physik (Subject) / Physik (Lesson)

Einführung der Physik

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• Basisgröße u. deren Basiseinheit Basisgröße Formelzeichen Basiseinheit Abkürzung für Basiseinheit Länge l, x, s, u ... Meter m Masse m Kilogramm kg Zeit t Sekunde s Elektr. Stromstärke I Ampere A Temperatur T Kelvin K Lichtstärke I Candela cd Stoffmenge n, v Mol mol
• Einheiten mit Vorsilben Faktor Vorsatz Kurzzeichen   Faktor Vorsatz Kurzzeichen 1012 Tera T   10-1 Dezi d 109 Giga G   10-2 Zenti c 106 Mega M   10-3 Milli m 103 Kilo k   10-6 Mikro µ 102 Hekto h   10-9 Nano n 101 Deka da   10-12 Piko p
• abgeleitete Größen abgeleitete Größe Formelzeichen Abkürzung abgeleit. Einheit Fläche A m2 Volumen V m3 Dichte r kg/m3 Geschwindigkeit v m/s Beschleunigung a m/s2 Drehzahl, Frequenz f, n Hz (Hertz) Winkelgeschwindigkeit w rad/s od. s-1 Winkelbeschleunigung a rad/s2 od. s-2 Kraft F N (Newton) Drehmoment M Nm Massenträgheitsmoment I kgm2 Impuls p kgm/s Drehimpuls L kgm2/s Arbeit W J (Joule) Energie E J Leistung P W (Watt) Druck p Pa (Pascal) Spannung s, t Pa Elastizitätsmodul E Pa
• Messfehler zufällige/statistische Messfehler: richtiger Messwert lässt sich durch wiederholtes messen vermindern (z.B. Ungenauigkeit des Ablesens)   systematische Fehler: entstehen z.B. durch ein fehlerhaftes Messgerät/Messprozedur. Lassen sich nur durch Eichung des Gerätes (Genauigkeit erhöhen) verkleinern.  
• Streuung Streuung: zufällige Schwankungen der Messwerte.  
• Mittelwert xm der Messungen:
• Standardabweichung σ Standardabweichung s = ein Maß für die Streuung der Messwerte. Messwerte werden oft in Form v. Mittelwert ± Standardabweich. angegeben.  Messwerte sind um den Mittelwert in Form einer Gauß-Kurve verteilt.  Gaußverteilung: 68,3 % der Messwerte liegen innerhalb des Bereichs xm±s                    95,4 %                   -,,-                              xm±2s                    99,7 %                   -,,-                               xm±3s
• Kinematik Kinematik beschreibt die Bewegung v. Punkten. ruhend od. mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegtes System (Inertialsystem) Inertialsystem: Fixsternhimmel  Erdoberfläche (kein Inertialsystem, Scheinkräfte treten auf)
• Translationsbewegung Basisgrößen: Weg:   Formelzeichen: s, l, x, u ....               Basiseinheit = 1 m (Meter) (Messung mit Maßstäben, Vergleich mit der Längeneinheit (Bandmaße, Endmaße, Schublehre, Mikrometer-schraube)               Zeit:   Formelzeichen: t                          Basiseinheit = 1 s (Sek.)                (Messung durch Vergleich mit der Dauer period. Vörgänge (Pendeluhr, Quarzuhr, Atomuhr)
• Translationsbewegung abgeleitete Größen: Geschwindigkeit v: zurückgelegter Weg pro sehr kurze Zeitspanne                                          [v] (1. Ableit.) = m/s    Beschleunigung a: Änderung der Geschwindigk. mit der Zeit.                                              [a] (2. Ableit.) = m/s2   Bewegung beschrieben durch -> Weg, Geschwindigk. u. Beschleunigung als Fkt. der Zeit.
• gleichförmige Bewegung gleichförmige Bewegung = Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit
• gleichmäßig beschleunigte Bewegung gleichmäßig beschleunigte Bewegung = Bewegung mit konstanter Beschleunigung
• senkrechter Wurf senkrechter Wurf = eindimensionale, gleichmäßig beschleunigte Bewegung (senkrecht nach oben/unten) Erdbeschleunigung -> a = - g = - 9,81 m/s2
• Rotationsbewegung (gleichförmige Kreisbewegung) Rotationsbewegung (gleichförmige Kreisbewegung) Kennzeichen: Bahngeschwindigkeit      
• Drehwinkel
• Periodendauer T [s] Periodendauer T [s] = Dauer einer Umdrehung
• Drehzahl f
• Winkelgeschwindigkeit ω
• Drehwinkel zur Zeit t
• Bahngeschwindigkeit v (zurückgelegter Weg/s)
• zurückgelegter Wege zur Zeit t
• Zentripedalbeschleunigung aZ   Bewegung entlang einer Kreisbahn ist eine beschleunigte Bewegung (auch dann, wenn die Winkelgeschwindigk. konstant ist)
• Winkelbeschleunigung α (Änderung der Winkelgeschwindigk. mit der Zeit):
• Tangential- od. Bahnbeschleunigung aT:
• überstrichene Drehwinkel bei gleichförmig beschleunigter Kreisbewegung Der überstrichene Drehwinkel bei gleichförmig beschleunigter Kreisbewegung ist:
• Kraft = die Ursache v. Bewegung = eine vektorielle Größe - Zur Untersuchung v. Kraftwirkungen benötigt man -> Masse u. Beschleunigung   (z.B. Schwerkraft beschleunigt Masse im freien Fall) - Messung v. Masse -> Kräfte die v. der Masse hervorgerufen werden                                           (Gravitations- od. Trägheitskräfte) werden mit den Wirkungen v.                               bekannten Massen verglichen.  
• 2 Wirkungen von Kräften: 1.     beschleunigen Körper (Bsp. freier Fall; Messung der Kraft mit Beschleunig.messer) 2.    deformieren Körper (Bsp. Feder; Messung der Kraft mit Feder)
• Kraft F ist bestimmt durch: 1.  Betrag der Kraft            2.  Angriffspunkt der Kraft              3.  Richtung der Kraft                      
• Wirkungslinie: wird festgelegt durch Angriffspkt. u. Richtung der Kraft
• starre Körper (nicht deformierbar) Angriffspkt. ist auf der Wirkungslinie verschiebbar. Kraft ist ein linienflüchtiger Vektor.
• deformierbare Körper Angriffspkt. ist auf Wirkungslinie nicht verschiebbar (Angriffspkt. hat eine Bedeutung). (wird am Gummiband gezogen, ist die Längenänd. umso größer, je weiter der Kraftangriffspkt. v. der Einspannung entfernt ist)
• Was ist beim Kraftvektor nicht erlaubt? Parallelverschieben des Kraftvektors ist nicht erlaubt ƒ (z.B. führt Kraft F bei einem drehbar gelagerten Körper 1 x zur Drehung im Uhrzeigerrichtung, 1 x dagegen u. 1 x zu gar keiner)
• 1. Newton`sches Axiom = Trägheitsprinzip Schwerpkt. eines Körpers verharrt in Ruhe od. in gleichförmiger Bewegung, solange der Körper kräftefrei ist   (vs = const. ; kräftefrei = Summe aller auf den Körper einwirkenden Kräfte ist gleich Null)
• 2. Newton`sches Axiom = Aktionsprinzip zeitl. Änderung des Impulses eines Körpers = (ist gleich) der Summe aller einwirkenden Kräfte.     (Masse x Geschwindigkeit seines Schwerpkt.s)
• Änderung der Kraft (Änderung der Beschleunigung): 1.     entw. Änderung der Richtung 2.    od. Änderung des Betrags
• 3. Newton`sches Axiom = Reaktionsprinzip Wikt zw. 2 Körpern eine Kraft F12 (von 1 nach 2), dann wirkt auch (von 2 nach 1) am selben Kraft- angriffspunkt eine Kraft F21: (d.h. Kräfte, die zwei Körper aufeinander ausüben ist stets gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet – actio = reactio...... die Angriffspkt.e von F12 u. F21 liegen jedoch in verschied. Körpern)
• Gravitationsgesetz alle Massen üben aufeinander eine Anziehungskraft aus  Gravitationskraft -     ist umso größer, je größer die Masse der beiden Körper ist -     ist proportional zw. 2 Massen, aber umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands
• Gewichtskraft = Schwerkraft eines Körpers 1. Betrag u. Richtung -> zeigt von der Masse zum Erdmittelpunkt (auf der Erdoberfläche wird eine Masse m durch die Erdmasse angezogen) 2. Angriffspkt. -> ist der Schwerpkt./Massenmittelpkt. des Körpers
• Erdbeschleunigung g Erdbeschleunigung:          - in Europa: g = 9,81 m/s2; am Äquator: g = 9,78 m/s2; am Nordpol: g = 9,83 m/s2   Ursache: keine exakte Kugel, sondern Ellipsoid (Flieh- u. Gravitationskräfte überlagern sich)  Erdanziehungskraft auf eine Masse v. 1 kg nennt man Kilopond: 1 kp = 1 kg x 9,81 ms-2 = 9,81 N
• zentrales Kräftesystem: die Wirkungslinien aller an einem Körper angreifenden Kräfte schneiden an einem einzigen Punkt
• 2 Kräfte -> F1 + F2 = 0 .... im Gleichgewicht bei -> selber Wirkungslinie, gleichen Beträgen u. entgegengesetzte Richtungen
• 3 Kräfte -> F1 + F2 + F3 = 0 .... im Gleichgewicht wenn ihre Wirkungslinien in einem Pkt. schneiden u. vektorielle Summe 0 ist
• Mehr als drei Kräfte sind im Gleichgewicht, wenn 1. sie in Form eines zentralen Kräftesystems angreifen 2. sich die angreifenden Kräfte zu 0 addieren Ist ein Körper nicht im Gleichgewicht, dann ändert er seine Geschwindigk. od. seine Drehzahl. (bzw. ruhender Körper beginnt sich zu bewegen od. zu drehen)
• Seilkräfte Seile übertragen Zugkräfte in Richtung des Seils. Rolle kann die Wirkungslinie der Kraft umlenken.
• Normalkraft - FN: FN: Körper, der auf einer Unterlage liegt, wirkt auf diese eine Kraft aus        (z.B. aufgrund seiner Gewichtskraft; ist die Kraft normal auf die Unterlage)
• Zugkraft - FZ: FZ: wird durch entgegengesetzte genau gleich große Kraft (Reibungskraft) kompensiert        (Bei weiterer Erhöhung v. FZ beginnt Körper zu rutschen. Reibungskraft kann demnach nicht beliebig groß werden)
• Haftreibungskraft - FH FH  ->    -  auch Haftreibungswiderstand  -  ist die größte Zugkraft, bei der sich der Körper noch nicht bewegt                (bzw. kleinste Zugkraft, bei der sich der Körper gerade bewegt) FH – folg. Eigenschaften:  -  ist unabhängig von der Größe der Berührungsfläche                                -  wächst proportional zur FN   Richtung u. Wirkungsline v. FH:  parallel zur Auflagefläche,                                                               entgegengesetzt zur Zugkraft  Haftreibungskoeffizient μH: ist abhängig v. der Beschaffenheit der beiden                                           Berührungsflächen kein zentrales Kräftesystem (Gleichgewicht), da der Vektor der Haftreibungskraft keinen gemeinsamen Schnittpkt. mit den anderen Kräften hat. (Auf Körper wirkt ein Drehmoment; kann statt rutschen auch umfallen)
• Gleitreibungskraft - FG Gleitreibungskraft - FG  ->   - Widerstandskraft bei gleichförmiger Bewegung.                                      - Zur Aufrechterhaltung der Bewegung muss die Zugkraft die Gleitreibungs-       kraft kompensieren. FG – folg. Eigenschaften -     unabhängig von der Größe der Berührungsfläche; unabhängig v. der Geschwindigk.                                                                   -     wächst proportional zur FN -     ist parallel zur Oberfläche; entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung   Gleitreibungskoeffizient mG  ist kl. als die Haftreibungszahl.         FZ > FG   -> Körper beschleunigt        FZ < FG  ->  Körper bremst ab (bis die Geschwindigk. 0 ist)
• Rollreibungskraft - FR: Rollreibungskraft - FR: ->  - Widerstandkskraft eines Rades, Kugel, Zylinder - tritt auf, wenn ein Rad/Kugel auf einer Unterlage abrollt. - Ursache für die Rollreibung = anelast. Verformung v. Unterlage u. Rad/Kugel.    (Rad mit größerem Radius verformt weniger beim Abrollen -> daher geringere Rollreibung)   Rollreibungskoeffizient ist umgekehrt proportional zum Radius. (daher führen größere Räder/Kugeln/Zylinderdurchmesser zu einer Verminderung der Reibung)                
• Radial- od. Zentripetalkraft FP ungleichförmige Kreisbewegung (ungleichförmige Geschwindigk.) -> 2 Kräfte treten auf 1. Radial- od. Zentripetalkraft FP:   -     hält die Masse auf der Kreisbahn -     bewirkt eine Änderung der Bewegungsrichtung -     ar resultiert aus der Zentripetalkraft             

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