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1 Inhalt 5 Inhaltsverzeichnis Mechanik ORIENTIERUNG Einfache Bewegungen Kinematik Beschreibung von Bewegungen Geschwindigkeit Beschleunigung Geradlinige Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit Geradlinige Bewegung mit konstanter Beschleunigung Freier Fall Überlagerung von Bewegungen Gleichmäßig beschleunigte Bewegung. mit Anfangsgeschwindigkeit Wurfbewegungen Sport: Zeitmessung Verkehr: Sicherheit im Straßenverkehr Forschung: Parabelflug Dynamik Trägheit und Inertialsystem Masse Newton sche Axiome Definition. der Kraft Addition von Kräften Gewichtskraft und freier Fall Rücktreibende Kraft elastischer. Körper Reibung Grundgrößen: Meter, Kilogramm und Sekunde Bauphysik: Statik am Bau Sport: Luftwiderstand Sport: Wie fliegt ein Fußball? Erhaltungssätze Umwandlung und Transport von. Energie Energieerhaltungssatz Energieformen in der Mechanik Energieübertragung Impuls Impulserhaltungssatz Schwerpunktsatz Nichtzentrale Stöße Sport: Leistung beim Hochsprung Verkehr: Sicherheit in Fahr.zeugen Überblick: Einfache Bewegungen Kreis- und Drehbewegungen Kreisbewegungen Geschwindigkeit und Kreisfrequenz Zentripetalbeschleunigung Zentripetalkraft Rotierende Bezugssysteme und. Coriolis-Beschleunigung Jahrmarkt: Karussell Geschichte: Foucault sches Pendel Drehbewegungen Rotationsenergie Trägheitsmoment Drehimpuls Drehmoment Drehimpulserhaltungssatz Sport: Saltos und Schrauben Umwelt: Rotierende Luftmassen Überblick: Kreis- und Drehbewegungen REFLEXION: MECHANIK

2 6 Inhaltsverzeichnis Felder ORIENTIERUNG Gravitation Gravitationsgesetz Kepler sche Gesetze Der Mond als fallender Körper Newton sches Gravitationsgesetz Folgerungen aus der Gravitations-. theorie Geschichte: Weltbilder vor Newton Forschung: Gravimetrie Forschung: Mikrogravitation Gravitationsfeld Feldkonzept Gravitationsfeldstärke Potenzielle Energie Berechnung von Satellitenbahnen Umwelt: Gezeiten Raumfahrt: Raketenantrieb Raumfahrt: Weltraummanöver Überblick: Gravitation Elektrische und magnetische Felder Elektrische Ladung und elektrisches Feld Elektrisch geladene Körper Elektrische Ladung und Strom-. stärke Kräfte zwischen geladenen Körpern Elektrisches Feld Elektrische Spannung und Energie Elektrisches Potenzial Kondensatoren Kondensatoren in Stromkreisen Energie des elektrischen Felds Bestimmung der Elementarladung Bewegung von Ladungsträgern im. elektrischen Feld Technik: Faraday scher Käfig Umwelt: Gewitter Technik: Fotokopierer Technik: Rauchgasreinigung Biologie: Signalübertragung durch Nervenfasern Magnetisches Feld Felder um stromdurchflossene Leiter Magnetische Feldstärke Lorentzkraft Halleffekt Magnetfeld in einer langen Spule Materie im magnetischen Feld Bestimmung der Masse geladener. Teilchen Geophysik: Magnetfeld der Erde Grundgrößen: Ampere und Elementarladung Forschung: Elektromagnetisches Rühren Forschung: Massenspektroskopie Umwelt: Polarlicht Überblick: Elektrische und magnetische Felder Induktion und Leitungsvorgänge Elektromagnetische Induktion Induktionsgesetz Folgerungen aus dem Induktions-. gesetz Selbstinduktion Energie des magnetischen Felds Wirbelströme Technik: Metalldetektoren Technik: Zündanlagen Technik: Wirbelstrombremsen Wechselstromkreis Wechselstrom und Wechsel-. spannung Ohm scher Widerstand Nichtohmsche Bauelemente Leistung im Wechselstromkreis Einfache Schaltungen Technik: Drehstrommotor Technik: Fernleitung elektrischer Energie

3 Inhalt Elektrische Leitungsvorgänge Halbleiter und Metalle Bändermodell der Festkörper p- und n-leitung Der p-n-übergang Transistoren Integrierte Schaltkreise Supraleitung Leitung in Flüssigkeiten Leitung in Gasen Technik: Solarzellen Technik: Leuchtdioden Technik: Datenspeicher Forschung: Grenzen der Miniaturisierung Forschung: Nanoteilchen: mesoskopische Systeme Überblick: Induktion und Leitungsvorgänge REFLEXION: FELDER Schwingungen und Wellen ORIENTIERUNG Schwingungen Mechanische Schwingungen Kenngrößen und Beschreibung. einer Schwingung Harmonische Schwingungen Nichtharmonische Schwingungen Energie harmonischer. Schwingungen Gedämpfte harmonische. Schwingungen Erzwungene Schwingungen und. Resonanz Überlagerung von harmonischen. Schwingungen Geophysik: Seismometer Bauphysik: Schwingungen von Bauten Verkehr: Schwingungsdämpfer Tontechnik: Klanganalyse Elektromagnetische Schwingungen Schwingungen in einem. Schwingkreis Ungedämpfte Schwingungen Gedämpfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen. und Resonanz Rückkopplung Überlagerung von Schwingungen Verkehr: Verkehrssteuerung Tontechnik: Mikrofon und Lautsprecher Zeitmessung: Schwingquarze als Taktgeber Rundfunktechnik: Schwingungen in Sendeanlagen Schwingungen und Chaos Deterministisches Chaos Bifurkation Diagramme chaotischer. Schwingungen Überblick: Schwingungen Wellen Mechanische Wellen Entstehung mechanischer Wellen Ausbreitung mechanischer Wellen Überlagerung von Wellen Stehende Wellen Huygens sches Prinzip Beugung, Reflexion und Brechung Biologie: Ultraschall bei Tieren Umwelt: Meereswellen Geophysik: Seismische Wellen Akustik Schallsignale Ausbreitung des Schalls Wahrnehmung des Schalls Reflexion von Schallwellen Brechung, Beugung und Interferenz. von Schallwellen

4 8 Inhaltsverzeichnis Dopplereffekt und Überschall Musik: Stehende Wellen an Musikinstrumenten Medizin: Sonografie Biologie: Das menschliche Ohr Elektromagnetische Wellen Entstehung von Radiowellen Ausbreitungsgeschwindigkeit von. Radiowellen Maxwell sche Theorie Eigenschaften von Radiowellen Ausbreitung von Radiowellen Informationsübertragung mit. elektromagnetischen Wellen Elektromagnetisches Spektrum Geschichte: Geschichte der Informationsübertragung Technik: Mikrowellenherd Technik: Radar Technik: Digitalisierung Forschung: Synchrotronstrahlung Technik: Wie funktioniert Fernsehen? Überblick: Wellen REFLEXION: SCHWINGUNGEN UND WELLEN Quantenobjekte und Struktur der Materie ORIENTIERUNG Licht Klassische Optik Geschwindigkeit des Lichts Fermat sches Prinzip, Reflexion und Brechung Farbe Wellenmodell des Lichts Interferenz am Doppelspalt Interferenz am Gitter Beugung am Einfachspalt Interferenz an dünnen Schichten Michelson-Interferometer Polarisation Kohärenz Umwelt: Halos Grundgrößen: Lichtgeschwindigkeit Technik: Farbmischung Technik: TFT-Bildschirme Lichtquanten Wechselwirkung von Licht mit. Materie Fotoeffekt Quantenhafte Emission von Licht Impuls von Photonen Compton-Streuung Forschung: Nachweis von Photonen Astronomie: Strahlungsdruck Intensität von Licht: der Zeigerformalismus Modelle vom Licht Konstruktion des Zeiger-. formalismus Interferenz am Doppelspalt Beugung am schmalen Spalt Beugung am breiten Spalt Intensitätsoptimierung Interferenz am Mehrfachspalt Optische Abbildung Technik: Optische Beschichtung Technik: Holografie Forschung: Auflösungsvermögen optischer Instrumente Überblick: Licht Quantenphysik Quantenobjekte Wahrscheinlichkeitsdeutung Quanteninterferenz Verschränkung Elektronen als Quantenobjekte Neutronen, Atome und Moleküle

5 Inhalt 9 Forschung: Elektronenmikroskop Forschung: Teleportation Elemente der Quantenmechanik Materiewellen Interferenz von Materiewellen Heisenberg sche Unbestimmtheits-. relation Forschung: Rastertunnelmikroskop Überblick: Quantenphysik Atome Entwicklung der Atommodelle Entstehung des Atombegriffs in. der antiken Philosophie Rutherford sches Atommodell Linienspektren Energieniveaus in Atomen Bohr sches Atommodell Forschung: Spektralanalyse Technik: Atomuhren Energieabsorption Franck-Hertz-Experiment Resonanzabsorption und Resonanz-. fluoreszenz Fluoreszenz und Phosphoreszenz Geschichte: Fraunhofer sche Linien Technik: Anwendung der Fluoreszenz Atommodell der Quantenphysik Schrödingergleichung Modell des linearen Potenzialtopfs Tunneleffekt Wasserstoffatom Orbitale und Quantenzahlen Periodensystem der Elemente Umwelt: Farbstoffe Laser- und Röntgenstrahlung Laserstrahlung Eigenschaften von Röntgenstrahlung Spektrum der Röntgenstrahlung Forschung: Femtosekundenlaser Forschung: Laserdiode Forschung: Kristallstrukturanalyse Medizin: Diagnose mit Röntgenstrahlung Forschung: Freie-Elektronen-Laser Überblick: Atome Kerne und Elementarteilchen Radioaktivität Nachweis radioaktiver Strahlung Arten radioaktiver Strahlung Symbolschreibweise Aktivität und Zerfallsgesetz Wechselwirkung von Strahlung mit. Materie Messgrößen des Strahlungsschutzes Biologische Wirkung ionisierender Strahlung Umwelt: Bestrahlung von Lebensmitteln Forschung: Altersbestimmung Medizin: Radioaktive Strahlung in der Medizin Umwelt: Belastung durch ioniserende Strahlung Aufbau der Atomkerne Kernbausteine Massendefekt und. Bindungsenergie Tröpfchenmodell des Kerns Schalen- und Potenzialtopfmodell. des Kerns Geschichte: Entdeckung des Neutrons Kernumwandlungen Arten radioaktiven Zerfalls Natürliche Zerfallsreihen Künstliche Kernumwandlungen Kernspaltung Kettenreaktion und Energiebilanz Kernfusion Kernreaktoren Geophysik: Der Naturreaktor von Oklo Geschichte: Das»Manhattan Project«. 400 Technik: Moderne Kernkraftwerke Energie: Fusionsreaktoren

6 10 Inhaltsverzeichnis 11.4 Elementarteilchenphysik Standardmodell Wechselwirkungen Vielfalt und Ordnung im. Teilchenzoo Forschung: Kosmische Strahlung Forschung: Der»Large Hadron Collider« Forschung: Detektoren in der Teilchenphysik Überblick: Kerne und Elementarteilchen REFLEXION: QUANTENOBJEKTE UND STRUKTUR DER MATERIE Relativität und Astrophysik ORIENTIERUNG Relativitätstheorie Grundlagen Relativbewegungen Lichtgeschwindigkeit Äthertheorie Einstein-Postulate Technik: Satellitennavigation Geschichte: Relativität und Elektrodynamik Relativistische Kinematik Gleichzeitigkeit Zeitdilatation Längenkontraktion Addition von Geschwindigkeiten Koordinaten-Transformation Minkowski-Diagramme Raumzeit Zeit: Zwillingsparadoxon Forschung: Myonen Technik: Atomuhrenvergleich Relativistische Dynamik Relativität der Masse Masse-Energie-Beziehung Relativistische Energie Energie-Impuls-Beziehung Forschung: Relativistische Effekte in Teilchenbeschleunigern Elemente der Allgemeinen Relativitätstheorie Gravitationsfeld und Relativität Experimentelle Belege Krümmung der Raumzeit Forschung: Gravitationswellendetektor Überblick: Relativitätstheorie Astrophysik Unser Stern: die Sonne Sonne und Sonnensystem Zustandsgrößen der Sonne Sonnenatmosphäre Sonnenaktivität Innerer Aufbau der Sonne Umwelt: Sonne, Leben, Energie Geschichte: Solare Neutrinos Physik der Sterne Helligkeiten und Entfernungen der. Sterne Zustandsgrößen der Sterne Hertzsprung-Russell-Diagramm Sternentstehung und Stern-. entwicklung Forschung: Entfernungsbestimmung von Sternen Forschung: Bedingungen für Leben Forschung: Altersbestimmung von Sternen Großstrukturen im Kosmos Milchstraßensystem Außergalaktische Sternsysteme

7 Inhalt Kosmologie Überblick: Astrophysik Forschung: Quasare Forschung: Entwicklung des Kosmos REFLEXION: RELATIVITÄT UND ASTROPHYSIK Thermodynamik Grundlagen der Thermodynamik System und Gleichgewicht Absolute Temperatur und. Gasgesetze Erster Hauptsatz der Thermo-. dynamik Energiebilanzen bei Zustands-. änderungen von Gasen Reale Gase Entropie und Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik Entropieerzeugung als»antrieb« Umwelt: Temperaturschichtung Geschichte: Wärmetod Umwelt: Dissipative Strukturen Wärmekraftmaschinen und Kreisprozesse Entropie und Wärmekraft-. maschinen Carnot scher Wirkungsgrad von. Wärmekraftmaschinen Kühlschrank und Wärmepumpe Absoluter Nullpunkt und Dritter. Hauptsatz der Thermodynamik Stirlingmotor Technik: GuD-Kraftwerke Technik: Wärmepumpen Technik: Erzeugung tiefer Temperaturen Kinetische Gastheorie Mikroskopische Deutung. der Gasgesetze Mechanische Deutung von Druck. und Temperatur Geschwindigkeit von Teilchen Ausgleichsvorgänge: Diffusion und. Osmose Verdunstung und Mischung Wahrscheinlichkeit und Information Umwelt: Warum ist unsere Lufthülle stabil? Technik: Osmosekraftwerk Gesetze der Wärmestrahlung Strahlungs- und Energiehaushalt. der Erde Strahlungseigenschaften von. Körpern Die Erde im Strahlungsgleich-. gewicht Treibhauseffekt der Atmosphäre Umwelt: Versiegt der Golfstrom? Überblick: Thermodynamik M Methoden der Physik M1 Experimente und ihre Auswertung M2 Modelle in der Physik M3 Mathematische Funktionen und Verfahren Register

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