Grund- und Angleichungsvorlesung Einführung.

Transkript

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2 3 Grund- und Angleichungsvorlesung Physik. Einführung. WS 18/19 1. Sem. B.Sc. Lebensmittelwissenschaften

3 Themen 5 Vorlesung Ziele Spielregeln Leistungsnachweis Literatur Exkurs Lernen Grundbegriffe der Physik Größen und Einheiten Formeln wozu?

4 6 VORLESUNG

5 Was wir gemeinsam erreichen wollen 7 Grundlegende physikalische Vorgänge/Denkweisen verstehen Problemloser Umgang mit Formeln Einfache Berechnungen selbstständig durchführen Ergebnisse interpretieren können

6 Anforderungen an Sie 8 Aktive Mitarbeit in der Vorlesung Nachbereitung der Vorlesung Fragen stellen! Fragen, die Sie haben, haben mindestens 10 andere Studierende auch! Aus Fehlern und Irrtümern entsteht hoher Erkenntniszuwachs! Teilnahme am Tutorium

7 Anforderungen an mich 9 Ihre Vorbereitung durch herunterladbare Skripte unterstützen Verständliche Präsentation des Stoffs Fragen stellen unterstützen auf Ihre Fragen eingehen Ihre Nachbereitung in der Sprechstunde unterstützen (mittwochs Uhr, Anmeldung per erbeten)

8 Skripte 10 Sind der rote Faden der Vorlesung. Eigene Anmerkungen wichtig! Aufbau der Skripte Foliennummern Thema Seiten mit Textlücken Aufgaben Leerseiten für Lösungen Finden Sie im moodle-kurs Lebensmittelwissenschaften, PO 2016: Modul L1.4 Mathematik und Physik, WS 18/19 Einschreibemethode: Selbsteinschreibung Studierende Einschreibeschlüssel: mathe Dort befinden sich Vorlesungsskripte Aufgaben für das Tutorium Lösungen (erst nach Beendigung des Themas im Tutorium in moodle verfügbar)

9 Spielregeln 11 Essen: Nein Trinken: Ja Handys: Aus / Stumm Laptops: Ja Unterhaltungen: Nein Fotos/Videos/ Mitschnitte: Nein Sorgen Sie für sich! Schaffen Sie für sich eine gute Lernatmosphäre!

10 Tutorium zur Physik-Vorlesung 12 Ziel: Üben des Stoffs der Vorlesung anhand von Aufgaben. Verständnisfragen klären Durchgeführt von Helena Losberg (3. Sem. L) Tutorium 1: Mo Uhr, O 202 Tutorium 2: Mi Uhr Beachten Sie die Infos am schwarzen Brett der Tutorien

11 Voraussetzungen fürs Tutorium 13 Motivation zur aktiven Mitarbeit!!! Von Ihnen mitzubringen Aufgaben ausgedruckt oder auf Tablet o. ä. Vorlesung ausgedruckt oder auf Tablet o. ä. Taschenrechner Lineal Stift, Papier, Ihre selbsterstellte Formelsammlung (Verwendung in der Klausur L1.4 möglich, siehe Aushang) Sinnvoll: Gleiches Tutorium besuchen

12 Ablauf der Vorlesung Min. Vorlesung (Anfangs mit Pause) Termine bzw. Änderungen siehe LSF In den Vorlesungen Demonstrationsversuche Aufgaben gemeinsam rechnen (Bitte Taschenrechner und Lineal mitbringen!)

13 Leistungsnachweis (Schein) 15 Grund- und Angleichungsvorlesung Physik Modulklausur mit Grund- und Angleichungsvorlesung Mathematik 3 Klausurangebote auf Basis der Vorlesungen im WS 18/19 am Ende der Vorlesungszeit WS 18/19 (Frühjahr 2019) am Ende der Vorlesungszeit SS 19 (Sommer 2019) am Anfang der Vorlesungszeit WS 19/20 (Herbst 2019) Lebensmittelphysik Modulklausur mit Lebensmitteltechnik 1 3 Klausurangebote auf Basis der Vorlesungen im SS 19 am Ende der Vorlesungszeit SS 19 (Sommer 2019) am Anfang der Vorlesungszeit WS 19/20 (Herbst 2019) am Ende der Vorlesungszeit WS 19/20 (Frühjahr 2020)

14 Literatur zur Vorlesung (Auszug) 16 Physikbücher für Mittel- und Oberstufen z.b.: Meyer, Lother; Schmidt, Gerd-Dietrich: Physik, Mannheim: Dudenverlag, 2005 Physikbücher für das Hochschulstudium z.b.: Kuchling, Horst: Physik Formeln und Gesetze, München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, 2005 Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl: Physik, Weinheim: Wiley- VCH, 2003 Tipler, Paul Allen; Mosca, Gene: Physik: Für Wissenschaftler und Ingenieure, Berlin: Springer Spektrum, 2015 Gerthsen, Christian: Gerthsen Physik, Berlin: Springer-Verlag, 2002 Rybach, Johannes: Physik für Bachelors, München: Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, 2008 Lindner, Helmut: Physik für Ingenieure, München: Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag

15 17 EXKURS LERNEN

16 18 Lernen Was Du mir sagst, das vergesse ich. Was Du mir zeigst, daran erinnere ich mich. Was Du mich tun lässt, das verstehe ich. (Konfuzius)

17 Lernen Sie Lernen! (1/2) 19 Empfehlungen von Lernwissenschaftlern Nürnberger Trichter ist out! Führen Sie ein Lerntagebuch! Notieren Sie sich was behandelt wurde was Sie verstanden haben wo Sie Aha-Erlebnisse hatten wo Querbezüge (auch zu anderem Lehrgebieten!) sind welche Fragen offen blieben Quelle: Wikipedia

18 21 Lernen Sie Lernen! (2/2) Quelle: Die Zeit 48/2002 Für das Nachverarbeiten und Verfestigen (Konsolidieren) von Gelerntem benötigt das Gehirn die Tiefschlafphasen Gelerntes wird in der Zeit vom Hippocampus zum Kortex übertragen Schlafentzug beeinträchtigt das Behalten von Gelerntem Natürlicher und ungestörter Schlaf sind wichtige Bestandteile des Lernens [SPITZER, 2002, S. 121 ff.]

19 22 GRUNDBEGRIFFE DER PHYSIK

20 Physikalische Größen 23 bestehen immer aus einer Zahl und einer Einheit Beispiel: 2 m

21 24 PHYSIKALISCHE EINHEITEN

22 Einheiten wozu? 25 Einheiten sind die Grundlage für den Vergleich von Ergebnissen Beispiel Körpergrößen USA: 6 ft 4 in EU: 1,96 m Einheiten standardisiert gleich

23 untaugliche Einheiten gab es in Frankreich:... verschiedene Maße untaugliches Längenmaße: Fuß, Elle 25,0 cm (Hessen) 31,385 cm (Preußen) 31,6 cm (Wien) 32,5 cm (Paris) 42,95 cm (Sachsen) untaugliche Gewichtsmaße: Pfund, Lot 1 Wiener Pfund = 32 Loth = 560,06 g, 30 Lot = 467,404 g (Preußen) 30 Lot = 500 g (Deutscher Zollverein 1858) Festlegung der Maße auf dem Markt in Meppen Quelle: Saure, Wikipedia Stein = Pfund

24 standardisierte Einheiten 28 Meterkonvention von 1875, internationaler Vertrag von 17 Staaten Vereinheitlichung durch Einführung von Normalen u.a. Meter Kilogramm beides willkürliche Einheiten Urmeter und Urkilogramm stehen in Paris Prototypen aus Platin-Iridium konnten erworben werden

25 Definition Urmeter 31 Urmeter (1795) 1 m ist der 10millionste Teil des Erdquadranten Basis: Messungen von DELAMBRE und MECHAIN zwischen Paris und Dünkirchen Quelle: SCHARF, MIDDELMANN 2016, S. 8

26 Definition Urkilogramm 32 1 kg ist die Masse eines Wasserwürfels mit einer Kantenlänge von 10 cm 10 cm 10 cm bei einer Temperatur von 4 C Prototypen sind Zylinder aus Platin- Iridium Quelle: SCHARF, MIDDELMANN 2016, S. 9

27 Definition Meter und Sekunde heute 33 Größte Genauigkeit wird erreicht, wenn nur physikalische Konstanten benutzt werden Meter Lichtgeschwindigkeit, Zeitmessung 1 Meter ist jene Strecke, die das Licht im Vakuum in 1/ Sekunden zurücklegt. Kilogramm??? Noch in Arbeit! Problem ist das genaue (!) Zählen von Atomen

28 Welche Einheit? 34 Beispiel Motorenleistung: PS oder kw? 100 PS 74 kw Beispiel Temperatur Celsius, Kelvin oder Fahrenheit? 37ºC 310 K 100ºF bei unterschiedlichen Einheiten muss umgerechnet werden 1 PS = 0,735 kw 0ºC = 273,15 K = 32ºF

29 36 Basiseinheiten des SI * -Einheitensystems Größe Länge Zeit Masse Temperatur Stromstärke Stoffmenge Lichtstärke übliches Formelzeichen SI-Einheit * Système international d unités

30 Alle andere Einheiten 37 lassen sich aus den Basiseinheiten des SI- Systems ableiten (zusammengesetzte Einheiten) Fläche: [m 2 ] Geschwindigkeit: [m/s] Einige haben eine besondere Bezeichnung zu Ehren bedeutender Wissenschaftler Kraft: Newton [N] statt [kg m/s 2 ] Energie: Joule [J] statt [kg m 2 /s 2 ] verwendet werden

31 38 MESSEN UND BERECHNEN

32 39 Präfixe für physikalische Einheiten Faktor Präfix Symbol Faktor Präfix Symbol peta P 10-1 dezi d tera T 10-2 centi c 10 9 giga G 10-3 milli m 10 6 mega M 10-6 mikro 10 3 kilo k 10-9 nano n 10 2 hekto h piko p 10 1 deka da femto f

33 Dezimale Vielfache und Teile 40 Zahlen umrechnen auf SI-Einheiten handliches Format Beispiele ( Potenzgesetze!) 1 GHz = Hz = Hz 1 km = m = m 1 mm = m = 0,001 m 1 nm = m = 0, m 100 kg = kg (kg ist SI-Einheit!)

34 Angepasste Messmethoden 41 Beispiel: Längenmessung kann sich über viele Größenordnungen erstrecken Dicke eines menschlichen Haares 0,02 bis 0,08 mm (2 8) 10-5 m Entfernung Hochschule Wohnung einige km (einige 10 3 m) Geeignete Messgeräte verwenden!

35 Rechnen mit physikalischen Größen 42 Addition, Subtraktion geht nur bei gleichen Einheiten! 1 m + 1 mm = 1 m + 0,001 m = 1,001 m 1 m + 1 Zoll = 1 m + 2,54 cm 1,0254 m Multiplikation, Division keine Beschränkungen, aber wäre 1 m 1 Zoll = 1 m Zoll sinnvoll?? Gleichungen haben auf beiden Seiten die gleichen Einheiten! Machen Sie vorsichtshalber immer eine Dimensionsbetrachtung: Sind die Einheiten auf beiden Seiten gleich? x/8 m/s = 0,5 m s ist sicher falsch!

36 43 Das griechische Alphabet Alpha Iota Rho Beta Kappa Sigma Gamma Lambda Tau Delta My Ypsilon Epsilon Ny Phi Zeta Xi Chi Eta Omikron Psi Theta Pi Omega

37 Physikalische Formeln 44 Ihre Urlaubsreise (1 Woche Kreta, Flugreise, 6 Übernachtungen im Hotel) kostet Sie 699. Wie viel würde Sie die Übernachtung kosten, wenn der Flug den Veranstalter 150 kostet? Sind 14 Tage für teurer oder günstiger auf den Urlaubstag gerechnet?

38 Allgemeingültige Formulierung 45 Geht nur mit Formeln Einfache Formeln wie diese löst man im Kopf Preis = Flugkosten + 6 Übernachtungskosten Alles Variablennamen Preis bekannt, aber nicht die Übernachtungskosten? Gleichung umstellen

39 Naturwissenschaftliche Formulierung 47 Naturwissenschaftler sind bequem Variablen durch Buchstaben ersetzen, z.b. Preis = Anzahl Übernachtungen = Kosten Übernachtung = Flug = Oder: Wenn man die Bedeutung der Variablen kennt, ist diese Form einfacher zu handhaben als die Form in Klartext

40 Grafische Darstellung 48

41 49 LITERATUR

42 Literatur 50 Die Zeit, 48/2002. Konfuzius: Zitat nach Nürnberger Trichter: SAURE ( Alte Maßeinheiten, SCHARF, Rainer ; MIDDELMANN, Thomas: Paradigmenwechsel im Internationalen Einheitensystem (SI). In: PTB Mitteilungen 126 (2016), Nr. 2. SPITZER, Manfred: Lernen. Gehirnforschung und die Schule des Lebens, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2002.

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