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Newtonsche Mechanik: Schwerkraft, Impuls, Energie, Reibung

Teste dein Verständnis der klassischen Physik: Newtons Gesetze, Schwerkraft, Impuls, kinetische Energie und Reibung. Elf geprüfte Fragen mit klaren Erläuterungen.

12 Fragen~6 Minde
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Was besagt Newtons zweites Gesetz?

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  1. Q1. Was besagt Newtons zweites Gesetz?

    • F = m + a
    • F = m / a
    • F = m × a
    • F = m − a
    Newtons zweites Gesetz, veröffentlicht in den Principia (1687), besagt, dass die Nettokraft auf einen Körper gleich seiner Masse mal seiner Beschleunigung ist. Die Einheit ist das Newton (N), wobei 1 N = 1 kg·m/s².

  2. Q2. Ungefährer Wert der Fallbeschleunigung g an der Erdoberfläche?

    • 1,6 m/s²
    • 9,81 m/s²
    • 32 m/s²
    • 100 m/s²
    Die Normfallbeschleunigung beträgt 9,80665 m/s², üblicherweise auf 9,81 m/s² gerundet. Auf dem Mond beträgt sie nur etwa 1,62 m/s², ungefähr ein Sechstel der Erdbeschleunigung.

  3. Q3. Welche Größe ist bei einem isolierten Stoß (ohne äußere Kraft) erhalten?

    • Geschwindigkeit
    • Nur kinetische Energie
    • Linearer Impuls
    • Beschleunigung
    Der lineare Impuls p = m·v ist stets erhalten, wenn keine äußere Kraft wirkt. Kinetische Energie ist nur bei vollkommen elastischen Stößen vollständig erhalten; bei unelastischen Stößen geht ein Teil als Wärme oder Verformung verloren.

  4. Q4. Wie wird die kinetische Energie eines sich bewegenden Körpers berechnet?

    • m·v
    • ½·m·v²
    • m·g·h
    • m·v²
    Kinetische Energie E_kin = ½·m·v². Ein Auto, das seine Geschwindigkeit verdoppelt, vervierfacht daher seine kinetische Energie – weshalb Bremswege mit der Geschwindigkeit so schnell wachsen.

  5. Q5. Newtons Gravitationsgesetz besagt, dass die Kraft zwischen zwei Massen...

    • Proportional zur Entfernung ist
    • Umgekehrt proportional zur Entfernung ist
    • Umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist
    • Unabhängig von der Entfernung ist
    F = G·m₁·m₂ / r². Die Gravitationskonstante G ≈ 6,674 × 10⁻¹¹ N·m²/kg² wurde erstmals 1798 von Henry Cavendish mit einer Torsionswaage gemessen.

  6. Q6. Was besagt Newtons drittes Gesetz?

    • Alle Körper fallen gleich schnell
    • Energie ist erhalten
    • Jeder Kraft wirkt eine gleich große, entgegengesetzte Kraft entgegen
    • Kraft gleich Masse mal Beschleunigung
    Wenn Körper A Körper B mit Kraft F drückt, drückt Körper B Körper A mit −F zurück. Deshalb beschleunigt eine Rakete: Die nach hinten gestoßenen Gase stoßen die Rakete nach vorn.

  7. Q7. Welcher Wissenschaftler zeigte, dass alle Körper im Vakuum gleich schnell fallen?

    • Aristoteles
    • Galileo Galilei
    • Tycho Brahe
    • Robert Hooke
    Galileo argumentierte um 1590, dass die Masse den Fall im Vakuum nicht beeinflusst. Apollo-15-Astronaut David Scott bestätigte dies 1971 auf dem Mond, indem er gleichzeitig einen Hammer und eine Feder fallen ließ.

  8. Q8. Was ist Reibung?

    • Eine Art Schwerkraft
    • Eine Kraft, die der Relativbewegung zwischen Oberflächen entgegenwirkt
    • Eine Form kinetischer Energie
    • Magnetische Anziehung
    Reibung hemmt das Gleiten zwischen Kontaktflächen. Sie entsteht durch mikroskopische Rauheit und Adhäsion. Gleitreibung ist meist geringer als Haftreibung – deshalb ist es am schwersten, etwas in Bewegung zu versetzen.

  9. Q9. Die potenzielle Schwerkraftenergie in der Nähe der Erdoberfläche beträgt...

    • m·v²
    • ½·k·x²
    • m·g·h
    • F·d²
    E_pot = m·g·h, wobei h die Höhe über einem Referenzniveau ist. Ein 1-kg-Buch um 1 m anzuheben ergibt etwa 9,81 Joule potenzielle Energie, die beim Fallen in kinetische Energie umgewandelt wird.

  10. Q10. Was ist die SI-Einheit für Arbeit und Energie?

    • Watt
    • Joule
    • Newton
    • Pascal
    Das Joule (J) entspricht 1 N·m. James Prescott Joule bestimmte in den 1840er Jahren das mechanische Wärmeäquivalent und verknüpfte damit mechanische Arbeit und thermische Energie.

  11. Q11. Warum fällt ein Satellit nicht zur Erde, sondern bleibt auf seiner Umlaufbahn?

    • Im Weltraum gibt es keine Schwerkraft
    • Er bewegt sich seitlich schnell genug, dass die Erde darunter wegkrümmt
    • Luftdruck hält ihn oben
    • Magnetismus stößt ihn ab
    Ein Satellit fällt ständig, aber seine Tangentialgeschwindigkeit (etwa 7,8 km/s in niedriger Erdumlaufbahn) bedeutet, dass die Erdoberfläche genauso schnell wegkrümmt. Newton veranschaulichte dies mit seinem berühmten 'Kanonenball'-Gedankenexperiment.

  12. Q12. Was besagt der Arbeit-Energie-Theorem?

    • Arbeit gleich Masse mal Schwerkraft
    • Die Nettoarbeit an einem Körper gleicht der Änderung seiner kinetischen Energie
    • Arbeit kann im Vakuum nicht verrichtet werden
    • Arbeit wird immer zu Wärme
    W_netto = ΔE_kin. Einen 2-kg-Block von Ruhe auf 3 m/s zu beschleunigen erfordert 9 J Nettoarbeit, unabhängig vom zurückgelegten Weg.

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