Wintersemester 2012/2013. Vorlesung TREF/PHY Mi 4. DS = Tel Straessner@physik.tu-dresden.de

Transkript

1 Physik 1 für die Studienrichtungen Hydrologie Wasserwirtschaft Abfallwirtschaft und Altlasten Verfahrenstechnik und Naturstofftechnik Werkstoffwissenschaften Wintersemester 2012/2013 Vorlesung TREF/PHY Mi 4. DS = Jun. Prof. Dr. A. Straessner ASB 428 (Sprechzeiten: jederzeit nach Vereinbarung) Tel Straessner@physik.tu-dresden.de 1

2 Organisatorisches 2

3 Übungen zur Physik 1 Lehre Vorlesungen im WiSe 2012/13 Physik 1 3

4 Webseit zur Physik 1 Lehre Vorlesungen im WiSe 2012/13 Physik 1 Übungsaufgaben werden ab Mittwoch nachmittag auf der Webseite angekündigt Besprechung/Vorrechnen in den Seminaren der darauf folgenden Woche Zusatzmaterial zur Vorlesung: Vorlesungsskript Formelsammlung (darf auch bei Prüfungsklausur benutzt werden) Informationsmaterial zu Vorlesungen Aktuelles 4

5 Lehrbücher zur Vorlesung Physiklehrbücher zur Vorlesung: P. Müller u.a., Übungsbuch Physik, Hanser Verlag / Fachbuchverlag Leipzig, 2009 Aufgaben und kompakte Zusammenfassungen der Themen E. Hering u. a., Physik für Ingenieure, Spinger Verlag, 2007 F. Kuypers, Physik für Ingenieure und Naturwissenschaftler, Wiley-VCH, 2002 P. Dobrinski u.a.,physik für Ingenieure, Teubner, 2007 weitere Bücher Physik für Ingenieure in der Lehrbuchsammlung Haliday, u.a., Physik, Wiley-VCH, 2009 P.A. Tipler, Physik, Spektrum Akademischer Verlag, 2009 weitere Bücher Physik in der Lehrbuchsammlung 5

6 Modul Physik Prüfungen und Praktika Hydrologie, Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Altlasten (Bachelor): Prüfungsklausur im SoSe 2013 Dauer: 90 Minuten Physikalisches Praktikum mit 6 Versuchen und schriftlichen Protokollen im SoSe 2013 sonstige Prüfungsleistung Modulnote: gewichtetes arithmetisches Mittel aus Klausurnote (67%) und sonstiger Prüfungsleistung (33%) Verfahrenstechnik und Naturstofftechnik (Diplom): Prüfungsklausur im SoSe 2013 Dauer: 180 Minuten Modulnote = Klausurnote Werkstoffwissenschaften (Diplom): Prüfungsklausur im SoSe 2013 Dauer: 180 Minuten Physikalisches Praktikum und schriftlichen Protokollen im SoSe 2013 Protokollsammlung Modulnote = 1/3 ( 2 * Prüfung + 1 * Protokolle) 6

7 Physikalisches Praktikum Im SoSe 2013 findet das Physikalische Praktikum statt. Bitte beachten Sie schon jetzt: Bitte schreiben Sie sich rechtzeitig beim Praktikumsleiter ein! Anmeldetermin: vor/zu Beginn des SoSe

8 Vorstellung IKTP Institut für Kern- und Teilchenphysik Physik der kleinsten Teilchen und ihrer Wechselwirkungen m γγ =126.6 GeV kürzlich entdeckt: das Higgs-Teilchen Ingenieurtechnik sehr wichtig für unsere Forschung: Werkstoffwissenschaften Elektrotechnik Geologie, Hydrologie... 8

9 Vorstellung IKTP Institut für Kern- und Teilchenphysik Physik der kleinsten Teilchen und ihrer Wechselwirkungen m γγ =126.6 GeV kürzlich entdeckt: das Higgs-Teilchen Ingenieurtechnik sehr wichtig für unsere Forschung: Werkstoffwissenschaften Elektrotechnik Geologie, Hydrologie... 9

10 Medizin, Biologie, Ingenieurwissenschaften,... Mathematik unbelebte Natur exakte Naturwissenschaft quantitative Beziehungen analytische Darstellung Physik physikalische Anwendungen und Geräte Beispiel Mobiltelefon: elektromagnetische Funkwellen Halbleiter-Bauelemente Farbdisplay GPS 10 Spannungsversorgung

11 Vorlesungsprogramm Physik Einführung 2 Mechanik 2.1 Kinematik der Punktmasse 2.2 Dynamik der Punktmasse 2.3 Arbeit, Energie, Leistung 2.4 Dynamik von Systemen von Punktmassen 2.5 Mechanik des starren Körpers 2.6 Beschleunigte Bezugssysteme 2.7 Hydrostatik 2.8 Hydrodynamik 3 Thermodynamik 4 Elektrodynamik Physik 1 Physik 2 5 Optik 6 Physik der Atome und Festkörper 11

12 Heutige Vorlesung (I) 1. Einleitung 1.1 Physik und Experiment 1.2 Physikalische Größen, Messung und Darstellung 2. Mechanik 2.1 Kinematik der Punktmasse Geradlinige Bewegung Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap. 1 Hering, Physik f. Ingenieure, Kap. 1 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 1 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M1, M2 12

13 Physik 13

14 Physikalische Einheiten - Beispiele 14

15 Vorsätze der physikalischen Einheiten 15

16 Normalverteilung Häufigkeit Messwerte Mittelwert μ Standardabweichung σ Messfehler 16

17 Beispiel: Talsperrenüberwachung Talsperren sind potenzielle Gefahrenquellen, haben eine Versorgungsaufgabe, stellen hohen Wert da Überwachung des Bauwerks nötig Was wird gemessen? Niederschlag, Stauhöhe, Temperatur, Thermodynamik Spannungen, Verformungen der Staumauer Mechanik Wasserstand, Wasserdruck Hydromechanik Seismische Messungen Wellen, Schwingungen 17

18 Beispiel: Messung mit Massstab Beispiel: Messung der Bewegungen im Innern einer Staumauer Massstab mit Standrohr Schlauch Auf- und Abwärtsbewegung des Gefäßes Wasserstand im Standrohr ändert sich Ablesen des Wasserstands anhand eines Massstabs Messungen: Aufnehmen von Messwerten mit Mittelwert und Messfehler Werte z.b.: Mittelwert: Varianz und Fehler: Messergebnis: x = 183,6 cm ± 0.9 cm 18

19 Beispiel: Messung mit Massstab Messergebnis: x = 183,6 cm ± 0.9 cm Messfehler spiegelt statistische Unsicherheit der 5 Messungen wider Weitere Messunsicherheiten sind zu beachten: Eichung des Messstabes Ablesefehler, z.b. durch schräge Aufsicht oder dicke Massstabslinien Längenausdehnung des Messstabes mit der Temperatur... Beispiel der Temperatureichung: Dies sind systematische Messfehler Vollständiges Ergebnis enthält statistische und systematische Messfehler 19

20 Weitere Infos 20

21 Experimente Versuch 1: Looping Beschreibung des zeitlichen Verlaufs der Bewegung Wie kann man sicher stellen dass die Kugel den Looping schafft? Achterbahn! Wie schnell erreicht die Kugel das Ende der Bahn? Versuch 2: Muldenbahn Welche Kugel ist schneller? Langer oder kurzer Weg? Versuch 3: Springball Astroblaster Warum springt die Kugel so hoch? Welche Höhe wird erreicht? 21

22 Empfehlung für Selbststudium Wiederholung Differential- und Vektorrechnung 22

23 Übungen zur Physik 1 Lehre Vorlesungen im WiSe 2012/13 Physik 1 2

24 Heutige Vorlesung (II) 2. Mechanik 2.1 Kinematik der Punktmasse Geradlinige Bewegung Bewegung in der Ebene und im Raum Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.1,2.2 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. 1.1,1.2 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 2 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M1, M2 3

25 Freier Fall 4

26 Heutige Vorlesung (III) 2. Mechanik 2.1 Kinematik der Punktmasse Geradlinige Bewegung Bewegung in der Ebene und im Raum Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.2 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. 1.2 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 2, 3, 4 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M2 2

27 Heutige Vorlesung (IV) 2. Mechanik 2.2 Dynamik der Punktmasse Kraftbegriff Newtonsche Axiome Impuls und Kraftstoß Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.3 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. 1.3,1.4 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 5 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M3 2

28 Heutige Vorlesung (V) 2. Mechanik 2.2 Dynamik der Punktmasse Beispiele: Reibungskräfte 2.3 Arbeit, Energie, Leistung Arbeit und Leistung Verschiebungsarbeit und potenzielle Energie Beschleunigungsarbeit und kinetische Energie Erhaltungsatz der (mechanischen) Energie Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap. 4 Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.6 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. kein spezielles Halliday, Resnick, Physik, Kap. 7 und 8 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M4 2

29 Heutige Vorlesung (VI) 2. Mechanik 2.3 Arbeit, Energie, Leistung Erhaltungsatz der (mechanischen) Energie 2.4 Dynamik von Systemen von Punktmassen Impulserhaltung (Impulssatz) Bewegung des Massenmittelpunkts Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap. 4, 5.1, 5.2 Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.6, 2.5 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. kein spezielles Halliday, Resnick, Physik, Kap. 7, 8, 9 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M5 Physik-Applets: 2

30 Heutige Vorlesung (VII) 2. Mechanik 2.4 Dynamik von Systemen von Punktmassen Impulserhaltung (Impulssatz) Bewegung des Massenmittelpunkts Stoßvorgänge 2.5 Mechanik des starren Körpers Bewegungsmöglichkeiten des starren Körpers Freiheitsgrade Winkelgeschwindigkeit Kinetische Energie und Trägheitsmoment Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap. 5, 6 Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.7, 2.5.3, 2.8, 2.9 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. 1.5 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 9, 10, 11, 12 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M5, M8 2

31 Heutige Vorlesung (VIII) 2. Mechanik 2.5 Mechanik des starren Körpers Bewegungsmöglichkeiten des starren Körpers Freiheitsgrade Winkelgeschwindigkeit Kinetische Energie und Trägheitsmoment Drehmoment Drehimpuls und Drehimpulserhaltung Bewegungsgleichung für den rotierende Körper Rollbewegung Drehschwingung Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap. 5, 6 Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.8, 2.9 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. 1.5 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 11, 12 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M8 2

32 Planetenbewegung 3

33 Heutige Vorlesung (IX) 2. Mechanik 2.5 Mechanik des starren Körpers Federschwingung und Drehschwingung Versuche zu Drehmoment und Drehimpulserhaltung 2.6 Beschleunigte Bezugssysteme Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap. 6, 3 Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap. 2.8, 2.9, 2.11, 2.4 Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. 1.5 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 11, 12, 16, Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M8, M12, M9 2

34 Vergleich Rotation und lineare Bewegung 3

35 Vergleich Rotation und lineare Bewegung 4

36 Nord- oder Südhalbkugel?

37 Madagaskar Australien

39 Hurricane Katrina August 2005

41 Höhen-Jetstream und Bewegung von H/T-Gebieten am Boden

42 Heutige Vorlesung (X) 2. Mechanik 2.7 Hydrostatik Druck Barometrische Höhenformel Auftrieb Literatur: Kuypers, Physik f. Ingenieure Bd.1, Kap. 8 Hering, Martin, Stohrer Physik f. Ingenieure, Kap Dobrinski, Krakau, Vogel Physik f. Ingenieure, Kap. 1.6 Halliday, Resnick, Physik, Kap. 15 Müller, et al., Übungsbuch Physik, Kap. M13 2