Klassische Physik. PfE. Physik der Griechen. Vorgänge der materiellen Welt der Rest: Metaphysik

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1 Klassische Physik Physik der Griechen Vorgänge der materiellen Welt der Rest: Metaphysik Die 5 Gebiete der klass. Physik Mechanik Statistische Mechanik Thermodynamik Optik Elektrizität Elektrodynamik Magnetismus

2 Physik f. Erdwissenschaften E. Kneringer Experimentalphysik 2. Vorlesung I. Mechanik Kinematik 7. Oktober 2004

3 Kinematik die Kinematik [griechisch] (Bewegungslehre), die Untersuchung und Beschreibung von Bewegungen (Bahnkurve, Geschwindigkeit, Beschleunigung) der Körper ohne Berücksichtigung der sie verursachenden Kräfte (im Unterschied zur Dynamik). In der Technik ist die Kinematik ein wichtiger Teil der Getriebelehre. (c) Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG Zuerst nochmals qualitative Überlegungen: Latte: Mond: Pendel: Wer fällt schneller? Warum fällt er nicht auf die Erde? Was passiert bei doppelter Masse? dann mathematische Beschreibung

4 1. Wer fällt schneller? Alle Alle Körper Körperfallen gleich gleich schnell? schnell? (kein (kein Luftwiderstand) Luftwiderstand) Modell Modell der der Latte: Latte: durch durch Federn Federn verbundene verbundene Massenpunkte Massenpunkte Was Was haben haben wir wir gelernt? gelernt? Trotz Trotz des des längeren längeren Weges Wegesist istdie die Spitze Spitze der derlatte schneller schneller am am Boden, Boden, weil weildie die Latte Latte gebogen gebogenwird wird und und dadurch dadurch zusätzlich zusätzlichzur zur Gravitationskraft Gravitationskraft elastische elastischekräfte auftreten, auftreten, die die die die Massenpunkte Massenpunktean an der derspitze Spitzeder derlatte beschleunigen. beschleunigen

5 2. Warum fälltf der Mond nicht auf die Erde? oder Newton's Apfel und das Gravitationsgesetz

6 Newton's Apfel und das Gravitationsgesetz Ein Ein KörperK Körper wird wird im im Gravitationsfeld Gravitationsfeld der der Erde Erde mit mit einer einer bestimmten bestimmten Anfangsgeschwindigkeit Anfangsgeschwindigkeit weggeschleudert. weggeschleudert. Der Der KörperK Körper möchte möchte auf auf den den Boden Boden fallen. fallen. Da Da die die Erde Erde jedoch jedoch rund rund ist, ist, gelingt gelingt ihm ihm dies dies bei bei zu zu grosser grosser Geschwindigkeit Geschwindigkeit nicht. nicht

7 Newton's Apfel und das Gravitationsgesetz Ein Ein fallender fallender Apfel Apfel und und der der kreisende kreisende Mond Mond sind, sind, physikalische physikalische gesehen, gesehen, dasselbe dasselbe Phänomen. Phänomen. Der Der KörperK Körper befindet befindet sich sich im im dauernden dauernden freien freien Fall Fall auf auf die die Erde. Erde. Da Da die die Erde Erde in in der der Ausdehnung Ausdehnung beschränkt beschränkt ist, ist,, fälltf fällt der der Körper Körper immer immer an an der der Erde Erde vorbei. vorbei

8 Newton s Berg Diese Diese Abbildung Abbildung stammt stammt aus aus Newtons Newtons berühmten berühmten Principia, Principia, genauer: genauer: aus aus dem dem Buch, Buch, das das vom vom Weltsystem Weltsystem handelt. handelt. Die Die Abbildung Abbildung zeigt zeigt den den Zusammenhang Zusammenhang zwischen zwischen der der Wurfbewegung Wurfbewegung und und der der Satellitenbewegung. Newtons Newtons Beschreibung Beschreibung lautet lautet (in (in einer einer Übersetzung Übersetzung von von 1872): 1872):

9 3. Pendelkette Was passiert wenn die stossende Kugel die doppelte Masse besitzt? m rot = 2 m blau A: 2 Kugeln fliegen weg? B: nur eine Kugel fliegt weg, dafür entsprechend weiter? C: alle Kugeln ein wenig? D: ein paar Kugeln, aber verschieden weit? Lösung: D Erklärung? rung?

10 Erklärung Da das Ergebnis der Simulation mit dem physikalischen Experiment übereinstimmt, kann man zur Erklärung rung die in die Simulation eingebaute Physik verwenden: d.h., es finden praktisch nur elastische Stösse zwischen 2 Kugeln statt. Die schwere Kugel (2m) wird beim Stoss mit der ersten leichten Kugel (m) nur abgebremst (auf v/3). Die erste leichte Kugel gibt ihren Impuls an die zweite leichte Kugel (gleiche Masse) weiter und bleibt daher stehen. Die letzte Kugel fliegt dann zuerst alleine weg (mit 4v/3). Inzwischen stösst die jetzt langsamere schwere Kugel nochmal auf die erste leichte Kugel und wird erneut abgebremst (auf v/9). Die vorletzte Kugel fliegt daher nur mit 4v/9 weg. usw. (siehe folgende Simulation)