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Angewandte Physik – Physik im Beruf, Erde und Himmel, Physik und Umwelt

PhysikPhysik und UmweltAlter 15–16

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Drei Themen der angewandten Physik in einer Simulation, umschaltbar über den Parameter Thema. Physik im Beruf: Eine Hebemaschine aus Bau, Landwirtschaft oder Aufzugstechnik hebt eine Last; Sie berechnen die Arbeit A = mgh, die Leistung P = F·v und den Wirkungsgrad der Maschine. Erde und Himmel: Wählen Sie eine geografische Breite und einen Tag des Jahres und beobachten Sie, wie die Sonne am Himmelsgewölbe aufgeht, ihren Höchststand erreicht und untergeht; dabei messen Sie ihre Höhe und die Tageslänge. Physik und Umwelt: die Energiebilanz der Erde – eine Änderung des CO₂-Gehalts zeigt, wie sich die mittlere Oberflächentemperatur ändert.

Lektion: Physik im Beruf; Erde und Himmel; Physik und Umweltbildung

Was sie zeigt

Diese Simulation vereint drei kurze Modelle der angewandten Physik. Im ersten hebt ein Baukran, eine Bewässerungspumpe oder ein Aufzug mit Gegengewicht eine Last mit konstanter Geschwindigkeit: Die Nutzarbeit beträgt mgh, die Nutzleistung P = F·v, und der Wirkungsgrad H zeigt, wie viel mehr Energie der Motor liefern muss. Das zweite beschreibt die scheinbare Tagesbahn der Sonne aus der Neigung der Erdachse und liefert Sonnenhöhe und Tageslänge für jede Breite und jedes Datum. Das dritte ist ein Einschicht-Energiebilanzmodell, das den CO₂-Gehalt der Atmosphäre mit der mittleren Oberflächentemperatur verknüpft.

So funktioniert es

Wechseln Sie das Thema über die Reiter. Ändern Sie unter Physik im Beruf die Masse der gehobenen Last und klicken Sie auf Maschine wechseln, um Arbeit, Leistung und Verlustenergie der drei Maschinen zu vergleichen. Stellen Sie unter Erde und Himmel die geografische Breite ein, ziehen Sie über den Himmel, um die Uhrzeit zu ändern, und klicken Sie auf Tag wechseln (Sonnenwenden) für Sonnenwenden und Tagundnachtgleiche. Ziehen Sie unter Physik und Umwelt seitlich oder klicken Sie auf CO₂ × 2 und lesen Sie die neue Oberflächentemperatur ab.

Einstellbare Parameter

  • Aktuelles Thema 1. Physik im Beruf, 2. Erde und Himmel, 3. Physik und Umweltschutz
  • Hebemaschine Baukran (Wirkungsgrad 75 %), Bewässerungspumpe (Wirkungsgrad 60 %), Aufzug mit Gegengewicht (Wirkungsgrad 85 %)
  • Masse der gehobenen Last 50–5000 kg
  • Geografische Breite des Beobachters (positiv = Nord) -60–60 Grad
  • Tag des Jahres 1–365 Tage
  • CO₂-Konzentration der Atmosphäre 280–1000 ppm

Fragen zum Erkunden

  1. Warum braucht die Bewässerungspumpe für dieselbe Last mehr Gesamtenergie als der Aufzug mit Gegengewicht?
  2. Wie unterscheiden sich Mittagshöhe der Sonne und Tageslänge bei 40° nördlicher Breite zwischen Tag 172 und Tag 355?
  3. Um wie viel steigt die mittlere Oberflächentemperatur laut Modell, wenn sich CO₂ ausgehend von 280 ppm verdoppelt?

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