Basiswissen Physik 11. Jahrgangsstufe

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1 Basiswissen Physik 11. Jahrgangssufe 1. Einfache lineare Bewegungen a) Darsellung von Bewegungen im Koordinaensysem Unerscheide sorgfälig die in der Zei zurückgelege Srecke s() von der zur Zei eingenommenen Orskoordinae x(). Lezere kann auch negaiv sein, ersere aber nich! b) Kinemaische Grundgrößen Durchschnisgeschwindigkei: v = "s " Momenangeschwindigkei: Durchschnisbeschleunigung: a = "v " Momenanbeschleunigung: "x v() = lim "#0 " = dx d = x'() "v a() = lim "#0 " = dv d = v'() c) Bewegungsgleichungen Jede Bewegung is genau fesgeleg durch die 3 Bewegungsgleichungen: Zei-Or-Gesez x() Zei-Geschwindigkei-Gesez v() Zei-Beschleunigung-Gesez: a() d) Beschleunige Bewegung Voraussezung: Resulierende Gesamkraf F res 0 => a 0 a > 0: Körper wird schneller a < 0: Körper wird abgebrems Zei-Or-Gesez: x() = v a 2 Zei-Geschwindigkei-Gesez: v() = v 0 + a Zei-Beschleunigung-Gesez: a() = a = cons. e) Gleichförmige ( = unbeschleunige) Bewegung Voraussezung: Resulierende Gesamkraf F res = 0 => a = 0 Zei-Or-Gesez: x() = v 0 Zei-Geschwindigkei-Gesez: v() = v 0

2 2. Newonsche Geseze a) Trägheissaz (1. Newonsches Gesez) Ein Körper, auf den keine resulierende Gesamkraf wirk, bleib enweder in Ruhe oder beweg sich geradlinig mi konsaner Geschwindigkei. Wichig is auch die Umkehrung: Ein Körper, der nich in Ruhe bleib oder sich nich geradlinig oder nich mi konsaner Geschwindigkei beweg, is nich kräfefrei. Achung! Dieses Gesez gil nur für Inerialsyseme, d.h. für Bezugssyseme, die ruhen oder sich mi konsaner Geschwindigkei bewegen, es gil NICHT in beschleunigen Sysemen (z.b. anfahrender Zug, um die Kurve fahrendes Auo)! Dor reen Scheinkräfe auf, die jedoch nich in Wirklichkei vorhanden sind. b) Grundgleichung der Mechanik (2. Newonsches Gesez) Wirk auf einen Körper oder ein Sysem der Gesammasse m eine gesame resulierende Kraf F, so erfähr der Körper die Beschleunigung a = F res m ges bzw. vekoriell a = F res m ges c) Reacio-Gesez (3. Newonsches Gesez) Üb ein Körper (1) auf einen Körper (2) die Kraf F 12 aus (acio), so wirk Körper (2) seinerseis auf Körper (1) mi der gegengleichen Kraf (reacio) F 21 F 21 = "F Besondere Bewegungen: Fall und Wurf a) Senkrecher Wurf aus der Höhe h 0 mi der Abwurfgeschwindigkei ±v 0 : h() = h 0 ± v 0 " 1 2 g 2 ; v() = ±v 0 Für v 0 = 0 freier Fall! b) Waagerecher Wurf aus der Höhe h 0 mi der Abwurfgeschwindigkei v 0 : x-komponene: x() = v 0 y-komponene: y() = h 0 " Bahnkurve: y(x) = h 0 " g 2v 0 2 x 2

3 4. Erhalungssäze a) Energieerhalung Die Gesamenergie is erhalen. E kin = 1 2 mv 2 E po = mgh E spann = 1 2 D("l)2 b) Impulserhalung Definiion Impuls: p = mv Grundgleichung der Mechanik in ihrer allgemeinen Form (d.h. auch für nichkonsane Masse! ): F = d p d Der Gesamimpuls eines abgeschlossenen Sysems is eine Erhalungsgröße, d.h. bleib konsan. Daraus folg, dass der Schwerpunk eines abgeschlossenen Sysems nich durch innere, sondern nur durch äußere Kräfe veränder werden kann. c) Soßprozesse Elasischer Soß: Unelasischer Soß: 5. Graviaion (wichig für GK Asronomie) a) Graviaionsgesez: Beide Körper rennen sich wieder, Verformungen gehen alle wieder vollsändig zurück, es gelen Energiesaz UND Impulssaz. Beide Körper bleiben zusammen oder die Verformungen gehen nich alle wieder vollsändig zurück, es gelen NUR der Impulssaz, aber NICHT der Energiesaz. Zwei Massen m 1 und m 2 im Absand r ziehen sich gegenseiig an mi der Kraf F 12 = G * " m 1 m 2 r 2 (G * = allgemeine Graviaionskonsane) b) Keplersche Geseze: I. Die Bahnen von periodisch umlaufenden Himmelskörpern sind Ellipsen, in deren einem Brennpunk der Zenralkörper (Sonne, Plane) seh. II. Der Fahrsrahl Sonne Plane übersreich in gleichen Zeien gleiche Flächen (d.h. an den sonnenferneren Bahnpunken is der Plane langsamer als an sonnennahen) III. Für die große Halbachse a und die Umlaufsdauer T aller Körper, die denselben Zenralkörper umlaufen, gil: T 2 a 3 = cons.

4 6. Kreisbewegungen a) Dami sich ein Körper auf einer Kreisbahn beweg, is eine immer zum Mielpunk gerichee Kraf nöig, die Zenripealkraf. Die sogenanne Zenrifugalkraf is nur eine nichexisierende Scheinkraf für den miroierenden Beobacher. b) Bewegungsgrößen (siehe auch Mahemaik 10, Bogenmaß, Trigonomerie) Bahnradius Drehwinkel φ (im Bogenmaß) Umlaufsdauer r T Drehfrequenz f = 1 T Winkelgeschwindigkei: " = # = 2$ T = 2$f Bahngeschwindigkei: v = " # r c) Zenripealkraf: F Z = m" 2 r = m v 2 r 7. Harmonische Schwingungen Ein Körper schwing, wenn auf ihn eine rückreibende Kraf wirk, d.h. eine Kraf, die der Auslenkung engegengesez geriche is. Er schwing harmonisch (d.h. seine Schwingungsdauer is unabhängig von der Auslenkung), wenn die rückreibende Kraf proporional zur Auslenkung is: F rück = - k x ( k = Schwingungskonsane, z.b. beim Federpendel k = Federkonsane D) Dann führ der Körper eine Sinus-Schwingung aus mi der Kreisfrequenz " = k m und den Bewegungsgleichungen: x() = ) x cos" v() = x'() = #" ) x sin" = # ) v sin" a() = v'() = x''() = #" 2 ) x cos" = #" 2 x() Zusammenhang zwischen den Ampliuden von Auslenkung, Geschwindigkei und Beschleunigung: ) v = " x ) ; a ) = " 2 ) x

5 8. Wellen a) Wellenypen: Transversalwellen : Ausbreiungsrichung senkrech zur Schwingungsrichung (z.b. Wasserwellen) Longiudinalwellen: Ausbreiungsrichung in Schwingungsrichung b) Wellenlänge λ (z.b. Schallwellen) Der kleinse Absand von zwei Teilchen mi gleichem Schwingungszusand ( = Phase) (z.b. von zwei Wellenbergen) c) Ausbreiungsgeschwindigkei c Geschwindigkei, mi der die Phase weierwander c = " T = "f d) Wellenphänomene Beugung = Eigenschaf von Wellen, an Hindernissen die Ausbreiungsrichung zu ändern. Inerferenz = versärkende ( = konsrukive) oder auslöschende ( = desrukive) Überlagerung von zwei Wellen.