?

  1. 5 m/s² Correct answer.
  2. 3 m/s²
  3. 0,33 m/s²
  4. 10 m/s²

Explanation

Für die gleichförmige Kreisbewegung gilt a = v²/r. Mit v = 15 m/s und r = 45 m ergibt sich 225/45 = 5 m/s². Diese Beschleunigung zeigt stets zum Kreismittelpunkt.

Question 32Mechanik

Ein Körper wird von einer Kraft F über eine Strecke s beschleunigt. Welche Aussage über den Zusammenhang von Arbeit und kinetischer Energie gilt allgemein (Arbeit-Energie-Satz)?

  1. Die am Körper verrichtete Gesamtarbeit entspricht der Änderung seiner kinetischen Energie. Correct answer.
  2. Die Arbeit ist unabhängig vom Weg stets null bei beschleunigten Bewegungen.
  3. Die Arbeit ist gleich der Änderung der Gewichtskraft.
  4. Die Arbeit ist stets gleich der Endgeschwindigkeit des Körpers.

Explanation

Der Arbeit-Energie-Satz besagt, dass die Summe aller am Körper verrichteten Arbeiten gleich der Änderung der kinetischen Energie ist. Bei konstanter Kraft in Bewegungsrichtung gilt W = F·s = ΔEkin. Damit verbindet der Satz Kraft, Weg und Geschwindigkeitsänderung.

Question 33Mechanik

Ein Wagen rollt reibungsfrei aus der Höhe 1,2 m eine Rampe hinab. Welche Geschwindigkeit erreicht er unten (g ≈ 9,81 m/s²)?

  1. etwa 24 m/s
  2. etwa 4,9 m/s Correct answer.
  3. etwa 2,4 m/s
  4. etwa 11,8 m/s

Explanation

Bei reibungsfreier Bewegung bleibt die mechanische Energie erhalten: m·g·h = ½·m·v². Daraus folgt v = √(2gh) = √(2·9,81·1,2) ≈ 4,9 m/s. Die Masse kürzt sich heraus.

Question 34Mechanik

Zwei Kugeln stoßen zentral zusammen. Welche Größe bleibt bei jedem Stoß in einem abgeschlossenen System ohne äußere Kräfte stets erhalten?

  1. Die kinetische Energie beider Kugeln
  2. Die Summe der Geschwindigkeitsbeträge beider Kugeln
  3. Die Summe der Beschleunigungen beider Kugeln
  4. Der Gesamtimpuls beider Kugeln Correct answer.

Explanation

Der Impulserhaltungssatz folgt direkt aus dem Wechselwirkungsprinzip: Die inneren Kräfte sind betragsgleich und entgegengesetzt, sodass sich die Impulsänderungen aufheben. Der Gesamtimpuls bleibt daher bei jedem Stoß erhalten, unabhängig davon, ob er elastisch oder unelastisch ist.

Question 35Mechanik

Eine Kugel der Masse 0,2 kg trifft mit 6 m/s auf eine Wand und prallt mit 4 m/s in entgegengesetzter Richtung zurück. Wie groß ist der Betrag der Impulsänderung?

  1. 1,2 kg·m/s
  2. 2,0 kg·m/s Correct answer.
  3. 0,8 kg·m/s
  4. 0,4 kg·m/s

Explanation

Der Impuls ist eine vektorielle Größe. Vor dem Stoß gilt p = 0,2·6 = 1,2 kg·m/s, nach dem Stoß p' = 0,2·(−4) = −0,8 kg·m/s. Die Änderung beträgt Δp = p' − p = −2,0 kg·m/s, der Betrag also 2,0 kg·m/s.

Question 36Mechanik

Ein Körper der Masse 10 kg wird auf dem Mond (g ≈ 1,6 m/s²) gewogen. Welche Aussage über Masse und Gewichtskraft ist korrekt?

  1. Die Masse nimmt ab, die Gewichtskraft bleibt gleich.
  2. Die Masse bleibt 10 kg, die Gewichtskraft beträgt etwa 16 N. Correct answer.
  3. Die Masse beträgt etwa 1,6 kg, die Gewichtskraft 10 N.
  4. Die Masse und die Gewichtskraft bleiben gegenüber der Erde unverändert.

Explanation

Die Masse ist eine ortsunabhängige Eigenschaft des Körpers und bleibt daher 10 kg. Die Gewichtskraft hängt von der lokalen Fallbeschleunigung ab und beträgt F = m·g = 10·1,6 = 16 N. Auf der Erde wäre sie mit etwa 98 N deutlich größer.

Question 37Mechanik

Ein Körper gleitet reibungsfrei eine schiefe Ebene mit dem Neigungswinkel α hinab. Welche Kraftkomponente treibt ihn entlang der Ebene an?

  1. Die Reibungskraft mit Betrag m·g·tan α
  2. Die Hangabtriebskraft mit Betrag m·g·sin α Correct answer.
  3. Die Normalkraft mit Betrag m·g·cos α
  4. Die Gewichtskraft mit Betrag m·g

Explanation

Die Gewichtskraft wird in eine Komponente senkrecht zur Ebene und eine parallel zur Ebene zerlegt. Die parallele Komponente ist die Hangabtriebskraft m·g·sin α und beschleunigt den Körper. Die Normalkraft steht senkrecht zur Bewegung und verrichtet keine Arbeit.

Question 38Mechanik

Ein Körper steht auf einer horizontalen Platte und bewegt sich mit ihr mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn. Welche Kraft liefert die Zentripetalkraft?

  1. Die Haftreibungskraft zwischen Körper und Platte Correct answer.
  2. Die Normalkraft der Platte
  3. Die Zentrifugalkraft im Inertialsystem
  4. Die Gewichtskraft des Körpers

Explanation

Die Kreisbewegung erfordert eine resultierende Kraft zum Mittelpunkt, die hier nur durch die Haftreibung zwischen Platte und Körper bereitgestellt werden kann. Gewichtskraft und Normalkraft sind senkrecht und heben sich gegenseitig auf. Eine Zentrifugalkraft tritt nur im mitrotierenden Bezugssystem als Scheinkraft auf.

Question 39Mechanik

Ein Satellit wird auf eine höhere Kreisbahn gebracht. Wie ändern sich Umlaufzeit und Bahngeschwindigkeit?

  1. Beide nehmen zu.
  2. Beide nehmen ab.
  3. Die Umlaufzeit nimmt zu, die Bahngeschwindigkeit nimmt ab. Correct answer.
  4. Die Umlaufzeit nimmt ab, die Bahngeschwindigkeit nimmt zu.

Explanation

Aus der Gleichsetzung von Gravitationskraft und Zentripetalkraft folgt v = √(GM/r). Mit größerem Bahnradius sinkt die Bahngeschwindigkeit. Die Umlaufzeit T = 2πr/v wächst dabei stärker als r, sodass sie mit dem Radius zunimmt.

Question 40Mechanik

Welche Aussage beschreibt die gleichförmige Kreisbewegung physikalisch korrekt?

  1. Die Geschwindigkeit nimmt gleichmäßig mit der Zeit zu.
  2. Die Beschleunigung ist null, weil der Betrag der Geschwindigkeit konstant ist.
  3. Der Betrag der Geschwindigkeit ist konstant, die Richtung ändert sich ständig. Correct answer.
  4. Der Geschwindigkeitsvektor bleibt konstant, nur der Ort ändert sich.

Explanation

Bei der gleichförmigen Kreisbewegung bleibt nur der Betrag der Geschwindigkeit gleich, während sich die Richtung des Geschwindigkeitsvektors laufend ändert. Da sich der Vektor ändert, liegt eine Beschleunigung vor, die zum Mittelpunkt zeigt.

Question 41Mechanik

Ein Körper der Masse 4 kg wird durch eine konstante Kraft von 12 N aus der Ruhe heraus über 3 s beschleunigt. Welchen Impuls hat er danach?

  1. 12 kg·m/s
  2. 9 kg·m/s
  3. 144 kg·m/s
  4. 36 kg·m/s Correct answer.

Explanation

Der Kraftstoß F·Δt ist gleich der Impulsänderung. Mit F = 12 N und Δt = 3 s ergibt sich Δp = 36 kg·m/s. Aus der Ruhe ist dies zugleich der Endimpuls des Körpers.

Question 42Mechanik

Ein Körper der Masse m wird im Abstand r von der Erdmitte betrachtet. Wie ändert sich die Gravitationskraft auf ihn, wenn der Abstand bei konstanter Masse verdoppelt wird?

  1. Sie bleibt gleich, weil die Masse des Körpers konstant ist.
  2. Sie sinkt auf die Hälfte ihres Betrags.
  3. Sie verdoppelt sich.
  4. Sie sinkt auf ein Viertel ihres Betrags. Correct answer.

Explanation

Nach dem Gravitationsgesetz gilt F ∝ 1/r². Bei doppeltem Abstand wird der Nenner viermal so groß, die Kraft sinkt also auf ein Viertel. Die Masse des Körpers beeinflusst nur den Ausgangsbetrag, nicht diese Abstandsabhängigkeit.

Question 43Mechanik

Ein Wagen der Masse 3 kg stößt mit 4 m/s auf einen ruhenden Wagen der Masse 1 kg und bleibt mit ihm verbunden. Welche Geschwindigkeit haben beide nach dem Stoß?

  1. 1 m/s
  2. 4 m/s
  3. 3 m/s Correct answer.
  4. 2 m/s

Explanation

Beim vollkommen unelastischen Stoß bleibt der Gesamtimpuls erhalten. Vor dem Stoß gilt p = 3·4 = 12 kg·m/s. Nach dem Stoß bewegt sich die Gesamtmasse 4 kg, also v = 12/4 = 3 m/s.

Question 44Mechanik

Ein Körper wird an einer Schnur im Kreis geschleudert. Wird die Schnur doppelt so lang, während die Winkelgeschwindigkeit gleich bleibt, wie ändert sich die Zentripetalkraft?

  1. Sie halbiert sich.
  2. Sie verdoppelt sich. Correct answer.
  3. Sie bleibt gleich.
  4. Sie vervierfacht sich.

Explanation

Mit der Winkelgeschwindigkeit ω gilt für die Zentripetalkraft F = m·ω²·r. Bei konstantem m und ω ist F proportional zum Radius. Eine Verdopplung des Radius verdoppelt daher auch die erforderliche Zentripetalkraft.

Question 45Mechanik

Welche der folgenden Größen ist im SI-System eine Basiseinheit der Mechanik?

  1. Das Newton
  2. Das Joule
  3. Das Watt
  4. Das Kilogramm Correct answer.

Explanation

Das SI-System legt sieben Basiseinheiten fest, darunter das Kilogramm für die Masse und das Meter für die Länge. Newton, Joule und Watt sind abgeleitete Einheiten, die sich aus Basiseinheiten zusammensetzen.

Question 46Mechanik

Ein Kran hebt eine Last der Masse 200 kg in 10 s gleichmäßig um 5 m an (g ≈ 9,81 m/s²). Welche mittlere mechanische Leistung erbringt er dabei?

  1. etwa 98 W
  2. etwa 981 W Correct answer.
  3. etwa 9810 W
  4. etwa 100 W

Explanation

Die verrichtete Hubarbeit beträgt W = m·g·h = 200·9,81·5 ≈ 9810 J. Die mittlere Leistung ist P = W/t = 9810 J / 10 s ≈ 981 W. Die Zeit wird also durch die Hubarbeit geteilt.

Question 47Mechanik

Ein Körper bewegt sich reibungsfrei auf einer horizontalen Ebene und wird von einer Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung geschoben. Welche Arbeit verrichtet diese Kraft?

  1. Gleich der Änderung der kinetischen Energie des Körpers.
  2. Null, weil Kraft und Weg senkrecht zueinander stehen. Correct answer.
  3. Maximal, weil die Kraft vollständig wirkt.
  4. Gleich dem Produkt aus Kraft und Weg.

Explanation

Für die Arbeit gilt W = F·s·cos α, wobei α der Winkel zwischen Kraft und Weg ist. Bei α = 90° ist cos α = 0, also wird keine Arbeit verrichtet. Die Kraft kann den Betrag der Geschwindigkeit daher nicht ändern.

Question 48Mechanik

Ein Körper der Masse 1 kg bewegt sich mit 2 m/s. Welchen Betrag hat sein Impuls?

  1. 0,5 kg·m/s
  2. 2 kg·m/s Correct answer.
  3. 4 kg·m/s
  4. 2 N

Explanation

Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit: p = m·v. Mit 1 kg und 2 m/s ergibt sich 2 kg·m/s. Die Einheit kg·m/s ist gleichbedeutend mit N·s.

Question 49Mechanik

Ein Körper fällt aus der Ruhe und erreicht nach 2 s eine Geschwindigkeit von etwa 19,6 m/s. Welche Fallstrecke hat er in dieser Zeit zurückgelegt (g ≈ 9,81 m/s²)?

  1. etwa 39,2 m
  2. etwa 9,8 m
  3. etwa 19,6 m Correct answer.
  4. etwa 4,9 m

Explanation

Für den freien Fall aus der Ruhe gilt s = ½·g·t². Mit t = 2 s ergibt sich s = ½·9,81·4 ≈ 19,6 m. Die Fallstrecke wächst also quadratisch mit der Zeit.

Question 50Mechanik

Ein Körper der Masse 2 kg wird auf einer horizontalen Unterlage von einer Kraft von 10 N gezogen, die Reibungskraft beträgt 4 N. Wie groß ist seine Beschleunigung?

  1. 2 m/s²
  2. 7 m/s²
  3. 5 m/s²
  4. 3 m/s² Correct answer.

Explanation

Zuerst wird die resultierende Kraft bestimmt: 10 N − 4 N = 6 N. Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gilt a = F/m = 6 N / 2 kg = 3 m/s². Die Reibung wirkt der Zugkraft entgegen.