Studenten der Tiermedizin ( 300) und Geowissenschaften ( 200) mit Physik als Nebenfach (1-semestrige Einführung)

Transkript

1 EP EP: ExperimentalPhysik - Einführung in die Physik Dozenten: Versuche: Hörer: Prof. W. Dünnweber und Prof. M. Faessler P. Koza Studenten der Tiermedizin ( 300) und Geowissenschaften ( 200) mit Physik als Nebenfach (1-semestrige Einführung) Änderung Vorlesungsbeginn: Mittwoch 12h05 im gr. Physik-Hörsaal (Montag 11h25 unverändert im gr.ph.-h.) Übungen: Klausur**: Übungsaufgaben, schriftliche Lösungen: siehe Lehrangebot, EP Besprechung der Aufgaben: Montag 13h05 13h50 Geowissenschaftler? Mittwoch 11h15-12h00, Hörsaal E7!! Tiermediziner?, schriftlich, Datum: im Großen Physikhörsaal ** Kann mündliche Vorphysikumsprüfung in Physik ersetzen (Freischuss!)

2 LITERATUR: Hellenthal Thieme Verlag 370 S. Physik für Pharm., Med. u. Biol. Haas Physik für Pharm. u. Mediziner. Wissensch. Verlags Ges. 470 S. Seibt Edition Medizin VCH 440 S. Stuart-Klages Springer Verl. 370 S. Westphal Springer Verl. 265 S. Physik für Mediziner Kurzes Lehrbuch der Physik Kleines Lehrbuch d. Physik

3 Kamke et al. Teubner Verl. 640 S. Physik für Mediziner Trautwein et al., Physik für Medizinier W. De Gruyter Verlag 520 Seiten Vertiefende Bücher: Gerthsen + Kneser + Vogel Physik Springer Verl. 900 S. Tipler Spektrum Akademischer Verlag1 520 S. Physik

4 Wozu soll man dann noch in die Vorlesung gehen? Mehrere Vorteile: Vorlesung muss sich kürzer fassen als Bücher Demonstrationsversuche Dozent beantwortet Fragen Man bekommt Hinweise zum Bestehen der Klausur...

5 Einleitung: Gegenstand, Ziel und Methode der Physik, ihr Vokabular und ihre Grammatik Maßeinheiten, Basisgrößen und einheiten (Vorausblick)

6 Gegenstand, Ziel und Methode der Physik Ursprung des Wortes: Physis (griech.) = materielle Natur, Welt Physik = Die Naturwissenschaft (ehemals) Ziel der Naturwissenschaften: Aufbau der Materie und Wechselwirkungen zwischen materiellen Objekten zu beschreiben und verstehen. Quantitative Voraussagen Womit befasst sich die spezielle Naturwissenschaft Physik heute: Grundlagendisziplinen wie Mechanik, Thermo-, Elektrodynamik... und Sachgebiete wie Atom-, Kern-, Geo-, Biophysik... (dem Namen nach abtrünnige Gebiete: Chemie, Biologie, Geologie, Astronomie,... Medizin) Physik ist a) quantitative (= exakte ) b) empirische Wissenschaft

7 Zur Methode der Physik Physik ist eine exakte, quantitative Wissenschaft Physik als Sprache gedeutet verwendet als Vokabular nur quantitative Begriffe = physikalische Größen Wissenschaftstheorie unterscheidet zwischen qualitativen, komparativen und quantitativen Begriffen. Die Umgangssprache verwendet alle 3 Arten von Begriffen: e.g. Qualitativer Temperaturbegriff: heiß, kalt... komparativer Begriff : heißer als,... Quantitativer Begriff: T=18 Kelvin,.. Nicht nur solche aus der Physik übernommen: Z.B: Preis von XY = teuer, teurer als. 5.- Euro Mengenangaben: a weng,..,weniger 1 Maß Bier)

8 Physik ist eine empirische Wissenschaft Physikalische Begriffe dienen der Beschreibung von (empirisch) beobachtbaren Vorgängen in unserer materiellen Welt Verwendung quantitativer Begriffe impliziert Meßvorgang, d.h. Vergleich mit Referenzmaß, wie Längenmaß, Temperaturskala Maßeinheiten Quantitativer Begriff (= physikalische Größe) ist Kürzel für Meßvorschriften Versuche zu qualitativen Sinneswahrnehmungen

9 Die Grammatik der Sprache Physik: Physikalische Aussagen sind meist Gleichungen, die einfachsten: PHYSIKALISCHE GRÖSSE = (ZAHL ± FEHLER) EINHEIT z. B. T = (18.0 ± 1.0) K Temperatur Kelvin Kompliziertere Aussagen (Gesetze oder auch Definitionen von neuen phys. Größen) sind meist Gleichungen für Zusammenhänge zwischen phys. Größen. z. B. Definition der Größe mittlere Geschwindigkeit Newtonsches 2. Axiom (Gesetz oder Definition von Kraft) v r F x 2 x1 = = t 2 t1 r = Kraft = m a x mittlere Geschwindigkeit = Masse mal Beschleunigung)

10 Bei Zusammensetzung von Definitionen und Gesetzen zu Theorien und Umformung von Gesetzen werden die Regeln der Logik und Mathematik benötigt. Bei der Verifizierung von Aussagen oder ganzen Theorien ist ein wesentliches Kriterium die quantitative Übereinstimmung von theoretischen Voraussagen mit experimentellen Messergebnissen. Naturwissenschaften sind das gewaltigste intellektuelle Gebäude der Menschheit. Eine Realisierung des Turms von Babel im geistigen Bereich mit entsprechend gigantischen Anwendungen im praktischen Bereich unseres Lebens (moderne Zivilisation) dank einer einheitlichen Sprache. Film Powers of Ten

11 Maßeinheiten Standard (SI =Système International) Einheiten: z. B. m, s, kg, Joule (nicht Standard z. B. feet, inch, Kalorie..) Man unterscheidet zwischen abgeleiteten und Basiseinheiten Die 7 Basiseinheiten werden Sie gleich sehen, alle anderen sind abgeleitet

12 Basisgröße (Symbol) Name f. SI- Basiseinheit (Symbol für Einheit) Länge (l) Zeit (t) Masse (m) El. Stromstärke (I) Temperatur (T) Lichtstärke () Stoffmenge (n) Meter Sekunde Kilogramm Ampère Kelvin Candela Mol (m) (s) (kg) (A) (K) (cd) (mol)

13 Präfixe und ihre Abkürzung () für Zehnerpotenzen von Einheiten deka (da) hekto (h) kilo (k) Mega (M) Giga (G) Tera (T) Peta (P) Exa (E) dezi (d) centi (c) milli (m) mikro (µ) nano (n) pico (p) femto (f) atto (a) z. B m = 5 fm (typischer Kerndurchmesser) Kilometer = km = m * Joule = 10 EJ ** * Strecke, die Licht in einer Sekunde zurücklegt ** Energieverbrauch in Deutschland pro Jahr (2002)

14 Es gibt keine Messung ohne Messfehler Ablesegenauigkeit Streuung des Messwertes bei Wiederholung der Messung (statistischer Fehler) systematische Fehler z. B. Messung der Zeit mit Armbanduhr: Ablesegenauigkeit 1 s Quarzuhren: Streuung von 1/30000 [s/s] Atomuhren: besser als 1/ Man unterscheidet: Präzisionsmessungen und explorative Messungen