TVT Lösungen mit Erklärung (Stand 02.24)

[DaVinkey]

Hallo,

da immer wieder Fragen zu neuen TVT Lösungen dran kamen, habe ich mal versucht die Lösungen mit bestem Gewissen zu veröffentlichen.
Ich habe 100% erreicht.
Ich habe versucht, die Aufgaben so gut wie nur möglich selber zu verstehen, um sie dann zu erklären. Das ist mir allerdings nicht immer gelungen, weil ich manche Aufgaben etwas paradox fand.

Verbesserungsvorschläge für bessere Erklärungen, Fragen zu einzelnen Aufgaben oder sogar die Korrektur von Lösungsansätzen sind gerne erwünscht.

Nr.1)
Reibrad W treibt vier weitere Reibräder an. Welches Rad dreht sich am schnellsten?
Antwort: D
Erklärung: Die Bahngeschwindigkeit der Räder ist proportional zum Radius. Formel: v1/r1=v2/r2 = konstant.
Das bedeutet, dass das kleinere Rad die Energiemenge ausgleichen muss, die vom größeren Rad ausgeht. Als Ausgleich zum kleineren Radius, wird das kleinere Rad schneller. Die Energie bleibt konstant erhalten.
Merke: Das kleinste Rad ist immer das schnellste, das größte Rad ist immer das langsamste.


Nr.2)
An welcher Stelle ist der statische Druck am größten?
Antwort: A
Erklärung: Die Bernoulli-Gleichung beschreibt Druckarten und unterscheidet zwischen drei Druckarten:
-hydrostatische Druck (rho*g*h) (Potenzielle Energie eines Fluides)
-dynamischer Druck (0,5*rho*w^2) (kinetische Energie)
-statischer Druck (p*V) (Druckenergie)

Die Bernoulli-Gleichung muss aufgrund des Energieerhaltungssatzes konstant bleiben. Das bedeutet, dass der statische Druck durch ein geringes Volumen im Rohr sinkt, der dynamische Druck nimmt zu und die Fließgeschwindigkeit steigt.

Auf die Aufgabe bezogen heißt das folgendes. Wir haben eine horizontal liegende Röhre, wodurch der hydrostatische Druck außer Acht gelassen werden kann.
An Stelle B haben wir ein großes Volumen (hoher statischer Druck, kleiner dynamischer Druck). An Stelle C nimmt das Volumen ab und die Fließgeschwindigkeit nimmt zu (kleiner statischer Druck, hoher dynamischer Druck). Demnach haben wir im Rohr an Stelle B den größten statischen Druck.

An Stelle A haben wir keinen dynamischen Druck und somit auch den höchsten statischen Druck.
(Macht m.E.n. zwar absolut keinen Sinn, aber A ist offenbar trotzdem richtig.)


Nr.3)
Welche Masse muss schwerer sein, damit die Waage im Gleichgewicht ist?
Antwort: Masse 2
Erklärung: Damit ein Gleichgewicht herrschen kann, muss das Drehmoment auf jeder Seite gleich sein. Als Gleichung ausgedrückt:
F1*l1=F2*l2 <=> (m1*a)*l1 = (m2*a)*l2

Da Masse zwei einen kleineren Hebelweg zurücklegt, muss das Drehmoment durch eine schwerere Masse ausgeglichen werden.


Nr.4)
An welcher Stelle müsste die Last abgesetzt werden, damit Sie beim Landen am ehesten die Grasfläche erreicht?
Antwort: C
Erklärung: Aus der Kinematik wissen wir, dass die Flugbahn durch die Formel: s=v0*t+1/2*a*t^2 als negative Parabel zweiten Grades ausgedrückt werden kann.

Diese Funktionsgleichung gilt nur, wenn man Widerstandskräfte durch den Wind vernachlässigt.
Aufgrund des Luftwiderstands erfährt die Last eine Kraft nach hinten, also gleichzeitig auch eine Verzögerung in ihrer Vorwärtsbewegung. Die Wirkung des Luftwiderstands führt dazu, dass die Last eine parabolische Flugbahn beschreibt. Also erst nach vorne und anschließend nach hinten fliegt.

In diesem Zusammenhang ist wichtig zu beachten, dass der Luftwiderstand proportional zur Geschwindigkeit des Objekts ist. Je schneller die Last ist, desto größer ist der Luftwiderstand und desto stärker ist die nach hinten gerichtete Kraft, die auf die Last wirkt.

Nr.5)
Wo sollte ein Sendemast möglichst aufgestellt werden, damit die Signale ungestört empfangen werden können
Antwort: auf einem Berg
Erklärung: Das Aufstellen eines Sendemastes auf einem Berg hat mehrere Vorteile.
Einerseits werden Wellen nicht durch die Felswände reflektiert, wodurch das Auslöschen/Verstärken, also Interferenzen, vermieden werden, oder schlimmer und sich gegenseitig komplett auslöschen. (ähnlich Noice Cancelling)
Andererseits werden Masten auf Bergen aufgestellt, damit man ein freies Signalbild bekommt und man alle Städte rund um den Berg erreichen kann.


Nr.6)
Welche Stütze für ein Regal ist am zweckmäßigsten?
Antwort: A
Erklärung: Wie wir wissen, kann man Druck durch die Formel Kraft pro Fläche beschreiben.
Das bedeutet, je mehr Fläche wir haben, desto mehr Kraft können wir auf einen Gegenstand wirken lassen.
Damit das auch beim Regal so ist, müssen wir identifizieren, welches Dreieck die größte Fläche aufweist. Die größte Fläche ist demnach ein Dreieck, welches eine maximale Länge der beiden Katheten hat.


Nr.7)
Welcher der 4 Nussknacker ist am zweckmäßigsten?
Antwort: A
Erklärung: Hier betrachten wir wieder das Hebelgesetz. Drehmoment=Kraft*Länge.
Damit ich abends nicht zum Bodybuilder werden muss, um meine Walnüsse zu knacken, wäre es ganz hilfreich, so wenig Kraft wie möglich aufwenden zu müssen.
Aber auch die Position der Walnuss selbst spielt einen entscheidenden Faktor.
Wie bei Aufgabe Nr.2 kennen wir die Formel: F1*l1=F2*l2

1. F1=100N Kraftaufwand meinerseits
2. l1=10 cm Distanz Hand vom Angelpunkt
3. l2=1 cm Distanz Nuss vom Angelpunkt

Setzten wir die Werte nun so ein, dass wir F2 herausbekommen, so lautet die Gleichung:
F2=(F1*l1)/l2= (100N*0,1 m)/0,01m= 1000N


Nr.8)
Ein Fahrradtachometer, welcher auf eine feste Radgröße kalibriert wurde, wird mit Kontaktmagneten an verschiedene Fahrräder montiert. Welche Aussage ist richtig, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit der Fahrräder gleich ist? Die angezeigte Geschwindigkeit...
Antwort: des grünen Fahrrades ist am geringsten.
Erklärung: Die Geschwindigkeit des Fahrrades lässt sich durch die Bahngeschwindigkeit des Reifens ermitteln. Die Formel der Bahngeschwindigkeit lässt sich auf dem Umfang des Reifens (2*pi*r) durch die Umlaufdauer herleiten.
v=U/T
Der Radius des angebrachten Tachometers spielt bei gleichem Umfang in dieser Rechnung keine Rolle, da die Winkelgeschwindigkeit und somit die Umlaufdauer unverändert bleibt.

Da der Reifen des grünen Rades deutlich größer ist, ändert sich nicht nur der Umfang des Reifens, sondern damit verbunden auch die Umlaufdauer, bzw. die Frequenz (siehe Aufg.1)
Um herauszufinden, ob die Geschwindigkeit zu oder abnimmt, setzten wir einfach ein paar Werte ein.
v1=2m/3s= 0,6m/s
v2= 3m/7s= 0,42m/s
Wir sehen, die Geschwindigkeit nimmt ab, je größer der Umfang, bzw. die Umlaufzeit.


Nr.9)
Welche Aussage ist richtig?
Antwort: Schraube B benötigt mehr Umdrehungen und eine geringere Kraft
Erklärung: Die Anzahl der Windungen ist die Anzahl der Umläufe, die wir bei einer Schraube leisten müssen. Viele Windungen bedeuten also viele Drehungen um die Schraube und somit eine höhere Strecke, die wir zurücklegen müssen.
Als nächstes kommt die Kräfteverteilung.
Das Gewinde einer Schraube kann man als eine schiefe Ebene betrachten.


Aus dieser schiefen Ebene kann man folgendes Kräftediagramm herleiten:

Die Umfangskraft bei einer Schraube kann man also mit dem Hochziehen einer Last auf einer schiefen Ebene betrachten. Je steiler die Ebene, desto mehr Kraft müssen wir aufwenden, um die Last zu bewegen. Die Kraft kann man auch durch die Formel: F(u)=F(g)*sin (a) berechnen.


Nr.10)
Welche der Gasflasche mit abgebildetem Querschnitt hält den größten Druck stand?
Antwort: C
Erklärung:
Die Formel für Druck lautet Kraft pro Fläche (p=F/A). Je größer die Kraftverteilung ist, desto mehr Druck kann ausgeübt werden.

1. Quadratische Formen:
   Quadratische Formen als Druckbehälter sind sehr unvorteilhaft.
   Die Kraftbelastung ist auf jeder Seite des Quaders gleichmäßig.
   Allerdings wirken die Kraftvektoren in Richtung der jeweiligen Kanten und summieren sich mit den anliegenden Seiten zu einer resultierenden Kraft (siehe: https://ibb.co/pdhF0s0). Dadurch unterliegen die Kanten einer höheren Belastung, wodurch die Spannung im Quader ungleichmäßig ist.
   Außerdem eignen sich Quader auch deswegen nicht, da die Fläche eines Quaders bei gleichem Durchmesser gegenüber einem Kreis wesentlich kleiner ist. (Kraft pro Fläche)
   
   
2. Runde-/ zylindrische Formen:
   Runde Formen eignen sich deutlich besser. Die Kraft, die auf eine Rundung wirkt, wird über die ganze Rundung verteilt, so dass die Fläche nicht nur größer wirkt, sondern sich die Kraftvektoren nicht summieren können.
   
   
   • Runde Form:
     Bei einer Kugel verteilen sich die Spannungskräfte gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche (Axialspannung). Dadurch haben wir eine größere maximale Druckbelastung, die das Material aufnehmen kann. Die umgestellt Formel lautet: Innendruck(p)=(Axialspannung (sigma)*radius*2)/Wandstärke (t).
     
     
   • Zylindrische Form/ Pille:
     Bei einer zylindrischen Form unterscheidet man zwischen drei Kraftvektoren. Einerseits die Axialspannung, die in Längsebene wirkt, die Tangentialspannung, die in Richtung Kreisbahn wirkt und die Radialspannung, die nach außen wirkt. (siehe:https://ibb.co/1fNdbDv).
     Um den maximalen Innendruck zu berechnen, verwendet man die umgestellte Formel für die Axialspannung wie bei der Kugel und die Tangentialspannung.
     Der maximale Innendruck ist hierbei allerdings abhängig vom Ergebnis der Tangentialspannung, dass diese genau die Hälfte des Ergebnisses der Axialspannung ergibt.
     Demnach kann die zylindrische Form im Vergleich zur Kugel, bei gleichem Radius (r), Wandstärke (t) und maximaler Spannung (Sigma), nur die Hälfte des Druckes aufnehmen.

Nr.11)
Die 5 Paletten sollen in das Regal gehoben werden.
Welche beiden Paletten erfordern die gleiche Arbeit?
Antwort: 1 und 4
Erklärung: Formel für Hubarbeit: W=F*h
1) 1F*3h= 3W
2) 2F*1h= 2W
3) 1F*2h= 2W
4) 3F*1h= 3W
5) 2F*2h= 4W
Es gleichen sich (1 und 4), sowie (2 und 3)


Nr.12)
Welche Säge ist geeignet, um Holz möglichst schnell zu sägen?
Antwort: A
Erklärung:Bei Sägen gibt es mehrere Faktoren, die eine entscheidende Rolle spielen. Dazu gehört bspw. der Winkel der einzelnen Zähne (schiefe Ebene Aufgabe 9), aber auch die Zahnhöhe und die Distanz zwischen den Zähnen.
Bei Säge A sieht man deutlich, dass die Zahnhöhe und die Zahnlücke wesentlich größer sind, als bei Säge B. Dadurch wird mehr Material abgetragen, somit schneidet Säge A schneller als Säge B.


Nr.13)
In welche Richtung dreht sich das dunkelgelbe Zahnrad, wenn sich das blaue in Pfeilrichtung dreht?
Antwort: genau wie das blaue


Nr.14)
Welche Konstruktion hat zum Tragen eines Balkons das beste Verhältnis zur Tragfähigkeit der Baumasse?
Antwort: 2
Erklärung: In diesem Fall verwendet man das Flächenträgheitsmoment.
Das Flächenträgheitsmoment ist eine Größe aus der Festigkeitslehre zur Beschreibung der Widerstandsfestigkeit eines Stoffes anhand seiner Form.

Auf die Stahlträger bezogen bedeutet das, je größer das Flächenträgheitsmoment, desto mehr Kraft benötigt man, um den Stahlträger zu durchbiegen.

Beläuft man sich auf die Berechnung, wirken Träger 1 und 4 mit dem größten Flächenträgheitsmoment. Allerdings weisen beide Träger die meiste Masse auf. Träger 2 ist ein Kompromiss zwischen der Flächenträgheit und wenig Baumasse. Aus diesem Grund ist Träger 2 am besten geeignet.

Man kann das ganze auch anders darstellen. Nimmt man einen Holzbalken und biegt diesen durch, entsteht an den Fasern der Oberseite eine Zugkraft, während an der Unterseite eine Druckkraft entsteht. Die Kräfte wirken an den Oberflächen am größten und heben sich mit zunehmender Nähe in Richtung Mittelpunkt auf. In der Mitte haben wir eine neutrale Faser mit F=0. (siehe: https://ibb.co/7K9s8SL)
Um einen Kompromiss zwischen Baumasse und Biegefestigkeit zu finden, spart man das Material in der Mitte aus und verwendet dafür eine dickere Wand.
Beim H-Stahlträger ist dieses Prinzip ausgereizt.


Nr.15)
Eine aufgeblasene Schwimmweste wird in eine größere Wassertiefe gezogen. Damit wird die Auftriebskraft...?
Antwort: kleiner
Erklärung:Die Auftriebskraft setzt sich zusammen aus der Dichte (rho), der Beschleunigung nach unten (g) und dem verdrängten Volumen an Wasser.

Zieht man die Weste nach unten, steigt der hydrostatische Druck zunehmend an.
Dieser wirkt von außen auf die Weste, drückt diese zusammen und verringert so das Volumen. Die Weste verdrängt immer weniger Wasser und die Auftriebskraft nimmt somit ab.
Dennoch steigt die Weste nach oben, da das verdrängte Volumen des Wasser schwerer ist, als die Weste selbst.


Nr.16)
Welche Spannung liegt an einer Netzsteckdose an?
Antwort: 220/230V


Nr.17)
Welche Spannvorrichtung ist bei den Toren am zweckmäßigsten?
Antwort: B
Erklärung: Durch die Länge des Tores und der Gravitationskraft haben wir ein nach unten gerichtetes Drehmoment. Das Drehmoment wirkt dabei auf die beiden Scharniere als jeweilige Zug-/ Druckkraft.
Damit wir das Drehmoment verringern können, müssen wir entweder die Kraft oder den Hebelarm verkürzen. Aus diesem Grund bringt man eine Spannvorrichtung an, welche die Kräfte von der unteren linken Ecke in die obere rechte Ecke verlagert. Dadurch wird der Hebelarm reduziert und das Drehmoment nimmt ab.


Nr.18)
Über welche Räder muss der Treibriemen gespannt sein, damit ich die obere Achse x am schnellsten dreht?
Antwort: 1 und 3
Erklärung: Wie wir aus Aufgabe 1 wissen, wird mit kleinerem Radius die Umlaufzeit des Rades geringer T= (2*pi*r)/v

Da wir die Umlaufzeit steigern möchten, muss das Endrad kleiner sein als das Antriebsrad. Deshalb kommen nur die Räder 1 und 3 oder 2 und 3 in Betracht. 1 und 3 erscheinen plausibler, da der Treibriemen nicht über eine Diagonale gezogen wird.


Nr.19)
Sie sehen drei Drehstuhlrollen. Welche ist am zweckmäßigsten?
Antwort: 1
Erklärung:
Bei den Rollen soll einerseits die gesamte Kraft aufgenommen werden, weshalb es nötig ist, eine entsprechende Gegenkraft zu erzeugen.
Das ist nur möglich, indem der Schwerpunkt auf der Mitte des Rades sitzt.
Gleichzeitig sollen zum Bewegen der Rollen die Haftreibungskräfte durch geringen Kraftaufwand überwunden werden. Hierfür nutzt man die Hebelkräfte. Damit man ein geringes Drehmoment erzeugen muss, benötigt man eine gewisse Entfernung zum Mittelpunkt der Rolle (Radius).
Ein guter Kompromiss stellt hierbei die Rolle 1 dar.


Nr.20)
Nennen Sie die vier Arbeitstakte eines Otto-Viertaktmotors.
Antwort: Ansaugen, verdichten, zünden, ausstoßen


Nr.21)
Wie hoch ist der Reifendruck in einem durchschnittlichen Autoreifen?
Antwort: 1,8-2,8 Bar


Nr.22)
Welche Temperatureinheit gibt es nicht?
Antwort: Calvin
Erklärung:
Kelvin: 273,15 * C°
Fahrenheit: C°*1,8+32


Nr.23)
In einer Messschaltung wird bei gleichbleibendem Widerstand R=100 Ohm die Spannung gleichmäßig erhöht. Wie verhält sich die Stromstärke I
Antwort:Stromstärke I steigt mit der Spannung U
Erklärung:
Formel: U= R*I <=> I= U/R
Da R konstant, steigt I bei Erhöhung von U an.


Nr.24)
Welche Aussage trifft NICHT zu?
Die elektrische Spannung U...?
Antwort: ist in Fahrenheit messbar
Erklärung: Spannung trägt das Formelzeichen U und die SI-Einheit Volt (V)


Nr.25)
Welche Spannungsarten werden unterschieden
Antwort: Gleich- und Wechselstrom
Erklärung:
Beim Gleichstrom fließen die Ladungsträger in eine Richtung und ändern diese auch nicht. Somit bleibt auch die Stromstärke konstant.
Beim Wechselstrom ändern die Ladungsträger ihre Richtung in einer bestimmten Frequenz. Dadurch variiert die Stromstärke ständig.
Andere Stromarten gibt es jedoch nicht.


Nr.26)
Welches ist die Maßeinheit für die elektrische Stromstärke I
Antwort: Ampère
Erklärung:
Joule = Energie
Watt = Leistung
Fahrenheit = Temperatur


Nr.27)
Welcher elektrische Zustand ist charakteristisch für einen Kurzschluss?
Antwort: Pluspol und Minuspol einer Spannungsquelle haben eine direkte Verbindung, Widerstand = 0 Ohm
Erklärung:
Ein Kurzschluss ist eine direkte und widerstandslose Weitergabe von Elektronen zwischen den Polen einer Spannungsquelle. Strom sucht sich immer den Weg des geringsten Widerstandes.


Nr.28)
Welches Bauteil lässt keinen Gleichstrom durch?
Antwort: Kondensator
Erklärung:
Ein Kondensator besteht aus zwei sich gegenüberstehenden Leitern, welche Ladungen aufnehmen können. Zwischen den beiden Leitern befindet sich ein Dielektrikum, also ein isolierendes Material (Bsp. Luft, Glas, Kunststoff).
Gleichstrom:Der Kondensator lädt sich auf einer Seite auf. Durch das isolierende Material können die Elektronen nicht auf die andere Seite gelangen. Durch den Gleichstrom können die Elektronen aber auch nicht in die andere Richtung fließen, weshalb der Stromfluss unterbrochen wird.

Wechselstrom: Während sich die eine Seite positiv auflädt, was bedeutet, dass die Elektronen wieder abfließen, lädt sich die andere Seite negativ auf. Elektronen kommen hinzu. Dadurch entsteht ein positives und negatives Ladungspotential. Der Kondensator wird durch die Frequenz, die Wechselstrom besitzt, periodisch ge-/ entladen. Da der Strom in beide Richtungen fließen kann, werden somit Ladungen gespeichert, die beim Enden des Stromflusses wieder abgegeben werden.


Nr.29)
Mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich der Schall durch die Luft?
Antwort: 340m/s
Erklärung: Ich tippe auf die Schallgeschwindigkeit ;)


Nr.30)
Aus welchem Material besteht ein Blitzableiter üblicherweise?
Antwort: Stahl
Erklärung: Die Aufgabe eines Blitzableiters ist das schnelle Ableiten von hoher Spannung in kürzester Zeit. Also von vielen Elektronen, die zu einer bestimmten Seite des Materials fließen müssen.
Damit dies erreicht werden kann, braucht man ein Material mit einer hohen Leitfähigkeit.
Die Leitfähigkeit beschreibt, wie gut Elektronen durch ein Material fließen können, ohne dabei auf andere Atome des Materials zu stoßen.
In dieser Aufgabe bietet Stahl die beste Leitfähigkeit.


Nr.31)
Welche Spannung wird am Voltmeter gemessen?
Antwort: 4 Volt
Erklärung:
Da die Stromstärke in einer Reihenschaltung überall gleich ist können wir mit
dem Gesamtwiderstand (15 Ohm) und der Spannung 12 Volt die Stromstärke berechnen. I=U/R = 0,8 A.
Mittels der Stromstärke gelangen wir an die Spannung bei R1, in dem wir I*R1 berechnen. Die Spannung liegt bei 4 Volt.


Nr.32)
Welche Konstruktion ist beim Heben von 100 kg hilfreicher?
Antwort:1
Erklärung:
Bei der festen Rolle, wie in Abb. 2 dargestellt, wird die Kraft durch die Last lediglich umgelenkt. Das tragende Seil ist hierbei das gleiche. Die Formel für eine solche Rolle lautet: Fz=Fg und hz=hg. Die Höhe der Last verändert sich mit der Länge des Seils.
Bei den Rollen in Abb. 1 haben wir einerseits eine feste Rolle und eine lose Rolle. Die Formel für die lose Rolle lautet: Fz=Fg/2. Die Masse und somit die Kraft bei der losen Rolle wird auf die beiden Seile gleichmäßig verteilt, wodurch wir zwei tragende Seile haben.

Beim Flaschenzug gilt generell Fz= Fg/ Anzahl der tragenden Seile. Man kann die Anzahl der tragenden Seile auch sehr gut an der Anzahl der losen Rollen festmachen.



Nr.33)
In welche Position P bewegt sich die Kugel, wenn sie an Position P vom Band gelassen wird?
Antwort: 2
Erklärung:
Bei einer Kreisbewegung hat die Kugel einen Geschwindigkeitsvektor v, der immer nur in die Bewegungsrichtung verläuft. Die Kugel wird bei der Kreisbewegung durch das Seil auf der Kreisbahn gehalten, wodurch der Geschwindigkeitsvektor seine Richtung jederzeit ändert. Die Bewegungsrichtung in diesem Fall ist immer senkrecht zum Radiusvektor, also zum Seil gerichtet.
Lässt man die Kugel an Position Position P vom Seil, zeigt der Geschwindigkeitsvektor in Richtung 2 und somit senkrecht zum Seil.



Nr.34)
Die Rollen 1 und 2 haben den gleichen Radius. Wie schnell dreht sich 2, wenn 1 angetrieben wird?
Antwort: 1
Erklärung:
Siehe Aufgabe 1


Nr.35)
Welche der Stromkreise sind geschlossen?
Antwort: A und B
Erklärung:
Ein geschlossener Stromkreis besteht aus einer Spannungsquelle, einem Verbraucher (Widerstand) und einem Leiter. Damit Strom fließen kann, darf es keine Lücke zwischen den Polen der Spannungsquelle geben. In Abb. C sieht man deutlich, dass das System zwischen den Polen der Spannungsquelle geöffnete Schalter hat und somit nicht geschlossen ist. Es fließt demnach kein Strom.


Nr.36)
Welche der beiden Räder dreht sich schneller?
Antwort: 2
Erklärung:
Siehe Aufgabe 1


Nr.37)
Im unbeschleunigten Horizontalflug muss...
Antwort: der Schub gleich dem Widerstand und der Auftrieb gleich dem Gewicht sein.
Erklärung:
"Im[unbeschleunigten[/u] Horizontalflug" bedeutet, dass das Flugzeug keine Beschleunigung erfährt und das Produkt, also die Kraft = 0 ist.
In diesem Sinne befindet sich das Flugzeug in einer Ruhelage, was bedeutet, dass sich die Kräfte in x- und y-Richtung jeweils gleichen und somit F(ges)=0 ergeben müssen. Somit sind die Gewichtskraft=Auftriebskraft (-Fg=Fn => 0) und Widerstandskraft=Schubkraft (-Fr=Fv => 0).


Nr.38)
Ein Kind und ein erwachsener Mann fahren Kettenkarussell. Wer fliegt höher?
Antwort: Beide fliegen gleich hoch
Erklärung:
Zur genaueren Betrachtung und Berechnung der Flughöhe betrachten wir ein Kräftediagramm. (https://ibb.co/X3T57Qc).
In diesem Kräftediagramm finden wir drei Kräfte vor.
Fg= die Gewichtskraft nach unten (Fg=m*a)
Ff = die Kraft, die auf die Kette wirkt, abhängig vom Winkel bzw, von der Gewichtskraft und der Zentripetalkraft.
Fzp = die Zentripetalkraft, ist die resultierende Kraft aus der Gewichtskraft und der Belastungskraft des Fadens. Formel für Zentripetalkraft (Fzp=m*r*w^2)

Außerdem sehen wir in dem Diagramm einen Winkel Alpha, welchen wir im Endeffekt berechnen möchten, um die Flughöhe der beiden Massen zu bestimmen.
Zur Berechnung des Winkel Alpha nutzten wir den Tangens und somit die Zentripetalkraft und die Gewichtskraft. tan(a)=Fzp/Fg.
Nun schreiben wir beide Gleichungen einmal aus. tan(a)= (m*r*w^2)/(m*g). Wie man sieht, kürzen sich die Massen in der Gleichung weg. Da auch g konstant ist, können wir also sagen, dass die Flughöhe nicht abhängig von der Masse der Personen ist, sondern abhängig von der Kettenlänge (bzw. Radius in x-Richtung) und der Winkelgeschwindigkeit ist.
Zur besseren Übersicht: https://ibb.co/WPdvfnr.



Nr.39)
Die Schallgeschwindigkeit...
Antwort: ist abhängig von der Temperatur
Erklärung:
Die Schallgeschwindigkeit ist stark vom Medium abhängig. In Gasen vor allem durch die Temperatur, die Stoffmenge, Dichte, Volumen und den Druck des Gases.
Zur genauen Berechnung kann man deshalb eine Formel nutzen, die all diese Faktoren berücksichtigt.
Da die Temperatur einen großen Einfluss auf all diese Faktoren hat, ist die Schallgeschwindigkeit im Wesentlichen auch von dieser abhängig.
In einem Diagramm, in welchem die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt ist, sieht man deutlich, dass die Schallgeschwindigkeit mit steigender Temperatur konstant zunimmt.


Nr.40)
Welchen Wert hat die halbe Temperatur von 19°C
Antwort: 146K
Erklärung: Um den halben Wert herauszufinden, müssen wir in Kelvin umrechnen. Kelvin verfügt über den absoluten Nullpunkt. Das tun die anderen Einheiten nicht.
Zum Beispiel 50 Grad Celsius sind genau 122 Grad Fahrenheit. Die "Hälfte" sind einmal 5 Grad Celsius und einmal 61 Grad Fahrenheit. Das ist aber nicht mehr dasselbe, denn 61 Grad Fahrenheit sind 16 Grad Celsius.
Deshalb brauchen wir den absoluten Nullpunkt, also eine einheitliche Skala, mit der wir zuverlässig das Doppelte bestimmen können.


Nr.41)
Aus welcher Düse spritzt das Wasser am höchsten?
Antwort: kein Unterschied
Erklärung: Der hydrostatische Druck, der auf die Wassersäule der Düsen wirkt, ist unabhängig vom Durchmesser. Das besagt das hydrostatische Paradoxon. Der Druck ist nur abhängig von der Höhe der Wassersäule, aber nicht vom Durchmesser. Somit wirkt auf jeder Wassersäule der gleiche Druck und somit erreichen alle Düsen die gleiche Höhe.


Nr.42)
Innerhalb einer genügend langen, mit Öl gefüllten Röhre fällt eine Kugel. Was ist nach einer gewissen Anfangsphase zu beobachten
Antwort: Die Kugel legt in gleichen Zeitabschnitten gleiche Streckenabschnitte zurück.
Erklärung:
Die Auftriebskraft bleibt gegenüber der Kraft Fg konstant und nimmt weder zu oder ab (siehe Aufgabe 15). Aus diesem Grund ist die Fallgeschwindigkeit der Kugel auch konstant.


Nr.43)
Das Prinzip des Kreiselkompass beruht auf...?
Antwort: Massenträgheit
Erklärung: Der Kreiselkompass ist ein frei bewegendes Rad in einer kardanischen Aufhängung.
Die kardanische Aufhängung besteht aus drei Ringen, welche sich jeweils in eine Richtung bewegen können. Also x-, y- und z-Richtung (Bild:https://ibb.co/YPvqm52)
Die drei Ringe sind jeweils miteinander verbunden, so dass sich das Rad in jede Richtung bewegen kann (Bild:https://ibb.co/1Xw7Lt3)
Das sich drehende Rad im Kreiselkompass braucht allerdings nur zwei Ringe, da ein Ring dauerhaft von der Gravitationskraft beeinflusst wird und sich nicht bewegen kann. (siehe:https://ibb.co/sFrmD0n).

Der Kreiselkompass besteht, wie im Bild zu sehen, aus einem Rad, das sich dauerhaft um die rote Achse dreht. Das Rad hat also einen Drehimpuls, welcher dauerhaft beibehalten bleibt.
Der Drehimpuls ist wie beim Rad eines Fahrrades oder Motorrades. Sobald das Rad einen Impuls bekommen hat und sich dreht, ist es sehr schwer, die Lage des Rades zu verändern. Aus diesem Grund kann man mit zunehmender Geschwindigkeit - bis circa 70 km/h - auch freihändig fahren. Die Lage der Räder lässt sich nur durch das einbringen eines eigenen Impulses verändern, weshalb man auf dem Motorrad einen gewissen Körpereinsatz einbringen muss, um eine Schräglage herbeizuführen (siehe:https://ibb.co/D4hVR9F).
Auch wenn bspw. nur ein Seil am einen Ende der Achse angebracht wäre, würde das Rad weiterhin diese Position beibehalten. Auf Youtube sieht man viele coole Experimente dazu.

Beim Kreiselkompass gilt Ähnliches. Drehen wir nun das Rad, hat es einen Impuls. Diesen Impuls will das Rad durch die Lage, die es hat, weiter beibehalten. Stellen wir den Kreiselkompass nun auf den geographischen Norden und drehen die Erde um die eigenen Achse, würde die Position des Rades durch den Drehimpulserhaltungssatz immer die gleiche Position wie am Norden beibehalten (siehe:https://ibb.co/209ck2B)
Da aber die Gravitationskraft versucht, das Rad entgegen des Impulses parallel zur Erdoberfläche zu bewegen, richtete sich das Rad anhand der Aufhängung in Richtung Norden aus (siehe:https://ibb.co/Dg7KGxW).
Und so hat man einen Kompass.


Nr.44)
Warum erscheint der Himmel blau?
Antwort: der blaue Farbanteil wird vor allem gestreut
Erklärung: Blaues Licht wird im Prinzip 16 mal stärker gestreut als rotes Licht. Das hat mit den Wellenlängen zu tun. Blaues Licht hat eine niedrige Frequenz und trifft durch die großen Wellenlängen öfters auf Gasteilchen. Die Gasteilchen lenken das blaue Licht ab und streuen das Licht.
Rotes Licht hingegen hat eine hohe Frequenz und weicht den Gasteilchen besser aus. Dadurch wird das Licht nicht so häufig von den Teilchen abgelenkt und dadurch gestreut. Das ist auch der Grund, weshalb man rote Farben in der Entfernung besser als blaue Farben sieht.


Nr.45)
1 Liter Sauerstoff wird von 0°C bei konstantem Druck auf 275°C erwärmt. Dann beträgt das Volumen?
Antwort: etwa 2 Liter
Erklärung: Zur Berechnung von der Volumenänderung durch Temperaturzunahme bei konstantem Druck, nehmen wir das Gesetz von Gay-Lussac. Dieses lautet V1/T1=V2/T2. Umgestellt bekommen wir V2=V1*T2/T1. Damit wir keinen Nenner = 0°C haben, nutzten wir die Umrechnung in Kelvin.
Die Rechnung lautet: V2=1L*548 K/273K= 2,007L.
Das Volumen nach der Temperaturerhöhung beträgt etwa 2 Liter.


Nr.46)
Die Farbenreihe in einem Hauptregenbogen ist...
Antwort:rot-gelb-grün-blau


Nr.47)
Bei welchem Gegenstand ist die Zugfestigkeit des Materials größer als die Druckfestigkeit?
Antwort: Strohhalm
Erklärung: Der Strohhalm hat durch seinen geringen Querschnitt, durch die Dünnwandigkeit und durch die Flexibilität der Faser eine geringe Druckfestigkeit ((siehe: https://ibb.co/7K9s8SL)
Im Gegensatz dazu liegt die Zugfestigkeit jedoch höher als bei Stahl.
Ein Werkstoff in Faserform hat eine höhere Zugfestigkeit als in anderer Form. Zudem steigt die Zugfestigkeit mit zunehmender Dünne der einzelnen Faser. Der Grund ist der Aufbau der Molekülkette. Die Kette kann mit abnehmender Fläche besser in Gleichrichtung wirken und somit mehr Kraft aufnehmen.
Zudem breiten sich Beschädigungen nicht entlang des Umfangs aus, sondern entlang des Halmes, wodurch sich die Risse nicht weiter in Zugrichtung ausdehnen können.


Nr.48)
Das Herauslösen von Elektronen aus einer Metalloberfläche heißt:
Antwort: Photoeffekt
Erklärung: Der Photoeffekt ist das Herauslösen von Elektronen aus einem Medium bei Lichteinstrahlung. Ist die Energie eines Photons größer als die Bindungsenergie des Elektrons vom Atomkern des Mediums, löst sich das Elektron aus dem Medium heraus.


Nr.49)
Bei schönem Wetter dauert es länger, bis das Wasser kocht. Stimmt das?
Antwort: Ja, die Siedetemperatur hängt vom Luftdruck ab.
Erklärung: Da V konstant bleibt, nehmen wir das Gesetz von Amontons.
p1/T1=p2/T2.
Bei schönem Wetter werden die oberen Luftschichten erwärmt und die Luftmoleküle haben eine höhere kinetische Energie. Das führt dazu, dass die kälteren Luftschichten nach unten gedrückt werden. Dadurch nimmt die Dichte am Boden zu und es entsteht ein hoher Luftdruck.
Der hohe Luftdruck führt durch die Formel T2=p2*T1/p1 dazu, dass die Siedetemperatur von Wasser zunimmt und Wasser somit länger braucht zum Kochen.


Nr.50)
Bei einem Linsensystem aus zwei verschiedenen Sammellinsen ist die Brennweite?
Antwort: kleiner als jede einzelne Brennweite
Erklärung:Bei einem Linsensystem addieren sich die beiden Brennweiten der jeweiligen Linsen zu einer Gesamtbrennweite. 1/f = 1/f1+1/f2.
Somit ist die Gesamtbrennweite kleiner als jede der beiden Brennweiten.


Nr.51)
Winglets an den Enden einer Tragfläche dienen...
Antwort: der Reduktion von Randwirbeln.
Erklärung: An den Tragflächen entsteht an der Unterseite ein Überdruck und an der Oberseite ein Unterdruck, um eine Auftriebskraft herstellen zu können. An den Enden der jeweiligen Tragflächen gibt es aber einen Kontaktpunkt zwischen den beiden Druckgebieten. Diese versuchen sich anschließend auszugleichen, wodurch ein Drehimpuls ausgelöst wird. Es kommt zu Randwirbeln. Winglets oder Wingtips sollen diesen Ausgleich stören, indem man eine erhöhte Kante darstellt und so den Druckausgleich minimiert. Eine gute Abbildung findet man auf folgender Webseite, die übrigens sehr gut für Flieger Wissen geeignet ist. (http://www.nva-flieger.de/index.php/theorie/aerodynamik/allgemein/wirbeltheorie.html)


Nr.52)
Ein Objekt wird von zwei gleich starken, gleich weit entfernten radioaktiven Quellen bestrahlt. Dann wird der Abstand vom Objekt zu den Strahlungsquellen verdoppelt. Die Strahlungsstärke...
Antwort: reduziert sich auf ein Viertel.
Erklärung:Die atomare Strahlung verhält sich von der Ausbreitung wie die elektromagnetische Strahlung. Also auch wie die der Lichtwellen. Die Bestrahlungsstärke ist also proportional zu 1/r^2. Verdoppelt man also den Abstand, hat man 1/4 der Licht-, bzw. Strahlungsstärke.


Nr.53)
Wie ändern sich die Tonhöhen von Flöten und Gitarren, wenn sie erwärmt werden?
Antwort: Flöte höher, Gitarre tiefer.
Erklärung: Bei der Erwärmung einer Flöte breitet sich das Metall aus und der Querschnitt nimmt dadurch zu. Laut der Bernoulli-Gleichung nimmt also der dynamische Druck ab und der statische Druck wächst. Der statische Druck produziert durch überlagerte Druckwellen einen Schall bzw. einen Ton.
Je höher der statische Druck, desto höher der Ton.
Bei einer Gitarre dehnen sich die Saiten aus. Die Gitarrensaite wird dadurch dicker und produziert keine starken Schwingungen mehr. Dadurch erklingt der Ton tiefer.


Nr.54)
Unter einer luftdichten Glasglocke befindet sich eine Schale mit Wasser, dessen Temperatur gemessen wird. Nun wird die Luft abgepumpt. Was geschieht zunächst?
Antwort: Das Wasser beginnt zu Sieden und die Temperatur fällt.
Erklärung: Durch das Vakuum haben wir unter der Glasglocke einen Unterdruck. Wie in Aufgabe 49 unter Verwendung vom Gesetz von Amontons gezeigt, nimmt die Siedetemperatur bei niedrigen Luftdruck ab. Das Wasser fängt deutlich früher an zu Sieden. Nicht nur die Siedetemperatur, sondern auch die Umgebungstemperatur nimmt dadurch deutlich ab.


Nr.55)
Bei welcher kleinsten Entfernung an einer Wand kann ein Rufer gerade eben ein Echo vernehmen?
Antwort: 17m
Erklärung: Die Schallgeschwindigkeit beträgt v=340 m/s. Die Umformung der Formel lautet s=v*t und somit s= 340 m/s*0,1s = 34m. Die Entfernung ist in diesem Beispiel die gesamte Strecke, die die Schallwelle zurücklegen muss. Da wir aber berücksichtigen, dass die Schallwelle zur Wand und zurück geht, benötigen wir nur die halbe Distanz zur Wand. Somit 17m.


Nr.56)
Die drei Gesetze zur Planetenbewegung stammen von?
Antwort: Kepler


Nr.57)
Bei welcher Flüssigkeit ist die Eintauchtiefe eines Bootes am kleinsten?
Antwort: In Salzwasser von 5°C
Erklärung: Die Auftriebskraft F= rho*V*g ist abhängig von der Dichte der Flüssigkeit. Je höher die Dichte, desto stärker ist die Auftriebskraft.
Die Dichte von Salzwasser ist aufgrund des Salzgehaltes etwas höher als bei Süßwasser. Hinzu kommt die Tatsache, dass Wasser bei einer Temperatur von 4°C die höchste Dichte erreicht. Somit ist Salzwasser bei 5°C das dichtere Medium und die Kraft nach oben am stärksten.


Nr.58)
Eine Schallquelle entfernt sich mit Schallgeschwindigkeit. Der Beobachter...?
Antwort: hört einen tieferen als den ursprünglichen Ton.
Erklärung: Kommt eine Schallquelle auf einen Beobachter zu oder entfernt sich von diesem, entstehen zwei unterschiedliche Frequenzen. Der sogenannte Dopplereffekt kommt zum Vorschein.
Kommt eine Schallquelle auf ein Objekt zu, werden die Schallwellen der Quelle gestaucht, während die Schallwellen beim Entfernen des Objektes gestreckt werden. Im Internet findet man ein entsprechend gutes Bild: https://stock.adobe.com/at/images/doppler-effect-vector-illustration-labeled-educational-sound-light-graph/305961504

Die Formel für den Dopplereffekt lautet f1,2=f0/1+-(V/C).
f0 beschreibt die Frequenz vom Objekt ausgehend, v die Annäherungsgeschwindigkeit und C die Schallgeschwindigkeit.
Da der Nenner in dieser Formel 2 und 0 ist, bedeutet das für die Aufgabe, dass das Objekt natürlich anfangs nicht zu hören ist und am Ende nur mit der halben Frequenz.


Nr.59)
Auf den ebenen Grund eines Wasserbeckens wird ein wasserdicht abschließendes Holzbrettchen gedrückt. Was geschieht, wenn man das Brettchen loslässt?
Antwort: es bleibt liegen, weil auf der Unterseite kein hydrostatischer Druck wirkt.
Erklärung: Da das Brettchen wasserdicht abgeschlossen ist und somit kein Wasser unter sich lässt, erfährt es durch das Wasser keine Auftriebskraft.


Nr.60)
Wird Wasser von 10°C auf 2°C abgekühlt, so...?
Antwort: zieht es sich erst zusammen und dehnt sich dann aus.
Erklärung: Wasser erreicht bei 4°C die größte Dichte und nimmt somit das kleine Volumen ein. Demnach zieht sich Wasser bis 4°C zusammen und dehnt sich anschließend bis 2°C wieder aus.


Nr.61)
Der Frequenzbereich des sichtbaren Lichts geht etwa?
Antwort: 400THz bis 750 THz.


Nr.62)
In einem bis zum Rand mit warmen Wasser gefüllten Zylinder ist ein Eiswürfel unter Wasser fixiert. Was geschieht im weiteren Verlauf?
Antwort: der Wasserspiegel sinkt.
Erklärung: Der Eiswürfel im Glas schwimmt im Wasser. Das bedeutet, dass die Auftriebskraft höher als die Gewichtskraft des Würfels ist.
Somit hat der Eiswürfel eine geringere Dichte als Wasser und nimmt gleichzeitig mehr Volumen ein. Es ist also leichter als Wasser. Taut der Eiswürfel auf, nehmen die Wassermoleküle weniger Platz in Anspruch und der Wasserspiegel sinkt.


Nr.63)
Welchen Fehler weist ein kurzsichtiges Auge auf, und wie wird er korrigiert?
Antwort: Der Augapfel ist zu lang. Die Korrektur erfolgt mit einer Streulinse.
Erklärung: Da das Abbild, also der Brennpunkt kurz vor der Netzhaut liegt, muss der Brennpunkt weiter nach hinten verschoben werden. Das erfolgt mit einer Streulinse, welche die Lichtstrahlen vom Brennpunkt aus so ablenken, dass sie parallel in horizontale Entfernung gerichtet sind.


Nr.64)
1kg Blei und 1 Liter Wasser von jeweils jeweils 10°C sollten um 5 Grad erwärmt werden. Welche Aussage über die benötigte Energie trifft zu?
Antwort: Für Wasser wird deutlich mehr Energie benötigt.
Erklärung: Zur Erläuterung benötigen wir die jeweilige Wärmekapazität der beiden Stoffe. Die Wärmekapazität beschreibt, wieviel Energie man benötigt, um 1kg eines Stoffes um einen Kelvin zu erwärmen.
Damit wir die Energie berechnen können Stellen wir die Formel c=E/m*T nach E=c*m*T um.
Für Blei beträgt die Wärmekapazität 0,13. In die Formel eingesetzt E=0,13 kJ/(kg*K)*1kg*5K = 0,65 kJ.
Für Wasser: E=4,19 kJ/(kg*K)*1kg*5K = 20,95 kJ.
Für Wasser ist eine deutlich höhere Energie notwendig.


Nr.65)
Die dunklen Linien im Sonnenspektrum sind benannt nach...?
Antwort: Fraunhofer


Nr.66)
Die Schwingungsdauer eines Fadenpendels ist...
Antwort: Proportional zur Wurzel aus der Fadenlänge.
Erklärung: Die Formel für die Pendeldauer in Abhängigkeit der Länge des Fadens des Pendels lautet wie folgt: T=2*pi*√(l/g)
Da sich die Schwingungsdauer in diesem Fall nur anhand der Fadenlänge ändert, ist die Dauer ausschließlich abhängig von der Wurzel der Fadenlänge.


Nr.67)
Mit welchem Hammer muss man die geringste Kraft aufwenden, um den Nagel zu ziehen?
Antwort: Hammer C
Erklärung: Durch das stumpfe Ende beim Hammer verlagert sich der Drehpunkt nach ganz hinten. Das bedeutet, dass auch der Hebelweg ein ganz anderer ist https://ibb.co/WGpJTKJ.
Damit wir herausfinden, welche Kraft nun beim Nagel ankommt, stellen wir folgende Formel: F1*l1=F2*l2 nach F2=F1*l1/l2 um.
Wir sehen, dass die Kraft F2, davon abhängt und mit der Länge des Holzweges l1 zunimmt. Und wir sehen, dass die Kraft F2 mit zunehmender Länge von l2 wieder abnimmt. Das bedeutet, dass Hammer C den kürzesten Hebelweg vom Drehpunkt weg hat und somit mehr Kraft beim Nagel ankommt.


Nr.68)
Welcher Behälter mit Helium-Gas hebt sich?
Antwort: Behälter A
Erklärung: In einem Behälter mit einem Bar Helium ist die Dichte geringer. Das bedeutet auch, dass es weniger Moleküle gibt und Behälter A weniger Gewicht aufweist.


Nr.69)
Bei welchem Punkt bewegt sich das Pendel am schnellsten?
Antwort: A
Erklärung: Die Gravitationskraft (F=m*a) wirkt mit seiner Beschleunigung senkrecht nach unten. Somit wird das Pendel bis zur Position A beschleunigt. Sobald das Pendel A passiert ist, erfährt das Pendel eine Verzögerung.


Nr.70)
Die Person hört den Schussknall einer Kanone
Antwort: nach dem sie den Blitz sah.
Erklärung: Da die Lichtgeschwindigkeit um einiges schneller ist als die Schallgeschwindigkeit, sieht man den Blitz zuerst, bis nachher der Schall wahrzunehmen ist.


Nr.71)
Mit welcher Beladungsart kann man die Schubkarre am besten über weichen Untergrund schieben?
Antwort: C
Erklärung: Bei weichem Untergrund ist es wichtig, das Rad möglichst zu entlasten. Das erreicht man, indem man die Last möglichst weit weg vom Rad platziert.
Der Drehpunkt der Schubkarre befindet sich an der Achse. Damit wir möglichst wenig Kraft auf die Achse ausüben, muss der Weg von unseren Armen zum Drehpunkt in etwa mit dem Weg vom Drehpunkt zur Last übereinstimmen. F2= F1*l1/l2.

[E92325]

Hallo DaVinkey,

woher hast du diese ganzen Aufgabenstellungen? Ich bin mich für mein assessement für die EFA am vorbereiten und habe keine CBTs o. ä. bzgl. TVT bekommen.

[airsideadrian]

[E92325]

[dennisko762]

Vielen Dank für deinen Einsatz. Davon werden viele Bewerber noch profitieren. Klasse!
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Bad news first: time is flying
the good news: I'm the pilot

[DaVinkey]

[airsideadrian]

[DaVinkey]

[ArcticClaw]

[069]

Gude.

Danke DaVinkey für deine ausführlichen Erklärungen.
Wie hast Du Dich auf den Test vorbereitet? Hattest Du vor der Vorbereitung Berührungspunkte mit Technik und Physik?

Liebe Grüße.

[DaVinkey]

Ich habe jetzt nochmal geschaut, woran es gelegen hat. Ich bekomme 100%. Manche Erklärungen waren richtig, nur leider habe ich dummerweise die Antworten nicht korrigiert.

LG

[DaVinkey]