Kapitel 0: Einführung

Transkript

1 Einführung in die Physik für Maschinenbauer WS 2011/2012 Universität Rostock Heinrich Stolz Kapitel 0: Einführung 1

2 Zuerst: Fragen Physik bis Abi Leistungskurs Physik Assesmentcenter TU9? Lehrbuch : Heribert Stroppe Physik Hanser Verlag Preis (ab 200 Stück) 23 Was ist Physik? Aristoteles, Physik (= Natur) 2

3 Aristoteles ( v. Chr.), griechischer Philosoph. Zusammen mit Platon und Sokrates gehört er zu den berühmtesten und bedeutendsten Philosophen des Altertums Physik des Aristoteles entsteht aus Naturbeobachtung Grundgesetz der Bewegungslehre: Alle Körper bewegen sich von selbst auf ihren natürlichen Ort zu. Optische Täuschungen Unsere Sinne täuschen uns! Der Keil hat überall den gleichen Grauwert 3

4 Optische Täuschungen Unsere Sinne täuschen uns! Wasser fließt aufwärts Optische Täuschungen Unsere Sinne täuschen eine Dynamik vor! 4

5 Methode der Physik: Galiliei Durchführung von Experimenten Messergebnisse: Zahl Maßeinheit (Objektive Messungen) Mathematische Modelle Die Sprache der Natur ist die Mathematik Galilei, Galileo ( ), italienischer Physiker, Mathematiker, Philosoph und Astronom. Was ist Physik? Die Physik besteht darin, durch gezielte Experimente Theorien, d.h. mathematisch formulierte Naturgesetze, über die Natur zu testen. Ziel ist, in einer möglichst einheitlichen Beschreibung, alles in der Natur zu verstehen. 5

6 Physik und Technik? Technik: Anwendung der physikalischen Naturgesetze um neue Systeme, Prozesse etc. zu erzeugen, die vom Menschen beherrscht werden Einteilung der Physik? Kosmologie Gravitationstheorie (Einstein) Thermodynamik Makrophysik Mechanik Elektromagnetismus Optik Makroskopische Quantensysteme Quantenmechanik Quantenfeldtheorien, Quantenoptik 1

7 Mathematische Modellierung: 1. Messen der physikalischen Größen: Vergleich mit einem Normal 2. Physikalische Größe: Maß-Zahl X Maßeinheit 3. Normale: Genauigkeit, Reproduzierbarkeit 4. Güte der Messung: systematische Fehler, Genauigkeit Länge : reelle Zahl x Längeneinheit (Meter) Historisch: menschliche Maße: Fuß, Elle Seit der Französischen Revolution: 1m = 1/ Erdumfang 1875: Paris, Urmeter Aktuell: 1960: Wellenlänge einer Fluoreszenz-Linie des Krypton-Isotops : Das Meter ist die Länge der Strecke, die das Licht im Vakuum während eines Zeitintervalls von 1/ s durchläuft 2

8 Zeit: relle Zahl x Zeiteinheit (Sekunde) Historisch: Pulsschlag, Pendel bis 1960: mittlerer Sonnentag Aktuell: Eine Sekunde ist das Zeitintervall, während dessen die Cäsium-Atomuhr Schwingungen macht Relative Genaugkeit : Cs-Atomuhr 3

9 Cs-Atomuhr Nobelpreis für Physik 2006: Lichtuhr Theodor Hänsch Max-Planck-Institut für Quantenoptik, München Eigentlicher Erfinder 4

10 S 1 S 2 Laserpuls I c/2l c/2l L T T t Einsteins Lichtuhr Einstein und die Lichtuhr Einsteins Lichtuhr: fs- Laser S 1 S 2 Laserpuls I c/2l c/2l L T T t 5

11 Optik Newtons 1. Prismenversuch Weißes Licht kann mit einem Prisma in die Spektralfarben zerlegt werden 1

12 Farbige Schatten Schon Goethe beschäftigte sich in seiner Farbenlehre mit farbigen Schatten Schirm? Auf einer Harzreise im Winter stieg ich gegen Abend vom Brocken herunter, die weiten Flächen auf-und abwärts waren beschneit, die Heide von Schnee bedeckt, alle zerstreut stehenden Bäume und vorragenden Klippen, auch alle Baum- und Felsenmassen völlig bereift, die Sonne senkte sich eben gegen die Oderteiche hinunter. Waren den Tag über, bei dem gelblichen Ton des Schnees, schon leise violette Schatten bemerklich gewesen, so mußte man sie nun für hochblau ansprechen, als ein gesteigertes Gelb von den beleuchteten Teilen widerschien. Als aber die Sonne sich endlich ihrem Niedergang näherte und ihr durch die stärkeren Dünste höchst gemäßigter Strahl die ganze mich umgebende Welt mit der schönsten Purpurfarbe überzog, da verwandelte sich die Schattenfarbe in ein Grün, das nach seiner Klarheit einem Meergrün, nach seiner Schönheit einem Smaragdgrün verglichen werden konnte. Die Erscheinung ward immer lebhafter, man glaubte sich in einer Feenwelt zu befinden, denn alles hatte sich in die zwei lebhaften und so schön überein-stimmenden Farben gekleidet, bis endlich mit dem Sonnenuntergang die Prachterscheinung sich in eine graue Dämmerung, und nach und nach in eine mond- und sternhelle Nacht verlor. 2

13 Hochauflösende MR-Aufnahme eines Auges 3

14 Scharfe Abbildung f g b Variation von f Akkomodation Variation der Bildgröße Akkommodation: Fähigkeit des Auges Gegenstände unterschiedlicher Entfernung sukzessiv auf der Netzhaut scharf abzubilden. Hermann von Helmholtz, Refraction [Dpt.] time [sec] Dunedin School of Medicine Akkomodation Pupil Diameter [mm] InterpupDist [mm] time [sec] Akkommodation Pupillenreflex - Konvergenz time [sec] Einführung Physik für 4

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