Inhalt der Vorlesung Physik A2 / B2

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1 Inhalt der Vorlesung Physik A2 / B2 1. Einführung Einleitende Bemerkungen Messung physikalischer Größen 2. Mechanik Kinematik Die Newtonschen Gesetze Anwendung der Newtonschen Gesetze Koordinaten und Bezugssysteme Arbeit und Energie Starrer Körper, Rotationsbewegungen Schwingungen, harmonischer Oszillator Mechanische Wellen Flüssigkeitsmechanik 24

2 1.1 Einleitende Bemerkungen Womit beschäftigt sich die Physik? Naturwissenschaft (Basisnaturwissenschaft für abgeleitete Fachrichtungen) Makroskopische Struktur und Verhalten der Materie Mikroskopische Struktur, Bausteine (ab ~ 1900) wie?, was? warum? Grundabsichten physikalischer Beschreibung? Vereinheitlichung (möglichst viel mit den gleichen Gesetzmäßigkeiten beschreiben) Vereinfachung (angemessene Beschreibung für Phänomene) etwa: Längenskala der Atomphysik uninteressant für Mechanik Experimenteller Test für Beschreibung, durch möglichst viele Gruppen, gegenseitige Kontrolle, voller Informationsaustausch Idealisierung Physikalische Beschreibung stets idealisiert, Physik nie abgeschlossen, alte Modellvorstellung in neuer Modellvorstellung enthalten

3 Physikalisches Vorgehen Mathematik Theorie Gezielte Fragestellung Natur Antwort Experiment Messung Physikalisches System Meßergebnis Technologie z.b. Elektronik Optik usw. (mathematische Abbildung) 26

4 Begriffe aus der Philosophie und Logik: 27

5 Womit befaßt sich die Physik? Universum: Sternhaufen Raum-Zeit-Dimensionen: l t Distanz km Jahre Astrophysik, Teilchenphysik 28

6 Planetensystem Kepler sche Gesetze der Planetenbewegung l 9 Distanz 5 10 km Kometen Sonnenfinsternis Die Sonne Wie erzeugt sie ihre Energie? Astrophysik, Teilchenphysik 29

7 l Die Erde Raum-Zeit- Dimensionen: Distanz t 6000 km 24Stunden Geophysik, Meteorologie 30

8 l Distanz t 1s 1m 1 m 31

9 Der Mensch Raum-Zeit-Dimensionen des Alltags: l Distanz t 1m 1s 1 m Mechanik Thermodynamik Elektrodynamik 32

10 Erste Studien der Elektrizität durch Blitze und zuckende Froschschenkel 33

11 Erste Erzeugung elektromagnetischer Wellen durch Heinrich Hertz 1888 Vakuumröhre zum erstmaligen Nachweis der Elektronen durch J.J. Tompson

12 Irrwege: das perpetuum mobile 35

13 Erste Experimente mit Vakuum 36

14 Unsichtbare, durchdringende Strahlen: Erste Röntgenröhren:

15 Eindringen in die Struktur der Materie Festkörperphysik Chemie Atomphysik Kernphysik Elementarteilchenphysik 38

16 Technische Anwendungen Der erste Transistor Blick in ein Kristallgitter 39

17 Rutherford sches Streu-Experiment Entdeckung der Struktur der Atome ab

18 Paarerzeugung Zerstrahlung 41

19 l Distanz m t s 42

20 43

21 Historische Entwicklung 44

22 Historische Übersicht aus K. Simonyi: Kulturgeschichte der Physik 45

23 Personen für die Mechanik Newton ( ) für die Elektrodynamik Maxwell ( ) 46

24 1.2 Messung physikalischer Größen / 1.21 Basiseinheiten Jede physikalische Größe muß durch eine eindeutige und präzise Messvorschrift definiert werden. Basiseinheiten: Länge Meter, m Zeit Sekunde, s Masse Kilogramm, kg Temperatur Kelvin, K Stromstärke Ampere, A Lichtstärke Candela, Cd Stoffmenge Mol, mol Physikalische Größe = Maßzahl Maßeinheit Das gebräuchlichste Maßsystem ist das SI-System: Standard International Units Zusammengesetzte Größen: Kraft = Masse Beschl. [kg m/s 2 ] = Newton [N] 47

25 Raum-Zeit-Dimensionen 48

26 atto, a femto, f pico, p nano, n 10-9 micro, µ 10-6 milli, m 10-3 centi, c 10-2 deci, d 10-1 deca, da 10 hecto, h 10 2 kilo, k 10 3 mega, M 10 6 giga, G 10 9 tera, T peta, P exa, E

27 Meter Definition der Basiseinheiten 1 m ist die Strecke, die das Licht im Vakuum zurücklegt in Sekunde (exakt!) SI- Einheiten Kilogramm Sekunde Ampère 1 kg ist die Masse des internationalen Kilogrammtyps (Fehler: m/m ) 1 s ist das fache der Periodendauer beim Übergang zwischen den Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von 133 Cs (Fehler: t/t ) 1 A ist die Stärke eines konstanten Stromes, der durch zwei gerade, parallele und unendlich lange Leiter im Abstand von 1 m fließt und dabei pro Meter Leiterlänge die Kraft F = N erzeugt (Fehler: F/F ) 50

28 SI-Einheiten 51

29 52

30 53

31 54

32 55

33 56