3.2.1 Energieformen, Energieumwandlungen und Energietransportarten identifizieren und Energiebilanzen aufstellen
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können Energieformen, Energieumwandlungen und Energietransportarten identifizieren und Energiebilanzen aufstellen.
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Simulation: Elastischer und unelastischer Stoß
Eine interaktive Simulation zweier Wagen, deren Stoß elastisch oder vollkommen unelastisch erfolgen kann. Masse, Geschwindigkeit, Zeitlupe und Darstellung von Geschwindigkeiten, Impulsen oder kinetischen Energien sind frei einstellbar; der unveränderte Schwerpunkt und die Energiebilanz werden sichtbar gemacht.
Energieformen bei harmonischen Schwingungen – Experiment mit Motion-Detektor und Logger Pro
Ausführlich ausgearbeitetes Labor-Experiment zum Federpendel, bei dem Schüler:innen Position und Geschwindigkeit messtechnisch erfassen und daraus kinetische und Federenergie berechnen sowie den Energieerhaltungssatz prüfen. Enthält einleitende Vorhersage-Aufgaben, eine detaillierte Versuchsanleitung zur Bestimmung der Federkonstante, Auswertungsaufgaben und anspruchsvolle Erweiterungen. Didaktisch wertvoll durch die Vorhersage-Überprüfung-Struktur und die reale Messung mit digitalen Hilfsmitteln.
Achterbahn-Loop: Energie und Zentripetalkraft
Interaktive Lernumgebung mit Simulation zu Achterbahnschleifen: Zentripetalbeschleunigung, Normalkraft und Energieerhaltung werden anschaulich eingeführt. Dazu gehören mehrere quantitative Aufgaben mit vorgegebenen Zahlenwerten, die mit der Simulation überprüft werden können.
Experimentelle Zugänge zur Strukturbildung
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Skript GF4: Materie, Wärme, Energie – Wärmelehre und der Energiesatz
Umfangreiches, ausgearbeitetes Unterrichtsskript zur Wärmelehre für das Grundlagenfach Physik: von der historischen Atomismus-Debatte (Aristoteles vs. Demokrit, Brownsche Bewegung, Ölfleckversuch) über Aggregatzustände, thermische Ausdehnung und Dichte bis zum Energieerhaltungssatz, Wirkungsgrad und Stromkosten. Enthält viele Rechenaufgaben mit Lösungen, Experimenten und einer Zusammenfassung.
Carnot-Prozess – interaktive Simulation
Eine interaktive Simulation zum idealisierten Carnot-Kreisprozess, in der Stoffmenge, Adiabatenexponent, Temperaturen und Volumina variiert werden können. Dazu eine klare Beschreibung der vier Teilprozesse sowie die Berechnung des Wirkungsgrads. Diagramme (p-V und S-T) machen den Kreisprozess visuell zugänglich.
Interaktive Simulation: Elektromagnetischer Schwingkreis
Eine interaktive Simulation eines elektromagnetischen Schwingkreises mit Kondensator und Spule, bei der Kapazität, Induktivität, Widerstand und Batteriespannung variiert werden können. Zeitlupe, U(t)- und I(t)-Diagramm sowie ein Balkendiagramm der Energieumwandlungen machen die Feldwechsel und die Energiebilanz sichtbar.
Kollisionen im Vergleich: Wand oder entgegenkommendes Auto?
Arbeitsblatt mit Lösungen zur Frage, ob ein Autounfall gegen eine Wand oder gegen ein gleichschnell entgegenkommendes Fahrzeug gefährlicher ist. Die Lernenden berechnen kinetische Energien, stellen Energiebilanzen auf und widerlegen mit Energiebetrachtungen eine verbreitete Fehlannahme. Der berufliche Rahmen und der Mythbusters-Bezug machen das Material lebendig.
Potentielle Energie – mit interaktiver Simulation (Nagel im Schaumstoff)
Lernseite zur potentiellen Energie mit einer simulierten Fallversuch-Anordnung: Über Schieberegler für Masse, Höhe und Ortsfaktor erkunden Schüler:innen, wovon Epot abhängt, bevor die Formel Epot = m·g·h und die Einheit Joule eingeführt werden. Prägnante Hinweise zu Nullniveau, System Erde-Körper und der Nicht-Beweisbarkeit der Energieerhaltung runden das Material ab.
Der Blitz – Aufgaben zur elektrischen Energie, Leistung und Spannung
Aufgabenserie mit vollständigen Lösungen rund um einen echten Blitzschlag: Kosten des Blitzes, potenzielle Energie, elektrische Leistung im Vergleich zum Kernkraftwerk, Spannung und Verdampfung von Wasser. Der realitätsnahe, leicht überraschende Kontext (Blitz kostet 225 €, Leistung von 431 Kernkraftwerken) macht die Routineaufgaben lebendig. Didaktisch solide mit sauberer formaler Darstellung, aber ohne Einstieg, Schülerversuch oder Selbstcheck.
Gefährliches Tauziehen: Energie im elastischen Nylonseil
Eine realitätsnahe, glaubwürdig Aufmerksamkeit erzeugende Physikaufgabe zum elastischen Seil beim Tauziehen mit echtem Zeitungsartikel als Kontext. Die Lösung ist vollständig mit Hookescher Feder, Deformationsenergie und Energieerhaltung. Die Problemstellung ist überraschend und spannend, die Rechnung aber Routine-Hookesches Gesetz.
Carnot-Prozess – Simulation (LEIFIphysik)
Interaktive HTML5-Simulation des Carnot-Kreisprozesses mit einstellbaren Parametern (Stoffmenge, Adiabatenexponent, Temperaturen, Volumina) und Darstellung im p-V- bzw. S-T-Diagramm. Begleitend werden die vier Teilprozesse erläutert und der Wirkungsgrad η = 1 − T_K/T_W hergeleitet. Ideal für die eigenständige Exploration von Kreisprozessen im Schwerpunktfach.
Interaktive Simulation: Elektromagnetischer Schwingkreis
Interaktive Simulation eines elektromagnetischen Schwingkreises mit Kondensator, Spule und einstellbarem Widerstand. Die Lernenden variieren Kapazität, Induktivität und Widerstand und beobachten Schwingungsdauer, Spannungs- und Stromverläufe sowie Energieumwandlungen inklusive Dämpfung, aperiodischem Grenzfall und Kriechfall.
Heimversuche zu Energie und Bewegung (Knete, Pendel, Gummiband, Ball, JoJo, Münzkatapult)
Eine Sammlung von sechs einfachen Heimversuchen mit Alltagsmaterialien (Knete, Pendel, Gummibandauto, Flummi, JoJo, Münzkatapult), bei denen Schüler:innen selbst experimentieren, messen und Energieumwandlungen untersuchen. Mit konkreten Arbeitsaufträgen, Tabellen- und Diagrammaufgaben sowie einer ausführlichen Erklärung zum Münzkatapult inklusive Formeln und Fehlerbetrachtung.
Perpetuum Mobile mit Magnet und Eisenkugel – interaktive Animation
Eine Animation zeigt ein scheinbar funktionierendes Perpetuum Mobile: Ein Magnet zieht eine Eisenkugel eine Rampe hinauf, danach fällt sie zurück und der Kreislauf beginnt von vorn. Die Lernenden werden durch die Frage «funktioniert es oder doch nicht?» zum Nachdenken über Energieerhaltung angeregt und können die Animation erkunden.
Skript SF3: Warum gibt es Kraftwerke mit Kühltürmen? (Thermodynamik)
Umfangreiches Schwerpunktfach-Skript zur Thermodynamik: von Wiederholungen zum atomaren Aufbau der Materie über die universelle Gasgleichung und den Luftdruck bis zu Entropie, Wärmepumpen, Wärmetransport und der Leitfrage «Warum haben Kraftwerke Kühltürme?». Enthält viele Aufgaben (inkl. Fermi-Aufgaben), Experimente, eine Tabellenkalkulations-Aufgabe zur barometrischen Höhenformel sowie Lösungen und Zusammenfassung.
Vergiftung durch Polonium-210 – Radioaktiver Zerfall am realen Mordfall (Abituraufgabe mit Lösung)
Eine Abituraufgabe (Bayern 2008) zum α-Zerfall von Polonium-210, eingebettet in den spektakulären Fall Litvinenko. Die Lernenden ordnen das Isotop einer Zerfallsreihe zu, stellen die Zerfallsgleichung auf, berechnen den Q-Wert, Aktivität, tödliche Dosis und Wärmeleistung. Die vollständigen, nachvollziehbar aufgebauten Lösungen sind enthalten.
Bungee-Sprung: Energieerhaltung und ungedämpfte Schwingung
Ein mehrteiliges Aufgabendokument zum Bungee-Sprung mit vollständig ausgearbeiteten Lösungen, das Energieerhaltung, Hookesches Gesetz, Grenzfälle harmonischer Schwingung und die Schwingungsdauer kombiniert. Die Aufgaben sind durchgängig formal-mathematisch gerechnet, mit einer qualitativen Skizzenaufgabe (Energie-Diagramm) und einer Erkläraufgabe zur Teilschwingung.
Simulation: Newtons Wiege (Energie- und Impulserhaltung)
HTML5-Simulation der Newtonschen Wiege von Walter Fendt, eingebettet in LEIFIphysik, mit der sich Energie- und Impulserhaltung beim zentralen Stoß erkunden lassen. Dazu eine Aufgabe: verschiedene Anzahlen ausgelenkter Kugeln untersuchen und mit den Erhaltungssätzen nachweisen, dass ein bestimmter Stoßausgang physikalisch unmöglich ist. Knappes Material mit erkundendem Zugang und einer anspruchsvollen Beweisaufgabe.
Die ISS am Nachthimmel – Aufgaben und Lösungen
Aufgabensammlung mit vollständigem Lösungsvorschlag zur Internationalen Raumstation: Kreisbahn und Umlaufzeit, Vergleich der scheinbaren Bewegung mit einem Verkehrsflugzeug, Hohmann-Transfer bei der Bahnanhebung, scheinbare Helligkeit und Solarmodule. Die authentische, packende ISS-Thematik wird mit sauber formalisierten, kontrollierbaren Lösungen verbunden.
Bungeespringen Teil 2: Energiebetrachtungen am Bungeesprung
Aufgabenblatt mit vollständigen Lösungen zur Energieanalyse eines Bungeesprungs: Energieformen identifizieren, tabellarische und funktionale Energiebilanzen aufstellen, tiefsten Punkt und Maximalgeschwindigkeit berechnen. Der realistische Kontext Bungeespringen macht die formale Behandlung des Energieerhaltungssatzes anschaulich und motivierend.
Der Tischtennisball als Golfball – Elastizitätszahl und Luftwiderstand
Aufgabenserie zum freien Fall, zur Energieerhaltung beim Abprallen und zur Reichweite von Bällen mit Luftwiderstand. Anknüpfend an eine Sport-REALITÄTsituation (Flexon will mit einem Tischtennisball golfen) werden Formeln angewendet, kritisch hinterfragt und mit energetischen Argumenten plausibilisiert. Alle Teilaufgaben sind mit ausführlichen Musterlösungen versehen.
Heißluftballon: Dichte, Temperatur und Auftrieb
Aufgabe aus den KMK-Bildungsstandards zum Heißluftballon: Erklärung des Dichte-Temperatur-Zusammenhangs auf Teilchenebene, Erklärung des Schwebezustands und quantitative Berechnung der Nutzlast. Komplett durchgerechnete Lösung mit Herleitung über Auftrieb und Gewichtskraft.
Trampolin: Energieumwandlungen mit Simulation erkunden
Interaktives Arbeitsmaterial mit einer Trampolin-Simulation, in der Schüler:innen mit Schiebereglern Masse, Höhe und Steifigkeit variieren und Energieformen in Diagrammen beobachten. Begleitende Aufgaben führen vom qualitativen Benennen der Energieformen über das Finden von Maximalwerten bis zur quantitativen Bestimmung der Federkonstante. Der Alltagbezug (Trampolinspringen) macht das Thema greifbar, Lösungen sind jedoch nicht im Material enthalten.
Kinetische Energie – Simulation zum Aufprall auf einen Nagel
Interaktive Lernseite zur kinetischen Energie: Eine Simulation zeigt, wie Eindringtiefe eines Nagels in Schaumstoff als Mass für die kinetische Energie dient. Masse und Geschwindigkeit sind per Schieberegler variierbar, um deren Einfluss qualitativ zu untersuchen. Anschliessend wird die Formel E_kin = ½mv² hergeleitet und mit Alltagsbezug (Strassenverkehr) versehen.
Thermodynamik – Unterrichtsplanung Wärmelehre mit Experimenten und Newtonschem Abkühlungsgesetz
Umfangreiche Unterrichtsplanung zur Wärmelehre mit zahlreichen Experimenten, Videos, Alltagsbezügen und Formelblatt sowie einem Skript mit Beispielaufgaben und Lösungen. Den Höhepunkt bildet das anspruchsvolle Dokument zum Newtonschen Abkühlungsgesetz, das die Differentialgleichung vollständig herleitet und damit die klassische Kaffee-Milch-Frage mathematisch beantwortet. Didaktisch lebendig (Denksportaufgaben, Bier im Kühlschrank, Wasserfall-Schätzung), aber als Mitschrift/Ablaufplan ohne durchgängige Lösungen.
Glas Milch für die Bergwanderung
Aufgabenblatt mit vollständigen Lösungen zur Hubarbeit und Energiebilanz am Beispiel einer Bergwanderung: Wie viel Milch braucht man für 1000 Höhenmeter, und warum erscheint das Ergebnis unglaubwürdig? Über den Wirkungsgrad des Körpers und einen abschliessenden Obelix-Beispiel mit Bezug zur Lebenswelt der Schüler:innen werden Energiebedarf und Grundumsatz erschlossen.
Ralf auf dem Schulweg – Leistung, Wirkungsgrad und CO2-Bilanz
Mehrgliedrige Übungsaufgabe mit vollständigen Lösungen: Vom Gang von Ralf zur Schule werden Geschwindigkeit, Hubleistung, Vorwärtsleistung, Wirkungsgrad des «Menschen als Maschine» und spezifischer Energiebedarf berechnet. Ergänzt durch Alltagsbezug (Banane, Schokolade) und eine kritische Diskussion zur CO2-Bilanz beim Vergleich mit dem Auto.
Brauchwassererwärmung mit einem Flachkollektor – Aufgabe mit Lösung
Aufgabenblatt mit vollständiger Lösung zur Solarthermie: Funktionsweise eines Flachkollektors, Abschätzung der Kollektorfläche pro Person aus einem Einstrahlungsdiagramm und Berechnung der Heizölersparnis. Die Aufgabe hat klaren Alltagsbezug (Solaranlage statt Ölheizung) und wird formal mit Formeln und Zahlwerten bearbeitet.
Physik des springenden Toasts – Aufgaben mit Musterlösung
Ein Arbeitsblatt mit vier Rechenaufgaben (mit vollständiger Musterlösung) rund um einen Toast, der aus dem Toaster springt: Flugzeit, Abschussgeschwindigkeit, Steighöhe und Federenergie. Der Alltagsbezug und die etwas absurde Fragestellung machen die Übungen zu freiem Fall und Energieumwandlung anschaulich und unterhaltsam.
Energieerhaltung am Skater in der Halfpipe (Animation)
Eine interaktive Animation veranschaulicht die Energieerhaltung quantitativ am Beispiel eines Skaters in einer Halfpipe. Potentielle und kinetische Energie lassen sich beim Hin- und Herrollen beobachten und vergleichen. Das Material eignet sich als anschaucliches Werkzeug zur selbständigen Erkundung, enthält aber keinen erklärenden Text oder Aufgaben.
Dritte kosmische Geschwindigkeit – Herleitung als mehrstufige Schwerpunkt-Aufgabe
Eine anspruchsvolle, vollständig gelöste Aufgabe zur näherungsweisen Bestimmung der dritten kosmischen Geschwindigkeit über Energiebilanzen im Gravitationsfeld von Sonne und Erde, inklusive Bezugssystemwechsel. Das Thema ist faszinierend und die Schrittfolge klar aufgebaut, das Material ist jedoch durchgehend formal und bietet keine anschauliche Intuitionsebene – ausser den Hinweisen auf Abbildungen, die hier nicht enthalten sind.
Neuburg: Drei Tage als Energiemanager
Die Lernenden übernehmen die Rolle der Energieverantwortlichen der fiktiven Stadt Neuburg (100'000 Einwohner) und müssen über drei Tage die Stromversorgung mit Wasserkraft, Wind, PV, Speicher und Gaskraftwerk sicherstellen. Das Szenario verlangt Leistungsbilanzen, den Umgang mit wetterabhängigen Erzeugern und eine sinnvolle Speicherstrategie. Es ist ein rollenspielartiges Planszenario mit starkem Bezug zur Energiewende, das von den Lernenden eigenständige Abschätzungen des Stadtverbrauchs verlangt.
Herr Bullig, der Kartoffelsack und die «Himmelfahrt» von Herrn Schmächtig
Humorvoll erzählte Aufgabe mit ausgearbeiteter Musterlösung zur Energieerhaltung: Herr Bullig zieht einen Kartoffelsack in den ersten Stock, doch als der leichtere Herr Schmächtig das Seil hält, fährt der Sack ab und Schmächtig steigt gen Himmel. Mit Hilfe von Energietabellen werden Lageenergie, Geschwindigkeit auf halber Höhe und Aufprallgeschwindigkeit berechnet, eine offene Frage lädt zum Weiterspinnen der Geschichte ein. Die Teile a und b sind vollständig gelöst, Teil c nur erst angesetzt, Teil d ohne Lösung.
Duschen vs. Baden – Energieabschätzung für die eigene Dusche
Eine schwere Alltagsaufgabe, bei der Schüler:innen den Energieumsatz ihres eigenen Duschbads grob abschätzen und mit einem Vollbad vergleichen. Der Lösungsweg inkludiert eine einfache Eigennmessung (Eimer statt Duschkopf), Wärmekapazität, Heizleistung, Wirkungsgrad und Kostenberechnung in kWh. Die Musterlösung ist vollständig durchgerechnet und plausibilisiert.
Hochspannungsübertragung: Warum wird elektrische Energie mit Hochspannung übertragen?
Rechnerisch geführte Aufgabe zur Übertragung elektrischer Energie: In vier Teilschritten (ein bis zehn Glühlampen plus Motor, mit Niederspannung, dann Hochspannung) berechnen Schüler:innen Leitungsverluste und Wirkungsgrade. Mit vollständig ausformulierten Lösungen zeigt das Material eindrücklich, warum Hochspannung nötig ist.
Experimentelle Gewinnung der Formel für die kinetische Energie
Das Material leitet über mehrere Experimente (Fadenpendel, Pendelkörper, NEWTON-Wagen, schiefe Ebene, Rampe) experimentell her, dass E_kin = ½·m·v² gilt. Die Lernenden nehmen Messreihen auf, werten sie mit Lichtschranken aus und bestätigen rechnerisch die Formel. Die Aufgaben sind teils unvollständig (leere Auswertungstabellen), folgen aber einem klaren, forschenden Aufbau.
Eigenschaften der Energie: Transport, Übertragung, Umwandlung, Erhaltung und Entwertung
Interaktive Lernseite, die mit Animationen (Kugel, Billard, Trampolin) die zentralen Eigenschaften von Energie anschaulich erklärt: Transport, Übertragung, Umwandlung, Erhaltung und Entwertung. Jede Eigenschaft wird mit Alltagsbeispielen eingeführt und in einer klar formulierten Merkregel festgehalten, mit Fokus auf mechanische Energieformen und innere Energie.
Experiment 16: Energie eines geworfenen Balls
Übersetztes Vernier-Experiment: Schüler:innen werfen einen Ball und messen mit Motion Detector und Logger Pro, wie kinetische und potentielle Energie sich umwandeln und ob die totale Energie konstant bleibt. Enthält Vorausfragen mit Diagramm-Skizzen, eine detaillierte Anleitung, Auswertungsaufgaben und Erweiterungen, aber keine Lösungen.
Niedrigenergiehäuser – Gruppenarbeit am Beispiel Sunny Woods
Gruppenarbeit zu realen Schweizer Niedrigenergie- bzw. Passivhäusern, am ausführlichen Beispiel des Mehrfamilienhauses «Sunny Woods» in Zürich. Anhand geführter Fragen (passive und aktive Energietechniken, energetische Unabhängigkeit, Kosten und Komfort) analysieren die Gruppen ihr zugewiesenes Haus und erstellen einen Zusammenstellung der Energiesparmassnahmen.
Niedrigenergiehäuser – Gruppenarbeit zu Energiespartechniken am Beispiel Haus Herterberg
Gruppenarbeits-Auftrag, bei dem Schüler:innen ein reales Schweizer Niedrigenergiehaus (Haus auf dem Herterberg, Frauenfeld) analysieren. Der ausführliche Artikeltext beschreibt Dämmung, Fenster, Solarkollektoren, Holzvergaserofen und Lüftungsanlage konkret mit Zahlen. Die Leitfragen lenken die Analyse auf passive/aktive Energietechniken, energetische Unabhängigkeit und Kosten-Nutzen-Abwägung.
Niedrigenergiehäuser – Gruppenarbeit am Beispiel Nullenergiehaus Brunnadern
Gruppenarbeits-Auftrag zur Analyse realer Schweizer Niedrig- und Nullenergiehäuser, ergänzt durch einen ausführlichen Projektbeschrieb des Nullenergiehauses Brunnadern mit Energiekonzept, Wärmedämmung, Lüftungsanlage und Kostenvergleich. Die Lernenden untersuchen echte Häuser auf passive Spartechniken, aktive Energieerzeugung und energetische Autarkie. Es fehlen Lösungen und Betreuungshinweise, aber der Fallbeispieltext ist konkret und lebensweltnah.
Abschätzung: Reicht das Schuldach für die Solarbeleuchtung?
Eine geführte Abschätzaufgabe mit vollständiger Musterlösung: Die Schüler:innen schätzen die Anzahl Lampen, Betriebszeiten und den Energiebedarf der Schulbeleuchtung ab und vergleichen den Bedarf mit der Solarertragsfläche des Schuldachs. Die realistische Fragestellung («reicht unser Dach?») macht Grössenordnungsabschätzungen mit Leistung und Energie greifbar.
Rollendes Auto am Hügel: Warum sich Geschwindigkeiten nicht addieren
Der rätselhafte Fall eines Fahrzeugs, das ein zweites Mal mit Anfangsgeschwindigkeit 3 km/h denselben Hügel hinunterrollt. Die ausführliche Lösung zeigt mit Energiebilanzen und Energieerhaltungssatz, dass die Geschwindigkeiten quadratisch eingehen und das Ergebnis 5 km/h statt 7 km/h beträgt.
Globaler atmosphärischer elektrischer Kreislauf – Physik-Aufgabe mit Lösung (LEIFIphysik)
Umfangreiche Aufgabe zum globalen elektrischen Kreislauf zwischen Gewitterwolken und Erdboden, mit Kondensatormodell, Energieabschätzung, Normblitz-Diagramm und Induktion. Die vollständige Musterlösung ist didaktisch sauber strukturiert, bleibt aber reine Rechenaufgaben ohne eigene Erklärung. Der reale Weltbezug (Gewitter, Blitze) macht das Thema dennoch anschaulich.
Achterbahn 'Colossos': Energieerhaltung und Energieentwertung
Eine Aufgabe rund um die Holzachterbahn 'Colossos' im Heide-Park, in der Schüler:innen mithilfe der Energieerhaltung und der Energieentwertung durch Reibung beurteilen, welche Hügelkonfigurationen physikalisch möglich sind, und Hügelbilder nach ihrem Energiegehalt sortieren. Die Lösungen werden qualitativ begründet und mit einer kleinen Rechnung zur kinetischen Energie untermauert.
Der heiße Abseilachter – Energiebilanz beim Klettern
Eine Kontextaufgabe mit vollständigem Lösungsweg: Beim Abseilen eines Bergsteigers wird die potentielle Energie über die Reibungsarbeit in innere Energie des Abseilachters umgewandelt und die resultierende Temperaturerhöhung berechnet. Die Aufgabe regt zur kritischen Prüfung an (Teil c), indem die naive Rechnung mit der Realität verglichen und die Rolle der Abseilgeschwindigkeit diskutiert wird.
Eine Reise von München nach Verona – Energiebedarf und CO2-Emissionen von Verkehrsmitteln im Vergleich
Eine anspruchsvolle Rechenaufgabe (mit Musterlösung) zur vergleichenden Bewertung von Pkw, Bahn und Flugzeug auf der Strecke München–Verona. Die Schüler:innen recherchieren Reisezeiten, rechnen End- und Primärenergiebedarf in unterschiedlichen Einheiten um, bestimmen Wirkungsgrade und CO2-Emissionen und bewerten die Ergebnisse. Die lebensnahe Fragestellung und die abschliessende Bewertung geben der Übung echten Alltagsbezug.
Solarstrom für einen Mars-Rover
Kurzes Übungsblatt mit Lösungen: Aus der Solarkonstante der Erde und dem Marsbahn-Radius wird die Sonneneinstrahlung auf dem Mars bestimmt und daraus die maximale Leistung der Solarpanels eines Mars-Rovers berechnet. Zwei Schrittaufgaben mit ausführlichem Musterlösungsweg im realen Raumfahrt-Kontext.
Relativistische Ionen im Synchrotron – Krebstherapie als Aufgabe mit Lösungen
Schriftlicher Übungssatz (mit Punktangaben) zur Umlenkung vollständig ionisierter Kohlenstoffionen in einem Synchrotron: Lorentzkraft als Zentripetalkraft, relativistische Masse und kinetische Energie, benötigte Flussdichte und eine Abschätzung zu Platzbedarf und Kosten. Ausgearbeitete Lösung mit Skizze, Formeln und Zahlenwerten, inklusive Kontrollwerten.