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1 WILLKOMMEN Experimentalphysik I Mechanik / Wärme O. Grulke Tel: / grulke@ipp.mpg.de pg. Web:

2 organisatorisches Termine: Di. 8:00ct 10: (Weihnachtsferien) Biologie/Humanbiologie: g Modulprüfungen: SS 2011 nach Ende der Vorlesungszeit Umweltwissenschaften: Klausur nach 1. Semester Übungsschein 2. Semester Folien zur Vorlesung: Teaching WS 2010/2011 Experimentalphysik I 2

3 Übungen Umweltwissenschaftler organisiert - Leitung der Übungsgruppen: Dr. Salewski Mi. 12:00:14:00, Hörsaal Physik Biologen/Humanbiologen - nicht vorgesehen, aber notwendig - Terminvorschlag: Di. 17:00-17:45, Hörsaal Physik 3

4 Literatur Empfehlungen Physik Hauptfach: 1. Demtröder, Experimentalphysik 1 (Mechanik und Wärme), Springer 2. Bergmann/Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik (Band I: Mechanik, Akustik, Wärme), de Gruyter 3. Alonso/Finn, Physik, Addison-Wesley 4. Hering/Martin/Stohrer, Physik für Ingenieure, VDI 5. Vogel, Gerthsen Physik, Springer Physik Nebenfach: 6. Rybach, Physik für Bachelors, Hanser Fachbuch 7. Turtur, Prüfungstrainer Physik, Vieweg+Teubner 8. Haas, Physik für Pharmazeuten und Mediziner, i Wissenschaftliche h Verlagsges. Mathemtaik: 9. irgendein Taschenbuch der Mathematik 4

5 keine Physik ohne Mathematik Keine menschliche Forschung kann man wahre Wissenschaft heißen, wenn sie ihren Weg nicht durch mathematische ti h Darlegung und Beweisführung hin nimmt. Sagst du, die Wissenschaften, die von Anfang bis Ende im Geiste bleiben, hätten Wahrheit, so wird dies nicht zugestanden, sondern verneint aus vielen Gründen, und vornehmlich deshalb, weil solchem geistigen Abhandeln die Erfahrung (oder das Experiment) nicht vorkommt; ohne dies aber gibt sich kein Ding mit Sicherheit zu erkennen. Leonardo da Vinci, Das Buch der Natur ist in der Sprache der Mathematik geschrieben Galileo Galilei,

6 mathematische Voraussetzungen A Allgemeine Grundlagen und elementare Funktionen 1. Grundrechnungsarten, Bruchrechnung und Potenzrechnung 2. Einfache Funktionen und deren graphische Darstellung: Potenzfunktion (auch Wurzelfunktion), Winkelfunktion, Exponentialfunktion 3. Dekadischer und natürlicher Logarithmus 4. Anwendung linearer und logarithmischer Darstellung (lin. und log. Koordinaten) B Vektoren 1. Addition und Komponentenzerlegung von Vektoren (graphisch) 2. Skalarprodukt (Prinzip) 3. Vektorprodukt C Differentialrechnung 1. Geometrische Bedeutung des Differentialquotienten 2. Differentiation der unter A 2. genannten Funktionen D Integralrechnung 1. Geometrische Bedeutung des Integrals 2. Integration als Umkehrung der Differentiation (Prinzip) 6

7 Gebiete der Physik 7

8 Was ist Physik? b.) Induktionsschluß Verallgemeinerung g (Abstraktion) a.) Experiment Zusammenhänge physikalischer Größen Verifikation Erkenntnisprozeß c.) physikalische Gesetze System gesetzmäßiger Zusammenhänge Meßvorschrift d) d.) Deduktion Ableiten konkreter logischer Vorgehensweisen 8

9 Variablen häufig komisch gewählt 9

10 Teile/Vielfache von Maßeinheiten Faktor Vorsilbe Kurzzeichen Faktor Vorsilbe Kurzzeichen Dezi- d Deca- da Zenti- c Hekto- h Milli- m Kilo- k Mikro- μ Mega- M Nano- n Giga- G Pico- p Tera- T Femto- f Peta- P Atto- a Exa- E 10

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12 SI Basisgrößen und -einheiten Système International d Unités Basisgröße Basiseinheit Symbol Definiton Zeit Länge Sekunde Meter s m Die Sekunde ist das fache der Periodendauerder dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133 Cs entsprechenden Strahlung. Das Meter ist die Länge der Strecke, die Licht im Vakuum während der Dauer von (1/ ) Sekunden durchläuft. Masse Kilogramm kg Ur-kilogramm in Paris Das Ampere ist die Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der, durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im elektrische Abstand von einem Meter voneinander angeordnete Leiter von Ampere A Stromstärke vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je einem Meter Leiterlänge die Kraft Newton hervorrufen würde. Das Kelvin, die Einheit der thermodynamischen Temperatur, ist der Temperatur Kelvin K 273,16te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers. Lichtstärke Candela cd Die Candela ist die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz Hertz aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung (1/683) Watt durch Steradiant beträgt. Das Mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensoviel Stoffmenge Mol mol Einzelteilchen besteht, wie Atome in 0,012 Kilogramm des Kohlenstoffnuklids 12 C enthalten sind. 12

13 Meter und Sekunde 13

14 Messunsicherheit und Fehler 14

15 Gauß-Verteilung 15

16 Gauß-Verteilung Gaußsche Glockenkurve 16

17 Fehlerfortpflanzung Fehlerbetrachtung wichtig bei jeder Messung; insbesondere im physikalischen Praktikum!!! 17