E1 & E1p Mechanik. Experimente Paul Koza

Transkript

1 E1 & E1p Mechanik Dienstag und Freitag 10:15-11:45 Thomas Udem Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching LMU Lehrstuhl Hänsch Experimente Paul Koza Homepage oder Google: LMU Physik Vorlesungen dann E1 Mechanik 1

2 Übungen/Vertretung David Hunger LMU Fakultät für Physik Schellingstr. 4 / III H [email protected] - Gemeinsame Übungsgruppen E1/E1p (ab dem ) - Aufgabenblätter jeden Dienstag auf der homepage (erstes Blatt heute). - Anmeldung zur Übungsgruppe bis Do 24:00 via LSF, Infos siehe homepage. - Lesen Sie die Hinweise zu den Übungen auf der homepage: - Klausuraufgaben orientieren sich an den Übungsaufgaben. - Es wird keine Musterlösungen geben. - Bonussystem fürs Vorrechnen (70% der Aufgaben: eine Notenstufe = 0,3). 2

3 Übungsgruppen E1/E1p Übungsgruppe Zeit Ort 1 Mi, 10:00-12:00 Schellingstr. 4 - H Mi, 10:00-12:00 Schellingstr. 4 - H U123 3 Mi, 14:00-16:00 Schellingstr. 4 - H (Englisch) Mi, 14:00-16:00 Schellingstr. 4 - H U123 5 Do, 08:00-10:00 Schellingstr. 4 - H U123 6 Do, 12:00-14:00 Schellingstr. 4 - H (Englisch) Do, 12:00-14:00 Schellingstr. 4 - H U123 8 Do, 12:00-14:00 Schellingstr. 4 - H Do, 16:00-18:00 Schellingstr. 4 - H (Englisch opt.) Do, 16:00-18:00 Schellingstr. 4 - H U Do, 16:00-18:00 Theresienstr C Do, 18:00-20:00 Schellingstr. 4 - H Do, 18:00-20:00 Theresienstr A 450 Übungsgruppe Zeit Ort 14 Do, 18:00-20:00 Schellingstr. 4 H U Fr, 08:00-10:00 Theresienstr A Fr, 08:00-10:00 Schellingstr. 4 - H Fr, 08:00-10:00 Kl. Physiksaal - N Fr, 12:00-14:00 Schellingstr. 4 - H Fr, 12:00-14:00 Schellingstr. 4 - H U Fr, 14:00-16:00 Schellingstr. 4 - H U Do, 12:00-14:00 Theresienstr A Fr, 8:00-10:00 Schellingstr. 4 - H U Mi, 18:00-20:00 Schellingstr. 4 H Mi, 18:00-20:00 Schellingstr. 4 - H Mi, 18:00-20:00 Schellingstr. 4 - H U Do, 12:00-14:00 Schellingstr. 4 H 030 Bis via LSF anmelden (Infos siehe E1 Homepage) 3

4 Literatur Wolfgang Demtröder Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme Springer; 6. Auflage 2012 ISBN-13: ca. 40,- 4

5 Literatur Dieter Meschede Gerthsen Physik Springer; 25. Auflage 2015 ISBN-13: ca. 50,- (entsprechende Kapitel) 5

6 Vorlesungsmodus Die Vorlesung orientiert sich an Kapitel aus Demtröder & Gerthsen. Skriptum/Mitschrift online und/oder selbst mitschreiben. Versuche das Meiste anzuschreiben, möglichst kein Power Point. Projiziertes und zusätzliches Material auf der Homepage. Begin c.t. 10:15, Ende 11:45 ohne Pause. Fragen: jeder Zeit während der Vorlesung oder auch per . Diskussion weitere Fragen: jeweils nach der Vorlesung 11:45-12:00. Nehmen Sie aktiv an den Übungen Teil. Lösen Sie die Aufgaben möglichst in Gruppen. Sprechen die Tutoren auf Ihre Wissenslücken an. 6

7 Stoffplan 0. Einführung 1. Methoden der Physik 2. Kinematik des Massenpunkts 3. Newtonsche Mechanik 4. Zentrales Kraftfeld 5. Bewegte Bezugssysteme 6. Spezielle Relativitätstheorie 7. Bewegung starrer Körper 8. Harmonischer Oszillator 9. Elastizitätslehre, Festkörper 10. Flüssigkeiten 11. Gase 12. Wellen 7

8 Was ist Physik? Physik befasst sich mit dem Aufbau der Materie, und deren Wechselwirkung. Der Erkenntnisgewinn geschieht durch Vergleich von Theorien mit Experimenten die diese falsifizieren oder bestätigen (aber nicht beweisen) können. Falsifizierte Theorien werden verworfen oder verfeinert. Die Physik ist eine quantitative Wissenschaft. Qualitative Beschreibungen wie groß oder klein sind nicht akzeptabel. Aussagen wie größer als kleiner als sind physikalisch sinnvoll. Auf der klassischen Mechanik baut die gesamte Physik. In der Grundlagenforschung findet diese allerdings kaum noch Anwendung und ist durch die Quantenmechanik ersetzt. In der angewandten Physik und insbesondere im Ingenieurwesen wird sie weiterhin gebraucht. Physiker sind für die unlösbaren Aufgaben vorgesehen. Nicht so leicht aufgegeben und nicht frustrieren lassen! 8

9 Historisches: Antike Antike Naturphilosophie (500 v. Chr. bis 1600) Durch Überlegung und Beobachtung ohne experimentelle Überprüfung. Demokrit: atomos=unteilbar kleinste Teilchen, tome=schneiden. Unendlich viele verschiedene Atome. Aristoteles: Die vier Elemente Erde, Feuer, Wasser, Luft streben ihrem natürlichen Ort zu und kommen dort zur Ruhe. Feuer nach oben, Erde nach unten. Die ungebremste Bewegung am Himmel unterliegt dem nicht und besteht daher aus einem fünften Element der Quintessenz. Bewegung wird durch ein Medium vermittelt. Ohne Medium keinen Bewegung, daher existiert kein Vakuum (horror vacui). Geozentrisches Weltbild. Bis zum Ende des Mittelalters vorwiegende Auffassung. Ptolemäus: Planetenbahnen umkreisen die Erde auf Epizykeln. Falsche Theorie macht korrekte Vorhersagen! Lange Zeit auch präziser als Keppler. Archimedes: Kreisberechnung, Hebelgesetze, Schwerpunkt, Auftrieb. 9

10 Historisches: Renaissance Klassische Physik (1600 bis 1900) Experimentelle Überprüfung von Hypothesen. Beweisen statt Glauben. Explosion des Wissens. Galilei: Fallgesetzte, Koordinatensystem, Astronomie. Kepler: Gesetze der Himmelsmechanik. Newton: Grundprinzipien der Mechanik (träge Masse), Gravitation, Optik (Welle oder Teilchen). Gasgesetze: Atome, Thermodynamik, Dampfmaschinen. Maxwell: Theorie des Elektromagnetismus. Relativistisch korrekt! Ende des 20. Jh. erscheint vielen die Physik als abgeschlossen. Lediglich die Wärmestrahlung und das Michelson-Morley Experiment waren noch nicht verstanden. 10

11 Historisches: Moderne Moderne Physik (seit 1900) Geht an die Grenze des Vorstellbaren, und darüber hinaus! 2. Explosion des Wissens. Max-Planck ( ): Wärmestrahlung, Energiequantelung und daraus eine völlig neue Physik, die Quantenmechanik (Welle UND Teilchen). 11

12 Historisches: Moderne Moderne Physik (seit 1900) Geht an die Grenze des Vorstellbaren, und darüber hinaus! 2. Explosion des Wissens. Niels Bohr ( ), Erwin Schrödinger ( ), Paul Dirac ( ), Willis Lamb ( ): Genaues Verständnis des Wasserstoffatoms, heute auf 15 Dezimalstellen. 12

13 Historisches: Moderne Moderne Physik (seit 1900) Geht an die Grenze des Vorstellbaren, und darüber hinaus! 2. Explosion des Wissens. Albert Einstein ( ): Quantentheorie, Relativität, Gravitation und vieles Mehr. 13

14 Historisches: Moderne Moderne Physik (seit 1900) Geht an die Grenze des Vorstellbaren, und darüber hinaus! 2. Explosion des Wissens. Werner Heisenberg ( ): Quantentheorie, Unschärferelation. 14

15 Historisches: Moderne Moderne Physik (seit 1900) Geht an die Grenze des Vorstellbaren, und darüber hinaus! 2. Explosion des Wissens. Emmy Noether ( ): Zu jeder Symmetrie gehört eine Erhaltungsgröße (Noether Theorem). Grundlage der Quantenfeldtheorie 15

16 Physik Weltkarte Mechanik Optik Trajektorien: Massenpunkte Strahlenoptik Wellen: Schrödinger Maxwell quantisierte Wellen: Fermionen Bosonen klassische Physik vs. Quantenphysik 16

17 Teilchen Weltkarte Skalen Hierarchie: Film Zehn Hoch 17

18 Grenzen der bekannten Physik Grenzen der bekannten Physik Gravitation und Quantenmechanik lässt sich nicht gleichzeitig anwenden. Allgemeine Relativitätstheorie Größe einer Punktmasse: Relativistische Quantenmechanik Größe einer Punktmasse: Schwarzschildradius Comptonwellenlänge Elektron: Erde:

19 Grenzen der bekannten Physik Bekannte Physik bricht zusammen für: für punktförmigesteilchen! Planck-Skala:

20 Grenzen der bekannten Physik Planck Skala = Grenze der bekannten Physik Gravitation (ART) Quantenmechanik - Urnknall: Planck-Ära (ersten sec) - Hawking Strahlung (?)

21 Grenzen der bekannten Physik

22 Grenzen der bekannten Physik The detailed, all-sky picture of the infant universe created from nine years of WMAP data. The image reveals billion year old temperature fluctuations (shown as color differences) that correspond to the seeds that grew to become the galaxies. The signal from the our Galaxy was subtracted using the multi-frequency data. This image shows a temperature range of ± 200 microkelvin.

23 Grenzen der bekannten Physik

24 WIMPS or MACHOs? Grenzen der bekannten Physik

25 Energie 25

26 Sonnenenergie für die Menschheit?

27 Andere Energiequellen

28 Andere Energiequellen

29 Andere Energiequellen

30 Andere Energiequellen

31 Fossile Brennstoffe

32 C0 2 Gehalt der Atmosphäre

33 C0 2 Gehalt der Atmosphäre