Grundlagen der Physik und Meteorologie Lv.Nr WS 2010/11

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1 Grundlagen der Physik und Meteorologie Lv.Nr WS 2010/11 Mittwoch 14:15 16:45 Vorlesung Physik Donnerstag 10:15 11:45 Übung Physik Mittwoch 14:15 17:30 Vorlesung + Übung Physik Donnerstag 10:15 11:45 Vorlesung Meteorologie bis ab Norbert Koch Supramolekulare Systeme Institut für Physik Humboldt-Universität zu Berlin Brook-Taylor-Straße 6 Tel.: Ingo Salzmann Supramolekulare Systeme Institut für Physik Humboldt-Universität zu Berlin Brook-Taylor-Straße 6 Tel.:

2 Grundlagen der Physik und Meteorologie Lv.Nr WS 2010/11

3 Literatur zu Vorlesung + Übung + Wolfgang Demtröder Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme Experimentalphysik 2: Elektrizität und Optik May-Britt Kallenrode Rechenmethoden der Physik: Mathematischer Begleiter zur Experimentalphysik

4 Was ist Physik? Physik ist die Naturwissenschaft, die sich mit den Grundbausteinen der uns umgebenden Welt und deren gegenseitigen Wechselwirkungen beschäftigt. Komplexe Naturvorgange sollen auf einfache Gesetzmäßigkeiten zurückgeführt, quantifiziert und, wenn möglich, voraussagbar werden. Die Physik versucht, in der Vielfalt der Naturerscheinungen Gesetzmäßigkeiten und Zusammenhänge aufzufinden und die beobachteten Phänomene durch wenige Grundprinzipien zu erklären. Gegensatz: Metaphysik Gibt es einen letzten Sinn, warum die Welt überhaupt existiert? Gibt es einen letzten Sinn, dass sie gerade so eingerichtet ist, wie sie es ist? Gibt es einen Gott/Götter? Gibt es einen grundlegenden Unterschied zwischen Geist und Materie? Verfügt der Mensch über einen Freien Willen? [...]

5 Die Bedeutung des Experiments Beispiel: Galileo Galilei ( ) führt gezielte Fallexperimente durch (hist. umstritten)... Statt Beobachtung unbeeinflussbarer Naturerscheinungen tritt beliebig oft unter definierten Bedingungen wiederholbarer Vorgang Experiment Beispiel: Beobachtung der Planetenbahnen durch Tycho Brahe ( ) und Johannes Kepler ( ) 3 Keplergesetze Isaac Newton ( ) formuliert das Gravitationsgesetz und führt Planetenbewegung und freien Fall auf ein gemeinsames Prinzip zurück...

6 Erkenntnisgewinnung in der Physik?????????? Ziel: Erkenntnisse über die Wirklichkeit (der materiellen Welt) unabhängig vom subjektiven Betrachter Weg: Subjektive Eigenschaften des/der ForscherIn (Phantasie Ideen) ermöglichen Arbeitshypothesen, die experimentell überprüft werden können. Vergleich (subjektiv!) mit den experimentellen Ergebnissen Theorie Wichtigstes Werkzeug der Physik... Mathematik... Vorhersagbarkeit

7 Was Physik nicht ist...????????? Physikalische Wirklichkeit ist immer Gegenstand der Auseinandersetzung... Subjektive Sicht auf Natur ist immer kulturell geprägt... Bild ist mehr Physik kann nur die materielle Welt beschreiben... als die Menge der Bildpunkte... (x i, y i, Farbe)

8 Physikalische Wirklichkeit ist Gegenstand der Auseinandersetzung New York Times (1919)

9 Physikalische Wirklichkeit ist Gegenstand der Auseinandersetzung Die Theorie liefert viel, aber dem Geheimnis des Alten bringt sie uns doch nicht näher. Jedenfalls bin ich überzeugt davon, dass der nicht würfelt. Es scheint hart, dem Herrgott in die Karten zu gucken. Aber dass er würfelt und sich telepathischer Mittel bedient (wie es ihm von der gegenwärtigen Quantentheorie zugemutet wird), kann ich keinen Augenblick glauben. A. Einstein (1916)

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14 Stoffabgrenzung (voraussichtlich) 1 Die mathematischen Werkzeuge Vektorrechnung, Koordinatensysteme, Differential- & Integralrechnung [...] 2 Newtonsche Mechanik Mechanik des Massenpunktes Geschwindigkeit Addition von Geschwindigkeiten Beschleunigung Dynamik von Massenpunkten Newtonsche Axiome Kräfte Arbeit und Energie Erhaltungsgrößen Stoßgesetze Drehimpuls - Planetenbewegung Bewegung mit Reibung Beschleunigte Bezugssysteme und starre Körper Rotation und Rotations-Trägheitskräfte Deformierbare Medien Strömung in idealen und realen Flüssigkeiten [...] 3 Schwingungen und Wellen Allgemeine Schwingungslehre Harmonische Schwingung Oszillatoren Wellen Schall [...] 4 Wärmelehre Temperatur Wärmemenge Hauptsätze der Thermodynamik Wärmekraftmaschinen Aggregatzustände [...] 5 Elektrizität und Magnetismus Elektrostatik Elektrodynamik Magnetismus Induktion [...] 6. Optik

15 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Messenverfahren

16 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Beschreibung von Bahnen, Kräften...

17 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Drehimpuls, Planetenbewegung...

18 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Der Feldbegriff...

19 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Der Energiebegriff...

20 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Schwerpunkt, Stöße...

21 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Reale Körper Deformationen

22 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Druck, Temperatur, Volumen... Thermodynamik

23 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Strömungen von Flüssigkeiten und Gasen...

24 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Freie und gedämpfte Schwingungen...

25 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Elektrostatik... ruhende Ladungen

26 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! bewegte Ladungen... Strom

27 Kurzer Überblick... was auf Sie zukommt! Magnetismus und Strom Induktion...

28 Hermann Graßmann Mathematische Grundlagen... Mathematik als Werkzeug für die Physik Vektorrechnung August Ferdinand Möbius René Descartes

29 1 - Vektorrechnung

30 1 - Vektorrechnung

31 1 - Vektorrechnung

32 1 - Vektorrechnung

33 1 - Vektorrechnung

34 1 - Vektorrechnung

35 1 - Vektorrechnung

36 1 - Vektorrechnung

37 1 - Vektorrechnung

38 1 - Vektorrechnung

39 1 - Vektorrechnung

40 1 - Vektorrechnung

41 1 - Vektorrechnung

42 1 - Vektorrechnung

43 Leonhard Euler Mathematische Grundlagen... Mathematik als Werkzeug für die Physik Funktionen

44 2 - Funktionen

45 2 - Funktionen

46 2 - Funktionen

47 2 - Funktionen

48 2 - Funktionen

49 2 - Funktionen

50 2 - Funktionen

51 Gottfried Wilhelm Leibniz Mathematische Grundlagen... Mathematik als Werkzeug für die Physik... 3 Differentialrechnung Isaac Newton

52 3 - Differentialrechnung

53 3 - Differentialrechnung

54 3 - Differentialrechnung

55 3 - Differentialrechnung

56 3 - Differentialrechnung

57 Gottfried Wilhelm Leibniz Mathematische Grundlagen... Mathematik als Werkzeug für die Physik... 4 Integralrechnung Augustin Louis Cauchy Isaac Newton

58 4 - Integralrechnung

59 4 - Integralrechnung

60 4 - Integralrechnung

61 4 - Integralrechnung

62 4 - Integralrechnung

63 4 - Integralrechnung

64 4 - Integralrechnung

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