1.Einführung in die Physik

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1 1.Einführung in die Physik Hofer 1 1.Einführung in die Physik Was ist Physik? Wie würdest du Physik definieren? Woran erkennst du die Physik im Alltag? Welche Auswirkungen hat die Physik auf dein Leben? Nenne Auswirkungen der Physik auf unser Leben! Versuche mit deinen Klassenkameraden die Sonnenfinsternis zu erklären! 1.1 Größenordnungen (magnitud, dimensión, la) Die Physik befasst sich mit den kleinsten bis zu den größten Strukturen. Beispiele: Entfernung Erde - Sonne: Durchmesser eines Atoms: Alter des Unversums: Masse der Sonne : Masse des Wasserstoffatoms: m = 1, m 0, m = m s = s kg kg Werden die Zahlen nur in Zehnerpotenzen angegeben, so spricht man von Größenordnungen. Vorsilben Abkürzungen Zehnerpotenzen Femto- f Pico- p Nano- n 10-9 Mikro µ 10-6 Milli- m 10-3 Kilo- k 10 3 Mega- M 10 6 Giga- G 10 9 Tera- T Peta- P 10 15

2 1.Einführung in die Physik Hofer 2 Einteilung der Größenordnungen: Mesokosmos Makrokosmos Mikrokosmos Welche Größenordnungen kommen in deiner Umgebung vor? Welche Vorsilben verwendest du? Übungen zu den Vorsilben:

3 1.Einführung in die Physik Hofer Wie arbeitet ein Physiker? Die heutige naturwissenschaftliche Methode wurde um 1600 von Galileo Galilei ( ) begründet. Im Gegensatz zu den griechischen Naturphilosophen wies Galilei dem Experiment eine entscheidende Rolle bei der Erforschung der Natur zu. Physikalisches Modell ist ein Bild der Wirklichkeit, das eine Naturerscheinung möglichst einfach erklärt. Das Experiment überprüft das physikalische Modell. Galilei beschreibt den Modellbildungsprozess mit dem Satz alles was messbar ist, messen, und was nicht messbar ist, messbar machen. Beobachtung eines Naturphänomens Fragestellung an die Natur Neue Hypothese Hypothese Widerspruch Experimente, Messungen, Auswertungen Bestätigung der Voraussage Physikalisches Modell oder Theorie Technik

4 1.Einführung in die Physik Hofer 4 Versuch 1: Bestimme das Volumen des Physiksaals! Versuch 2: Fallen alle Körper gleich schnell zu Boden? Beobachte und stelle ein Gesetz auf! A Wir lassen ein Blatt Papier gleichzeitig mit einer Münze fallen. B Zerknülle das Papier, so dass es den gleichen Durchmesser wie die Münze hat! Lasse wieder beide Körper gleichzeitig los! C Wir führen weitere Fallexperimente in der luftleeren Röhre durch! 1.3 Experimente Messfehler und Mittelwerte (experimento- el error de (en la) medición y promedio) Durchführung eines Experiments: Herbeischaffen des Versuchsmaterials Vorbereitung und Aufbau des Experiments Durchführung Wegräumen der Versuchsmaterialien Auswertung der Ergebnisse Versuchsprotokoll Versuchsprotokoll: A B C D E F Ziel des Versuches, Datum, Name Verwendetes Versuchsmaterial Beschreibung des Versuchaufbaus Messdaten Auswertung und Interpretation Fehleranalyse

5 1.Einführung in die Physik Hofer 5 Versuche: 1. Bestimme die Schwingungsdauer eines Fadenpendels. 2. Bestimme die Dicke eines Blattes des Physikbuchs. 3. Bestimme den Flächeninhalt einer Heftseite. 4. Falte ein Blatt-Papier entlang der Diagonalen und miss den Winkel z zwischen der langen Seite und der Diagonalen. Messfehler und Mittelwerte: Jede Messung ist mit Messfehlern behaftet! Exakte Messergebnisse enthalten daher immer auch eine Angabe über ihre Genauigkeit. Beispiel: Es wird die Länge eines Stabs gemessen. l = 0,375(4) Das bedeutet, dass l = 0,004 m ist. In welchem Intervall liegt der wahre Wert? Ist gibt zwei Arten von Fehlern: 1. Systematischer Fehler: Er liegt vor, wenn zum Beispiel bei einer Längenmessung ein Maßstab verwendet wird, der falsch skaliert ist. 2. Statistischer Fehler: Sind Fehler, die durch Experimentator verursacht werden? Deshalb führt man mehrere Messungen durch und berechnet den Mittelwert der Messergebnisse. xi x1 + x2 + x xn x = = n n A1: Welcher der beiden Fehlerarten ist vermeidbar? A 2: Berechne die Mittelwerte der Versuchsergebnisse von oben.

6 1.Einführung in die Physik Hofer Größen und Einheiten, das Internationale Maßsystem (SI) (magnitud (la) física; unidad, la) A1: Was ist eine physikalische Größe? A2: Gib Beispiele von physikalischen Größen an! Physikalische Größe = Zahlenwert x Einheit Es genügt, einige Größen als Basisgrößen und ihre Einheiten als Basiseinheiten festzulegen. Alle anderen Größen können mit den Basisgrößen definiert werden! Interationales Maßsystem = SI (franz.: Systeme international) Basisgrößen Basiseinheiten Länge longitud,la l Meter m Masse masa,la m Kilogramm kg Zeit tiempo,el t Sekunde s Stromstärke intensidad de la corriente,la Ι Ampere A Temperatur temperatura,la T Kelvin K Lichtstärke intensidad de la luz,la Ι v Candela cd Stoffmenge cantidad de materia,la n Mol mol Alle Physikalischen Größen die keine Basisgrößen sind, heißen abgeleitet Größen (magnitud (la) derivada)! Abgeleitete Größen, sind Größen die aus einer Kombination von Basisgrößen bestehen! A3: Der Flächeninhalt eines Rechtecks! A5: Gib die Einheit für das Volumen eines Quaders an! A6: Bestimme die Einheit der Dichte!

7 1.Einführung in die Physik Hofer Längenmessung (la medición de la longitud) Am Beginn der Längenmessung wurden Körpermaße als Längeneinheit verwendet. Begriffe wie Fuß, Elle, Yard oder Inch erinnern daran wurde das Meter als der zehnmillionste Teil des Erdmeridianquadranten definiert. Später wurde das Metermaß durch das Urmeter definiert. Der Urmeter liegt in Severs in der Nähe von Paris. Heute gilt: 1 Meter ist gleich der Strecke, die das Licht im Vakuum in einer Zeit 1 von s zurücklegt. A1: Welche Lägenmaße gibt es in Guatemala? Stelle eine Beziehung dieser Längenmaße zum Meter her! Länge Die Einheit der Länge l heißt 1 Meter = 1m Einheit: [l] = m, Basiseinheit Der Messbereich heute reicht von m bis m. Mechanische Längenmessung Maßband, Maßstab ( l = 1-10m, l = 10-2 m) Schublehre (l = 10-1 m, l=10-4 m) Mikrometerschraube (l = 10-2 m, l = 10-5 m) A2: Miss den Durchmesser einer Münze mit einer Schublehre!

8 1.Einführung in die Physik Hofer Zeitmessung (la medición del tiempo) A1: Nenne historische Zeitmessgeräte! Grundlage jeder Uhr ist ein periodischer Vorgang! Man spricht von periodischen Vorgängen, wenn sich ein Zustand in gleichen Zeitabständen wiederholt. A2: Gib Beispiele periodischer Vorgänge an! Bis Mitte des 20. Jhdts. war die Einheit der Zeit, die Sekunde, als der ste Teil eines mittleren Sonnentag definiert. Die exakte Definition der Sekunde lautet seit 1967: Die Sekunde ist gleich die Dauer von Schwingungen der Strahlung, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands des Cäsium 133 entspricht. Zeit / Sekunde Die Einheit der Zeit t (unit of time; la medición del tiempo) heißt 1 Sekunde = 1s Einheit:[t] = s, Basiseinheit des SI Die Zeiterfassung erstreckt sich heute von s (Lebensdauer von Elementarteilchen) bis 4, Jahre.(Halbwertszeit von Uran-238). Die mordernste Uhr heute ist die Atomuhr. Sie hat in ungefähr 3 Millionen Jahren einen Fehler von 1s. A3: Versuche durch Zählen 30 Sekunden zu messen! Wie groß ist der Fehler? A4: Bestimme die Genauigkeit deiner Uhr! Welche Vergleichsuhren kommen in Frage?

9 1.Einführung in die Physik Hofer Massenmessung (la medición de la masa) Unter der Masse eines Körpers verstehen wir eine physikalische Größe, die als Maß für seine trägen und seine schweren Eigenschaften dient. Ursprünglich war 1kg der Masse mit einem Liter Wasser (bei 4 C) definiert. Heute ist 1kg der Masse mit der Masse des Urkilogramms definiert. Masse / Kilogramm Die Einheit der Masse m (unit of mass; unidad de la masa) heißt: 1 Kilogramm = 1 kg Einheit: [m] = kg, Basiseinheit des SI Die kleinste Masse die man heute misst ist die Masse eines Elektrons mit kg. A1: Nenne Waagen aus dem Alltag! Welche verwendest du? Um einen Stoff genau zu charakterisieren führt man die Dichte ein. Dichte (densidad, la) Masse Dichte = Volumen m ρ = V kg Einheit :[ ρ] = 3 m ρ Dichte (densidad, la) m Masse (masa, la) V...Volumen (volumen, el) V: Bestimme von verschiedenen Münzen die Masse und das Volumen! Wie kann das Volumen der Münzen bestimmt werden. Trage die Ergebnisse in ein m-v-diagramm ein!