Physikolympiade - 2002



Was ist das überhaupt, eine Physikolympiade?

Die Physikolympiade ist ein Wettbewerb im Fach Physik. Die Aufgaben und die Wertungen sind für die verschiedenen Klassenstufen unterschiedlich.
Es gibt mehrere Runden. Die erste ist eine Hausrunde, die zu hause gelöst wird. In der ersten Runde gibt es meist mehrere Experimente, die durchgeführt und ausgewertet werden müssen. Über die erste Runde kann man sich zur zweiten qualifizieren.
Die zweite Runde ist Schullandkreis bezogen, d.h. alle, die sich in diesem Kreis für die zweite Runde qualifiziert haben, treten an. In Jena findet diese Runde immer in der Spezi statt. In einer zwei- bzw. dreieinhalbstündigen Klausur werden die gestellten Aufgaben gerechnet. Ein paar Wochen später, bekommt man die gelösten und korrigierten Aufgaben zurück. Anschließend ist Zeit, um Einspruch anzumelden. Wenn man der Meinung ist, man wurde ungerecht bewertet und einem stehe noch ein Punkt zu, kann man Einspruch erheben und bekommt dann noch einen Punkt oder bekommt ihn eben nicht. Später findet die Siegerehrung statt und die besten bekommen eine Urkunde und einen Preis (in Jena einen Buchpreis).
Die besten qualifizieren sich für die dritte Runde: das Bundesland. An einem Tag fahren alle Teilnehmer zum Veranstaltungsort (in Thüringen immer eine der drei Spezialschulen) und schreiben dort die Klausur. Am selben Tag werden die Arbeiten korrigiert, ist die Einspruchszeit und die Siegerehrung.

Meine Erlebnisse bei Physikolympiaden:

Letztes und dieses Jahr habe ich an der Physikolympiade teilgenommen und auch relativ gut abgeschnitten.
Die Hausrunde mag ich nicht so, da bei Experimenten immer das Problem ist, das manchmal die Experimente nicht so funktionieren, wie die Aufgabensteller sich das dachten. Wenn man nicht die richtigen Beobachtungen macht, kann man natürlich auch nicht die richtigen Schlüsse ziehen. Außerdem ist die 1. Runde meistens sehr zeitaufwendig. Über die 1. Runde qualifiziert man sich zur 2. Runde. Die macht mir schon mehr Spaß.
Die Aufgaben der 2. Runde sind komplizierter und es gibt keine Experimente. Ich schlage mich gerne mit physikalischen Problemen herum und genieße außerdem einen schulfreien Tag *g*. Etwa eine Woche später bekamen wir dieses Jahr unsere Arbeiten zurück. Ich hatte 28 Punkte von 40 möglichen. Aber durch einen vergleich innerhalb meiner Klasse kamen wir zu dem Schluss, dass ich die Beste war. Auch als wir von uns die Punkteliste von unserem Physiklehrer anschauten, sahen wir, dass ich vorne war. Wenn keiner durch einen Einspruch noch ein paar Punkte mehr bekommen sollte und dadurch vor mir liegen, war ich Erste. Ich war erstmal ganz schön baff. Ich hatte zwar damit gerechnet nicht zu den schlechtesten zu gehören, aber dass ich so gut war... Ich hatte nach der Klasusur auch ein ungutes Gefühl gehabt, weil die Aufgaben diesmal irgendiwe blöd gwesen waren. Dann fand die Siegerehrung in der Aula der FSU Jena statt, ich bekam eine Urkunde und konnte mir ein schönes Buch raussuchen.

Ab gings zur 3. Runde:
Mit einem Bus wurden alle Physikolympiadeteilnehmer aus Jena nach Ilmenau gefahren, wo die 3. Runde stattfand. Erst wurde dort eine Rede gehalten. Während dieser Rede war ich ganz schön nervös. Ich weiß auch nicht warum. Aber als wir dann mit der Klausur angefangen haben, war ich überhaupt nicht mehr nervös. Die Aufgaben haben mir gefallen. Bei zweien habe ich gleich beim Anschauen die Lösungsidee gehabt, obwohl eine der Ideen, wie ich später mitgekriegt habe, doch nicht so gut war. PISAStudie hat sich nämlich bestätigt. Ich kann auch nicht lesen und habe mir bei einer Aufgabe erst einmal viel zu viel Arbeit gemacht. Naja... ist mit ja noch aufgefallen. Nach der Klausur gab es Mittag und viele Disskussionen über die Lösungen und die Aufgaben. Während die Lehrer unsere Lösungen kontrollierten, sind wir in die Ilmenauer Uni gegenagen und haben uns dort einen Vortrag über Selbstorganisation angehört. Weil Mami sich ja auch schon mal damit beschäftigt hat, hatte ich eine grobe Ahnung worum es ging und fand den Vortrag sehr interessant. Dann bekamen wir unsere korrigierten Arbeiten zurück, konnten uns die offiziellen Lösungen angucken und Einspruch einreichen. Einer der offiziellen Lösungen fand ich etwas merkwürdig, aber wenn sie meinen... Wir, aus einer Klasse, haben natürlich unsere Lösungen und Punkte miteinander verglichen. Herauskam, dass Stefan und ich beide 35 von 40 Punkten hatten und Stefan, der schon mal auf der Gesamtliste nachgeschaut hatte, wusste, dass das die höchste erreichte Punktzahl bei den Achtern war. Dann war die Siegerehrung, wir bekamen eine Sonnenblume und ein Buch. Ich habe einen Sonderpreis für besonders kreative Aufgabenlösung bekommen, weiß allerdings nicht auf welche Aufgabe. Gute Physikbücher brauche ich mir gar nicht kaufen: Ich bekomme immer welche bei Physikolympiaden *g*. Anschließend sind wir wieder nach hause gefahren.
Mir machen Physikolympiaden Spaß, weil ich mich gerne mit solchen physikalischen Problemen rumschlage.

Ein paar Aufgaben der Physikolympiade von diesem Jahr:

[Kommentare zum besseren Verständnis]

Klassenstufe 8, 2.Runde:

Aufgabe 8.1
Physiker wundern sich nicht, sie suchen nach Erklärungen.
  1. Ein Brunnenbauer behauptete bereits vor 100 Jahren, dass er am hellen Tage in seinem tiefen engen Brunnenschacht die Sterne am Tageshimmel gesehen hat.
  2. Dem ersten Weltraumtouristen war es nicht möglich zur feier seines Eintreffens auf der Raumstation eine Kerze auch nur für kurze Zeit zum Brennen zu bringen.
  3. Jede Hausfrau weiß, dass ein aus dem kochenden Wasser genommenes Ei die Hand nicht verbrennt.
Finde die Entsprechenden physikalischen Erklärungen!

Meine Lösung:

  1. Die Sterne sieht man tagsüber nicht, weil sie von dem viel helleren Licht der Sterne überstrahlt werden. Das Licht der Sonne wird in der Atmosphäre immer wieder gebrochen und verteilt sich, deshalb erscheint der ganze Himmel hell sobald die Sonne da ist. Wenn die Sonne etwas schräg am Himmel steht, kommt weniger Sonnenlicht in den Brunnen asl das [Licht] der Sterne, die senkrecht über dem brunnen stehen. Man sieht das Sonnenlicht dann einfach nicht und an dem kleinen Aussschnitt den man sieht, ist das Licht der Sterne heller als das das an der Luft gebrochene Sonnenlicht, was bis tief in den Brunnen kommt.
    2/3
  2. Wenn eine Kerze brennt, entstehen dabei Gase, die die Flamme ersticken. Normalerweise steigen diese Gase nach oben, weil sie heiß sind und damit eine geringere Dichte haben als die Luft. Wenn es aber, wie im Weltraum, keine Schwerkraft gibt [g(Erdbeschleunigung)=0], dann gibt es auch keinen Auftrieb [Auftriebskraft=g*V*rho]. Die Gase bleiben bei der Flamme und ersticken die Kerze sofort wieder.
    4/4
  3. Die Schale eines Eies ist ein sehr schlechter Wärmeleiter. Die Wärme der Schale geht nicht so schnell auf die Hand über. [Bin erstens keine Hausfrau und hole zweitens Eier immer mit einem Löffel aus dem Wasser]
    1/3

Die offiziellen Lösungen:

  1. Das Tageslicht ist gestreutes Licht, fällt unter unterschiedlichsten Winkeln in den Schacht ein und wird von den Wänden absorbiert (2 Punkte). Das senkrecht einfallende Licht der Sterne gelangt bis in die Tiefe des Brunnenschachtes (1 Punkt).
  2. Damit eine Kerze brennen kann, muss sich die im Bereich des Kerzendochts erwärmte sauerstoffarme Luft ausdehnen (1 Punkt). Infolge ihrer geringeren Dichte steigt sie nach oben und kühlere und sauerstoffreiche Luft kann von unten nachströmen (1 Punkt). Der Verbrennungsprozess bleibt im bereich des Kerzendochtes in Gang. In der Schwerelosigkeit der Raumstation haben Dichteunterschiede aufgrund der fehlenden Gewichtskraft keine Wärmeströmung zur Folge (1 Punkt). Sauerstoffarme Luft kann nicht abgeführt werden und sauerstoffreiche Luft kann nicht nachströmen. Die Kerze erlischt (1 Punkt).
  3. Die Feuchtigkeit an der Eioberfläche verdunstet sehr rasch. Die dazu notwendige Verdampfungswärme wird der Eischale entzogen und kühlt diese ab (2 Punkte). Da die Eierschale ein schlechter Wärmeleiter ist, kann es nicht sofort zu einer erneuten Temperaturerhöhung kommen (1 Punkt).

Klassenstufe 8, 3.Runde:

Aufgabe 8.2
Auf dem Negativ eines Kleinbildfilmes eines Fotoapparates erscheitn ein Turm mit einer Höhe von 20mm. Der Fotograf stand zum zeitpunkt der Aufnahme genau 70m vom Fußpunkt des Turmes entfernt. Die Brennweite der Objektivlinse des Fotoapparates betrug 35mm.

  1. Zeichne den Strahlengang an dem Fotoapparat!
  2. Berechne die Höhe des Turmes!

Meine Lösung:

  1. zeichnerische Lösung
    4/5
  2. B=20mm [Bildgröße]
    g=70m [Gegenstandsweite]
    f=35mm [Brennweite]

    1/f=1/b+1/g [Linsengleichung]         |-1/g
    1/b=1/f-1/g
    1/b=1/3,5cm-1/7000cm=1/3,502cm b=5,502cm [Bildweite]

    G/g=B/b [2. Linsengleichung]          |*g
    G=(B*g)/b [G=Gegenstandsgröße]
    G=(2*7000)/3,502 (cm*cm)/cm=3997,7cm~40m

    Der Turm ist etwa 40m hoch.
    5/5

Die offiziellen Lösungen:

  1. Zeichnung sollte enthalten:
    Darstellung Gegenstand und Bild mit Kennzeichnung oben/unten
    Sammellinse als Objektiv, Film
    optische Achse, Brennpunkte, Hauptstrahlen
  2. Ansatz über Linsenabbildunggesetz oder Strahlensatz. Bildweite kann der Brennweite gleichgesetzt werden, da Abstand vernachlässigbar wegen großer Gegenstandsweite.
    (B*g):f=(20mm*70m):35mm=40m


Die Thüringer Physikolympiade hat auch eine offizielle Homepage: www.thueringerphysikolypmiade.de . Dort findet man unter anderem auch die Aufgaben und Lösungen von diesem Jahr.


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