Physik für Ingenieure (Maschinenbau) WS 2013/14

Transkript

1 Physik für Ingenieure (Maschinenbau) WS 2013/14 Prof. Dr. Werner Meyer NB 2/135 Sekretariat: Übungen: Hörsaal: Frau G. Schäfer NB 2/131 J. Herick & A. Berlin NB 2/28 Tel: Herr Niesler HNA 1 Anruf von Außen Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

2 Inhalt der Vorlesung 1. Einleitung 4.2 Massenmittelpunkt oder Schwerpunkt 1.2 Maßeinheiten und Messen 4.3 Dehnung und Scherung fester Körper 2. Mechanik der Punktmasse 4.4 Flüssigkeiten 2.1 Kinematik (Bewegungslehre) 4.5 Gase 2.2 Dynamik der Punktmasse 5. Rotation fester Körper 3. Grundlagen der Struktur der Materie 6. Wechselwirkung, Felder, Energien 3.1 Eigenschaften und Formen der Materie 6.1 Gravitationskraft 3.2 Atome und Moleküle 6.2 Elektrische Kraft 3.3 Stoffmenge 6.3 Arbeit, Energie, Leistung 4. Körper und Materie im mechanischen 7. Wärmelehre Gleichgewicht 8. Strömungen von Flüssigkeiten und Gasen 4.1 Gleichgewicht, Kräfteaddition, Kräftezerl. Literatur: zur Vertiefung: Kamke/Walcher, Physik für Mediziner, B.G. Teubner P. A. Tipler, Physik, Spektrum Akademischer Verlag H. Stroppe, Physik, Fachverlag Leipzig Bohrmann, Pitka, Stöcker, Terlecki, Physik für Ingenieure, Verlag Harri Deutsch P. Dobrinski, G. Krakau, A. Vogel, Physik für Ingenieure, B.G. Teubner E. Hering, R. Martin, M. Stohrer, Physik für Ingenieure, VDI-Verlag Demtröder, Experimentalphysik I, Mechanik und Wärme, Sprenger Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

3 1. Einleitung Eine gute Kenntnis der physikalischen Grundlagen ist für den Ingenieur, wie auch die (anderen) Naturwissenschaftler außerhalb der Physik unerlässlich. Sie zeigen ihm die prinzipiellen Grenzen auf, wenn er z.b. neue Entwicklungen vornehmen will bzw. geben sie ihm eine klare Orientierung im immer schneller werdenden technischen Wandel. In der leider nur sehr begrenzt zur Verfügung stehenden Zeit können wir nur die Grundkenntnisse und Begriffe der Physik (hoffentlich auch das) vermitteln und versuchen, diese Ihnen anhand von ausgewählten Experimenten zu veranschaulichen. Wir hoffen aber, dass Sie dann in der Lage sind, anhand von Literatur tiefer in die Materie einzudringen. Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

4 1. Einleitung - Entwicklung der Physik Frühzeit: Griechen: ca. 17. Jahrhundert: Lehre der Natur Keine weitere Unterteilung. Es war die Lehre aller Dinge, die mit den Sinnesorganen zu erfassen waren (Vorsicht Täuschung spätere Demonstration). Natürlich sehr komplex und schon der Drang Vereinfachung Erste Ansätze Atome (unteilbar) als Bausteine der Materie. Bis dahin gab es 4 Elemente: Erde, Wasser, Luft, Feuer. Beginn der systematischen Erforschung der Natur Naturwissenschaften...Abtrennung: Biologie lebende Materie Chemie stoffliche Veränderungen der Materie Geologie Erforschung der Erde Astronomie Erforschung des Kosmos Physik Erforschung der unbelebten Welt, Grundgesetze,Wechselwirkung und Kräfte der Materie Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

5 1.1 Maßeinheiten und Messen - SI-System Das SI-System ist ein international anerkanntes Maßsystem. SI steht hierbei für Système international d unités. Es beinhaltet sieben physikalische Grundgrößen, aus denen sich alle anderen Einheiten ableiten lassen. Diese Grundgrößen lauten: Dimension Einheit Einheitszeichen Länge Meter m Masse Kilogramm kg Zeit Sekunde s Temperatur Kelvin K Stromstärke Ampere A Stoffmenge Mol mol Lichtstärke Candela cd ebener Winkel Radiant rad Raumwinkel Steradiant sr Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

6 1.1 Maßeinheiten und Messen - Präfixe Häufig verwendete Vorsätze für Maßeinheiten, sogenannte Präfixe, dienen dazu sehr große, bzw. sehr kleine Werte übersichtlich darzustellen. Hier in der Vorlesung und den Übungen werden wahrscheinlich die folgenden ausreichen: Präfix Aussprache Exponentialschreibweise ausgeschrieben 000 f Femto , p Pico , n Nano , µ Mikro , m Milli , c Zenti , d Dezi , k Kilo , M Mega , G Giga , T Tera , Sprich: Besäße man 12Ge, wäre man zwölffacher Milliardär! Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

7 Physik für Ingenieure (Maschinenbau) 1.1 Maßeinheiten und Messen - Beispiele 'Raum' Der geometrische Raum Proton Atomkerne m m = 1 fm = 10 fm Atome m Großes Molekül 10 8 m = 10 nm 7 = 0,1 µm Virus 10 m Dreijähriges Kind 1m Matterhorn 4477 m Erdradius 6, m Große Halbachse der Erdbahn 1, m Durchmesser der Milchstraße 9, m Hypothet. Radius des Universums 1027 m = 100 pm = Å = 0,15 Tm 42 Zehnerpotenzen 1Å 1 Lichtjahr 1 parsec Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) = = = m (alt) 9, m 3,26 Lichtjahre 16. Oktober / 16

8 1.1 Maßeinheiten und Messen - Beispiele Zeit Zeitskala Alter unseres Universums Alter der Erde (ungefähr) Mittlere Lebensdauer eines Menschen Dauer eines Tages Periode einer Ultraschallschwingung Periode einer Molekülschwingung Periode einer Atomschwingung Zeit, die ein Lichtstrahl zum Durchqueren eines Atoms benötigt Periode einer Kernschwingung Zeit, die eine elektromagnetische Welle braucht, um einen Weg zurückzulegen, der gleich der linearen Ausdehnung eines Elementarteilchens ist s s 10 9 s 8, s 10 5 s s s s s s Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

9 Physik für Ingenieure (Maschinenbau) 1.1 Maßeinheiten und Messen - Beispiele 'Masse' Masse Universum 1055 kg Galaxien 1040 kg Sonne 1030 kg Erde 1024 kg Tanker 108 kg Mensch Bakterien 102 kg kg DNA-Molekül kg Proton kg Elektron kg Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

10 Organisatorisches Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

11 Übungen Montag 12:00-13:00 4 Übung (M,N,O,S) 13:00-14:00 3 Übung (P,Q,R) Dienstag 11:00-12:00 1 Übungen (T) 13:00-14:00 1 Übungen (B) Donnerstag 14:00-15:00 6 Übungen (C,D,E,G,K,L) 15:00-16:00 3 Übungen (H,I,J) Insgesamt 18 Übungsgruppen Bis zu 3 Personen können einen gemeinsamen Übungszettel abgeben Wichtig: Die 3 Personen müssen in derselben Gruppe sein! Ausgabe der Übungen jeweils einige Stunden nach der Vorlesung auf unserer Homepage Abgabe der Übungen jeweils eine Woche danach vor Vorlesungsbeginn Man kann aus den Übungen Bonuspunkte für die Klausur erhalten Es gibt zu dieser Vorlesung keinen Blackboardkurs! Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

12 Organisatorisches I Vorlesung: Mittwochs von Uhr im Hörsaal HNA Vorlesung Ausgabe Abgabe Besprechung Übung /05/ Übung /12/ Übung /19/ Übung /26/ Übung /03/ Übung /10/ Übung /17/ Übung /14/ Übung /21/ Übung /28/ Übung /04/ Klausur: Repetitorium: letzter Vorlesungstag *alle Angaben ohne Gewähr Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

13 Organisatorisches II Kriterium für den Erhalt der Kreditpunkte ist eine bestandene Klausur Zum Bestehen der Klausur müssen mindestens 50 % der Klausurpunkte erreicht werden. Es ist möglich 10 % der Klausurpunkte durch die Übungen zu erhalten. in der Übung für die Klausur ab 50 % 1 %.. ab 90 % 9 % ab 95 % 10 % Um Anspruch auf einen Bonus zu haben, muss man also mindestens 50 % in den Übungen erreicht haben! Des Weiteren werden nur Übungszettel gewertet, die handschriftlich verfasst wurden und im Original vorliegen. Auf die Zettel gehören die Namen (leserlich!) und der Gruppen-Buchstabe. In der letzten Übung werden die erhaltenen Bonuspunkte bekannt gegeben. Wichtig: Anschließend ist eine Beanstandung nicht mehr möglich! (z.b. bei der Klausureinsicht) Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

14 Organisatorisches III Die erste Übung findet am 28/29/ statt. Die Betreuer geben Hinweise zur Bearbeitung der Übungen und es wird eine Anwesenheitsübung statt finden. Der Wechsel der Übungsgruppe ist prinzipiell nicht möglich. Sollten jedoch triftige Gründe vorliegen, so kann der Platz mit einem Kommilitonen getauscht werden. Dies ist jedoch mit den jeweiligen Übungsgruppenbetreuern abzusprechen. In erster Linie seid Ihr dafür verantwortlich, dass z.b. eure Punkte korrekt übertragen werden. Es werden keine Lösungen der Übungen separat herausgegeben. Dafür sind die Übungsstunden da! Bei Fragen oder Problemen bezüglich der Übungsaufgaben oder dem Übungsbetrieb stehen die Übungsgruppenbetreuer und -leiter gerne zur Verfügung. Alle Informationen zur Vorlesung, sowie die Übungsblätter findet man unter Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

15 Übungseinteilung über VSPL RubiCon-Arbeitsplätze, z.b. Arbeitsplätze im Foyer der Universitätsverwaltung, 9 Plätze (Mo - Fr, 7.00h h) Arbeitsplätze im HZO auf Ebene 0 (im Einschreibezentrum ), 11 Plätze (Mo - Do, 9.00h h; Fr, 9.00h h) Arbeitsplätze in der Universitätsbibliothek, 8 Plätze (Mo - Fr, h; Sa, 11.00h h) Veranstaltungsnummer: Anmeldezeitraum: Mi :30 - Mi :00 Ist eine Gruppe voll schaut zunächst bei einer anderen Gruppe, die zur gleichen Zeit statt findet Meldet euch mit euren Übungspartner in der gleichen Gruppe an. Ihr habt auch die Möglichkeit im Anmeldezeitraum euch wieder abzumelden und dann eine andere Gruppe zu wählen. Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16

16 VSPL-Anmeldung Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober / 16