Anwendungsaufgabe Physik Überholvorgang?

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Anwendungsaufgabe Physik Überholvorgang?

Antwort

Verwandte Fragen

Einfacher Rechnung von 108 km/h für 0,8 Sekunden.

Wie zeichne ich ein Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm?

Was ist der Unterschied zwischen Momentangeschwindigkeit und Durchschnittsgeschwindigkeit?

Was gibt die Geschwindigkeit an?

Wie lauten die Formeln zur Berechnung von Strecke und Zeit bei geradlinig gleichförmiger Bewegung?

Welche Geschwindigkeit hat eine Gewehrkugel nach senkrechtem Abschuss beim Auftreffen auf den Boden?

Wie berechnet man aus einem Bremsweg von 25 Metern die Geschwindigkeit in km/h?

Ist es ein Widerspruch, dass Zeit laut einer These keine physikalische Größe ist, aber in der SRT mit dem Raum verschmilzt?

Gibt es Vorgänge, die mit negativer Zeit ablaufen?

Erklärt ein Modell mit logarithmierter Zeit, warum der Urknall unendlich weit zurückliegt und beantwortet das Fragen zur Zeit vor dem Urknall?

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Ein Überholvorgang in der Physik kann als Anwendungsaufgabe betrachtet werden, die sich mit der Relativbewegung von Fahrzeugen beschäftigt. Hier ist ein Beispiel für eine solche Aufgabe: **Aufgabenstellung:** Ein Auto fährt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 80 km/h auf einer Landstraße. Hinter ihm fährt anderes Auto, das mit 120 km/h fährt. Der Fahrer schnelleren Autos möchte das langsamere Auto überholen. Der Überholvorgang beginnt, als der Abstand zwischen den beiden Autos 50 Meter beträgt. 1. Berechne die Zeit, die das schnellere Auto benötigt, um das langsamere Auto zu überholen, wenn der Überholvorgang 20 Meter lang ist. 2. Bestimme, wie viel Abstand zwischen den beiden Autos besteht, nachdem das schnellere Auto den Überholvorgang abgeschlossen hat. **Lösungsansatz:** 1. **Relative Geschwindigkeit:** Die relative Geschwindigkeit zwischen den beiden Autos beträgt: \[ v_{\text{rel}} = v_{\text{schnell}} - v_{\text{langsam}} = 120 \, \text{km/h} - 80 \, \text{km/h} = 40 \, \text{km/h} \] Um die Geschwindigkeit in m/s umzurechnen: \[ v_{\text{rel}} = \frac{40 \, \text{km/h} \times 1000 \, \text{m/km}}{3600 \, \text{s/h}} \approx 11,11 \, \text{m/s} \] 2. **Zeit für den Überholvorgang:** Der Überholvorgang dauert, bis das schnellere Auto die 20 Meter des Überholvorgangs zurückgelegt hat: \[ t = \frac{s}{v_{\text{rel}}} = \frac{20 \, \text{m}}{11,11 \, \text{m/s}} \approx 1,8 \, \text{s} \] 3. **Berechnung des Abstands nach dem Überholen:** In dieser Zeit legt das langsamere Auto ebenfalls eine Strecke zurück: \[ s_{\text{langsam}} = v_{\text{langsam}} \cdot t = 80 \, \text{km/h} \cdot \frac{1000 \, \text{m/km}}{3600 \, \text{s/h}} \cdot 1,8 \, \text{s} \approx 40 \, \text{m} \] Der Abstand nach dem Überholvorgang beträgt: \[ \text{Neuer Abstand} = \text{Ursprünglicher Abstand} + s_{\text{langsam}} - s_{\text{überholt}} = 50 \, \text{m} + 40 \, \text{m} - 20 \, \text{m} = 70 \, \text{m} \] **Ergebnisse:** 1. Die Zeit für den Überholvorgang beträgt etwa 1,8 Sekunden. 2. Der Abstand zwischen den beiden Autos nach dem Überholen beträgt 70 Meter.

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Um die Strecke zu berechnen, die bei einer Geschwindigkeit von 108 km/h in 0,8 Sekunden zurückgelegt wird, kannst du die Formel für die Strecke verwenden: \[ \text{Strecke} = \text{Geschwin... [mehr]

Accepted Answer

Um die Strecke zu berechnen, die bei einer Geschwindigkeit von 108 km/h in 0,8 Sekunden zurückgelegt wird, kannst du die Formel für die Strecke verwenden: \[ \text{Strecke} = \text{Geschwindigkeit} \times \text{Zeit} \] Zuerst musst du die Geschwindigkeit von km/h in m/s umrechnen: \[ 108 \, \text{km/h} = \frac{108 \times 1000 \, \text{m}}{3600 \, \text{s}} = 30 \, \text{m/s} \] Jetzt kannst du die Strecke berechnen: \[ \text{Strecke} = 30 \, \text{m/s} \times 0,8 \, \text{s} = 24 \, \text{m} \] Die zurückgelegte Strecke beträgt also 24 Meter.

Accepted Answer

Um ein Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm einfach zu zeichnen, folge diesen Schritten: 1. **Achsen zeichnen**: Zeichne ein Koordinatensystem. Die horizontale Achse (x-Achse) steht für die Zeit, die v... [mehr]

Accepted Answer

Um ein Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm einfach zu zeichnen, folge diesen Schritten: 1. **Achsen zeichnen**: Zeichne ein Koordinatensystem. Die horizontale Achse (x-Achse) steht für die Zeit, die vertikale Achse (y-Achse) für die Geschwindigkeit. 2. **Einheiten festlegen**: Bestimme die Einheiten für Zeit (z.B. Sekunden) und Geschwindigkeit (z.B. Meter pro Sekunde). Beschrifte die Achsen entsprechend. 3. **Datenpunkte eintragen**: Trage die gemessenen Werte für Zeit und Geschwindigkeit als Punkte in das Diagramm ein. Zum Beispiel, wenn du bei 2 Sekunden eine Geschwindigkeit von 10 m/s hast, setze einen Punkt bei (2, 10). 4. **Punkte verbinden**: Verbinde die Punkte mit Linien, um den Verlauf der Geschwindigkeit über die Zeit darzustellen. Wenn die Geschwindigkeit konstant ist, wird die Linie horizontal sein. Bei einer Beschleunigung wird die Linie steigend sein. 5. **Diagramm analysieren**: Schau dir das Diagramm an, um zu sehen, wie sich die Geschwindigkeit im Laufe der Zeit verändert hat. Das ist eine einfache Methode, um ein Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm zu erstellen!

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Die Durchschnittsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt im Mittel über eine bestimmte Zeitspanne bewegt hat. Sie berechnet sich aus dem zurückgelegten Weg geteilt durch die daf... [mehr]

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Die Durchschnittsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt im Mittel über eine bestimmte Zeitspanne bewegt hat. Sie berechnet sich aus dem zurückgelegten Weg geteilt durch die dafür benötigte Zeit: \[ \text{Durchschnittsgeschwindigkeit} = \frac{\text{zurückgelegter Weg}}{\text{benötigte Zeit}} \] Die Momentangeschwindigkeit hingegen beschreibt die Geschwindigkeit eines Objekts zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt. Sie entspricht der Geschwindigkeit, die das Objekt genau in diesem Moment hat. Mathematisch ist sie die Ableitung des Weges nach der Zeit, also die Steigung der Weg-Zeit-Kurve an einem bestimmten Punkt. Zusammengefasst: - **Durchschnittsgeschwindigkeit**: Über einen Zeitraum gemittelt. - **Momentangeschwindigkeit**: Zu einem bestimmten Zeitpunkt.

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Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt in einer bestimmten Zeitspanne bewegt. Sie beschreibt also, welche Strecke in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird. Die gebräuchli... [mehr]

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Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt in einer bestimmten Zeitspanne bewegt. Sie beschreibt also, welche Strecke in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird. Die gebräuchliche Einheit für Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s) oder Kilometer pro Stunde (km/h).

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Bei einer geradlinig gleichförmigen Bewegung gilt: **Strecke (s):** \( s = v \cdot t \) **Zeit (t):** \( t = \frac{s}{v} \) Dabei ist \( s \) = zurückgelegte Strecke (in Metern, m)... [mehr]

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Bei einer geradlinig gleichförmigen Bewegung gilt: **Strecke (s):** \( s = v \cdot t \) **Zeit (t):** \( t = \frac{s}{v} \) Dabei ist \( s \) = zurückgelegte Strecke (in Metern, m) \( v \) = konstante Geschwindigkeit (in Metern pro Sekunde, m/s) \( t \) = benötigte Zeit (in Sekunden, s)

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Wenn eine Gewehrkugel senkrecht nach oben mit einer Anfangsgeschwindigkeit \( X \) abgeschossen wird und Luftwiderstand vernachlässigt wird, gilt das Energieerhaltungsgesetz: - Beim Aufstieg wir... [mehr]

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Wenn eine Gewehrkugel senkrecht nach oben mit einer Anfangsgeschwindigkeit \( X \) abgeschossen wird und Luftwiderstand vernachlässigt wird, gilt das Energieerhaltungsgesetz: - Beim Aufstieg wird die gesamte kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt, bis die Geschwindigkeit oben null ist. - Beim Fall zurück zum Boden wird die potenzielle Energie wieder vollständig in kinetische Energie umgewandelt. Das bedeutet: **Die Kugel erreicht beim Zurückkommen am Boden (ohne Luftwiderstand) wieder genau die Geschwindigkeit \( X \), mit der sie abgeschossen wurde.** **Antwort:** Die Geschwindigkeit der Kugel beim Auftreffen auf den Boden ist (ohne Luftwiderstand) wieder \( X \), also genauso groß wie die Anfangsgeschwindigkeit – nur nach unten gerichtet. **Mit Luftwiderstand** wäre die Geschwindigkeit beim Auftreffen geringer als \( X \), da Energie durch Reibung verloren geht.

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Um aus dem Bremsweg die Geschwindigkeit zu berechnen, nutzt man die Faustformel für den Bremsweg bei einer Vollbremsung auf trockener Fahrbahn: **Bremsweg (in Meter) = (Geschwindigkeit in km/h :... [mehr]

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Um aus dem Bremsweg die Geschwindigkeit zu berechnen, nutzt man die Faustformel für den Bremsweg bei einer Vollbremsung auf trockener Fahrbahn: **Bremsweg (in Meter) = (Geschwindigkeit in km/h : 10) × (Geschwindigkeit in km/h : 10)** Das heißt: \[ s = \left(\frac{v}{10}\right)^2 \] Gegeben: - Bremsweg \( s = 25 \) Meter Gesucht: - Geschwindigkeit \( v \) in km/h **Umstellen der Formel nach v:** 1. \( s = \left(\frac{v}{10}\right)^2 \) 2. \( \sqrt{s} = \frac{v}{10} \) 3. \( v = 10 \times \sqrt{s} \) **Einsetzen:** \( v = 10 \times \sqrt{25} = 10 \times 5 = 50 \) km/h **Antwort:** Bei einem Bremsweg von 25 Metern beträgt die Geschwindigkeit etwa **50 km/h** (unter Annahme einer Vollbremsung auf trockener Fahrbahn und ohne Reaktionsweg).

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Die These, dass Zeit keine „wirkliche“ physikalische Größe sei, stammt meist aus philosophischen oder interpretationsbezogenen Diskussionen der Physik. In der Physik selbst, ins... [mehr]

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Die These, dass Zeit keine „wirkliche“ physikalische Größe sei, stammt meist aus philosophischen oder interpretationsbezogenen Diskussionen der Physik. In der Physik selbst, insbesondere in der Speziellen Relativitätstheorie (SRT), ist Zeit jedoch eine fundamentale Größe: Sie ist – zusammen mit dem Raum – Teil des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums. In der SRT werden Raum und Zeit mathematisch gleichberechtigt behandelt und zu einer Einheit, der Raumzeit, zusammengefasst. Ereignisse werden durch vier Koordinaten beschrieben: drei für den Raum, eine für die Zeit. Die Unterscheidung zwischen Raum und Zeit ist dabei nicht absolut, sondern hängt vom Bewegungszustand des Beobachters ab. Der scheinbare Widerspruch löst sich auf, wenn man die unterschiedlichen Ebenen betrachtet: - **Philosophisch/metaphysisch:** Hier wird diskutiert, ob Zeit „an sich“ existiert oder nur eine Folge von Veränderungen ist, die wir wahrnehmen. Manche vertreten die Ansicht, dass Zeit nur ein mentales Konstrukt ist. - **Physikalisch/mathematisch:** In der SRT ist Zeit eine messbare, mathematisch exakt definierte Größe, die mit dem Raum zu einer vierdimensionalen Struktur verschmilzt. Die Gleichungen der Physik funktionieren nur, wenn Zeit als physikalische Größe behandelt wird. Fazit: In der Physik, insbesondere in der Relativitätstheorie, ist die Zeit eine reale, messbare Größe, die mit dem Raum zur Raumzeit verschmilzt. Die philosophische Frage nach der „Wirklichkeit“ der Zeit ist davon unabhängig und kein Widerspruch zur physikalischen Behandlung in der SRT.

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In der Physik bezeichnet „negative Zeit“ in der Regel eine Umkehrung der Zeitrichtung, also Prozesse, die rückwärts in der Zeit ablaufen. Im Alltag und in der klassischen Physik... [mehr]

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In der Physik bezeichnet „negative Zeit“ in der Regel eine Umkehrung der Zeitrichtung, also Prozesse, die rückwärts in der Zeit ablaufen. Im Alltag und in der klassischen Physik beobachten wir solche Vorgänge nicht: Die Zeit scheint immer nur in eine Richtung zu verlaufen – von der Vergangenheit in die Zukunft. Das nennt man auch den „Zeitpfeil“. Allerdings gibt es in bestimmten physikalischen Theorien und Experimenten interessante Aspekte dazu: 1. **Zeitumkehrsymmetrie (T-Symmetrie):** Viele physikalische Grundgesetze (z. B. die Bewegungsgleichungen der klassischen Mechanik oder der Quantenmechanik) sind zeitumkehrsymmetrisch. Das heißt, sie würden auch dann gelten, wenn die Zeit rückwärts liefe. In der Realität beobachten wir aber makroskopisch keine Prozesse, die exakt rückwärts ablaufen (z. B. dass ein zerbrochenes Glas von selbst wieder ganz wird). 2. **Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik:** Der zweite Hauptsatz besagt, dass die Entropie (Unordnung) in einem abgeschlossenen System niemals abnimmt. Das ist der Grund, warum wir keine Prozesse mit „negativer Zeit“ sehen: Sie wären extrem unwahrscheinlich, weil sie eine Abnahme der Entropie bedeuten würden. 3. **Quantenmechanik:** In der Quantenmechanik gibt es mathematische Lösungen, die einer negativen Zeitrichtung entsprechen. In der Praxis werden diese aber meist als „virtuelle Prozesse“ oder als mathematische Hilfsmittel interpretiert. 4. **Antiteilchen und Feynman-Diagramme:** In der Teilchenphysik kann man Antiteilchen als Teilchen interpretieren, die sich rückwärts in der Zeit bewegen. Das ist aber eine mathematische Interpretation und bedeutet nicht, dass wir tatsächlich Vorgänge mit negativer Zeit beobachten. **Fazit:** Im Alltag und in der beobachtbaren Natur gibt es keine Vorgänge, die mit negativer Zeit ablaufen. In der theoretischen Physik gibt es jedoch Modelle und Interpretationen, in denen eine Umkehrung der Zeitrichtung eine Rolle spielt – diese sind aber meist nicht direkt beobachtbar. Weitere Informationen findest du z. B. bei [Spektrum.de: Zeitumkehr](https://www.spektrum.de/lexikon/physik/zeitumkehr/14860).

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Wenn du ein Modell verwendest, in dem die Zeit logarithmiert wird (also z. B. \( t' = \log(t) \)), dann verschiebt sich der Zeitpunkt \( t = 0 \) (der Urknall) im neuen Zeitmaßstab tats&aum... [mehr]

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Wenn du ein Modell verwendest, in dem die Zeit logarithmiert wird (also z. B. \( t' = \log(t) \)), dann verschiebt sich der Zeitpunkt \( t = 0 \) (der Urknall) im neuen Zeitmaßstab tatsächlich gegen minus unendlich (\( t' \to -\infty \)). Das bedeutet: Je näher du dem Urknall kommst, desto weiter „nach hinten“ verschiebt sich dieser Zeitpunkt auf der logarithmischen Skala. Allerdings löst das nicht das physikalische Problem der Zeit „vor“ dem Urknall. Die Frage, was vor dem Urknall war, ist nicht nur eine Frage der Zeitmessung oder der Skala, sondern eine fundamentale Frage der Physik und Kosmologie. Die gängigen Modelle (wie die Allgemeine Relativitätstheorie) beschreiben die Zeit ab dem Urknall, aber nicht davor – weil dort die bekannten physikalischen Gesetze zusammenbrechen (Singularität). Das logarithmische Zeitmodell ist also eine mathematische Umformung, die den Urknall auf der Skala verschiebt, aber keine neue Information über die physikalische Realität vor dem Urknall liefert. Die Frage nach der Zeit „vor“ dem Urknall bleibt damit unbeantwortet, weil sie nicht durch die Wahl der Zeitachse, sondern durch die Grenzen der aktuellen physikalischen Theorien bestimmt wird. Weitere Informationen findest du z. B. bei [Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik](https://www.aei.mpg.de/urknall) oder [Spektrum.de: Was war vor dem Urknall?](https://www.spektrum.de/frage/was-war-vor-dem-urknall/1432342).