Physik für f r Nicht- Physiker

Transkript

1 Physik für f r Nicht- Physiker Dipl.-Math. T. Cleve NB 02/129 Sprechstunde: täglich t Uhr Tel.: torsten.cleve@rub.de homepage.rub.de/torsten.cleve/

2 Organisatorisches Vorlesung: donnerstags Uhr Hörsaal HNB Übungen: donnerstags Uhr donnerstags Uhr NB 6/99 und NB 3/99 Eintragen in Listen! Übungsgruppenleiter: Frau Scholz Herr Gottschling

3 Organisatorisches Ausgabe der Übungsblätter in der Vorlesung Abgabe am Beginn der Vorlesung der Folgewoche Besprechung in der nächsten n Woche 1. Übung am 24. Oktober (Ausgabe Blatt 1) und Anwesenheitsübungen Besprechung von Blatt 1

4 Organisatorisches Kriterium für f r den Erhalt der CP s ist eine bestandene Klausur Klausurtermin: 6. Februar 2014 in der Vorlesung 90 min. Bestehensgrenze: 50 % der Punkte Bonuspunkte: max. 10 % möglichm

5 Bonuspunkte Übungspunkte aus den Übungen ab 50 % ab 55 %... ab 95 % 1 % Bonus 2 % Bonus 10 % Bonus Mindestens einmal Vorrechnen! Handschriftlich bearbeitete Aufgaben!

6 Was ist Physik? Natur Naturgesetze Physik Abstrakte Beschreibung der Naturvorgänge Mathematik Formalismus

7 Warum Physik? Technische Berufe: Maschinenbau, Bauingenieurwesen, Elektrotechnik, Umwelt- und Energietechnik,... Alltagsorientierung: elektr.. Strom, Musik, Handwerk, Sport,... (Politische) Meinungsbildung: Kernenergie, Energiewende, Weltbild, Allgemeinbildung,... Physik ist überall zu finden!

8 Geschichte der Physik Frühzeit: Lehre der Natur Keine weitere Unterteilung. Es war die Lehre aller Dinge, die mit den Sinnesorganen zu erfassen waren. Auch hier bestand schon der Drang zu Vereinfachungen. Griechen: erste Atommodelle als Bausteine der Materie 4 Elemente: Erde, Wasser, Luft, Feuer Ab 17. Jahrhundert: Beginn der systematischen Erforschung der Natur

9 Abtrennung der Wissenschaften Biologie Chemie Geologie Astronomie Physik lebende Materie stoffliche Veränderungen der Materie Erforschung der Erde Erforschung des Kosmos Erforschung der unbelebten Welt, Grundgesetze, Wechselwirkung und Kräfte der Materie

10 Abtrennung nach Feynman Richard Feynman (Experimentalphysiker) [* ] Nobelpreis 1965 Betrachtung eines Eimers Wasser: Interesse an Maße Woher H 2 O Reaktionen Pantoffeltiere umbringen Aufbau der Materie Beruf Geodät Geologe Chemiker Biologe Pharmazeut Atomphysiker Kernphysiker Elementarteilchen-physiker

11 Wie betreibt man Physik? Erfahrungswissenschaft, aber reine Phänomenologie ist noch keine Physik! Quantitatives und analytisches Vorgehen Objektive Messmethoden werden benötigt Sinnesorgane als Messinstrument ungeeignet, optische TäuschungenT

12 Optische TäuschungenT

13 Physikalische Arbeitsweise Man beginnt mit genauen Beobachtungen und stellt eine Hypothese auf. Die Hypothese wird durch zahlreiche und sorgfältige Experimente geprüft. Zeigen mehrere, möglichst m unabhängige ngige Experimente widerspruchsfrei die Richtigkeit der Hypothese, so wird diese zu einer Theorie. Gültigkeit der Theorie bis ein Widerspruch entsteht. Dann wird eine neue Theorie erarbeitet.

14 Fallbewegungen Fall einer Stahlkugel: immer nach unten geradlinig erst langsam, dann immer schneller Fall eines Stiftes: wie Stahlkugel Verallgemeinerung: Alle Körper K fallen gleich! Federn fallen anders Luftreibung (?) Ohne Luftreibung fallen alle Körper K gleich Gleiche Fallbewegung an allen Orten: Bochum, Berlin, Tokyo, aber an den Polen etwas schneller Auf dem Mond oder auf anderen Himmelskörpern wieder anders!

15 Beschreibung der Physik Zur quantitativen Beschreibung benötigen wir wohl definierte zugehörige physikalische Maßeinheiten Größ ößen Bsp.: Länge Zeit = 8,95 Meter (m) = 10,49 Sekunden (s) Beschreibung, wann sich eine Feder wo befindet möglich. m Aber: Ausdehnung und unregelmäß äßige Form Betrachtung des Schwerpunktes

16 SI SI-System System Syst Système me international international d unit unités (1948): (1948): Grundgr Grundgröß öße Einheit Einheit Kürzel rzel Länge nge Meter Meter m Masse Masse Kilogramm Kilogramm kg kg Zeit Zeit Sekunde Sekunde s Temperatur Temperatur Kelvin Kelvin K Stromst Stromstärke rke Ampere Ampere A Stoffmenge Stoffmenge Mol Mol mol mol Lichtst Lichtstärke rke Candela Candela cd cd Ebener Winkel Ebener Winkel Radiant Radiant rad rad Raumwinkel Raumwinkel Steradiant Steradiant sr sr

17 Präfixe Präfix a f p n μ m c d k M G T P E Aussprache Exponentialschreibweise ausgeschrieben Atto , Femto , Pico , Nano , Mikro , Milli ,001 Zenti ,01 Dezi ,1 Kilo Mega Giga Tera Peta Exa

18 Beispiele Länge Proton m Atomkerne m Atome m Großes Molekül 10-8 m Virus 10-7 m 3-jähriges Kind 1 m Matterhorn 4477 m Erdradius 6, m Große e Halbachse der Erdbahn 1, Durchmesser der Milchstraße 9, Hypothet.. Radius des Universums 10 m 11 m 20 m

19 Beispiele Zeit Alter unseres Universums 10 s Alter der Erde 10 s Mittlere Lebensdauer eines Menschen 10 9 s Dauer eines Tages 8,64 10 s Periode einer Ultraschallschwingung 10-5 s Periode einer Molekülschwingung lschwingung s Periode einer Atomschwingung s Zeit, die Licht zum Durchqueren s eines Atoms benötigt Periode einer Kernschwingung s Zeit, die eine elektromagnetische Welle s Zum Passieren eines Eleméntarteilchens benötigt

20 Beispiel Masse Universum 10 kg Galaxien 10 kg Sonne 10 kg Erde 10 kg Tanker 10 8 kg Mensch 10 2 kg Bakterien kg DNA-Molek Molekül kg Proton kg Elektron kg 30 kg

21 Teilgebiete der Physik Mechanik Elektrizitätslehre tslehre Thermodynamik Optik Atomphysik (Quantenphysik, Relativitätstheorie) tstheorie) Kernphysik, Plasmaphysik, Festkörperphysik, Astronomie,... Biophysik, Phys. Chemie, Phys. Medizin,...