Physik für Nicht- Physiker

Transkript

1 Physik für Nicht- Physiker Dipl.-Math. T. Cleve NB 02/129 Sprechstunde: täglich Uhr Tel.: Mail: Infos unter:

2 Organisatorisches Vorlesung: donnerstags Uhr Hörsaal HNB Übungen: donnerstags 9-10 Uhr donnerstags Uhr NB 3/99 Eintragen in Listen! Übungsgruppenleiterin: Lisa Stamm

3 Organisatorisches Ausgabe der Übungsblätter in der Vorlesung Abgabe am Beginn der Vorlesung der Folgewoche Besprechung in der nächsten Woche 1. Übung am 21. April (Ausgabe Blatt 1) und Anwesenheitsübungen Besprechung von Blatt 1

4 Organisatorisches Kriterium für den Erhalt der CP s ist eine bestandene Klausur Klausurtermin: 21. Juli 2016 in der Vorlesung 90 min. Bestehensgrenze: 50 % der Punkte Bonuspunkte: max. 10 % möglich

5 Bonuspunkte Übungspunkte aus den Übungen ab 50 % 1 % Bonus ab 55 % 2 % Bonus... ab 95 % 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, Umweltund 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 Beruf Geodät Geologe Chemiker Biologe umbringen Pharmazeut Aufbau der Materie 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 Täuschungen

12 Optische Täuschungen

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 unabhängige 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 fallen gleich! Federn fallen anders Luftreibung (?) Ohne Luftreibung fallen alle Körper 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 Größen Bsp.: Länge = 8,95 Meter (m) Zeit = 10,49 Sekunden (s) Beschreibung, wann sich eine Feder wo befindet möglich. Aber: Ausdehnung und unregelmäßige Form Betrachtung des Schwerpunktes

16 SI-System Système international d unités (1948): Grundgröße Einheit Kürzel 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

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

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

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

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

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

22 Mechanik Lehre von der Bewegung der Körper im Raum 3-dim. Raum (x, y, z) Bewegung = Zeitabhängigkeit des Ortes x=x(t) y=y(t) z=z(t) Spezialfall: Ruhezustand Reduzierung eines Körpers auf Massenpunkt Vernachlässigung von Form, Volumen, usw.

23 Aufbau der Materie Aufbau der Atome: Kern: Protonen Neutronen Atomhülle: Elektronen m e =0, kg } Nukleonen m n =1, kg 1kg Materie entspricht Nukleonen Masse und Energie sind äquivalent: E = m c 2

24 Grundbegriffe der Mechanik

25 Grundbegriffe der Mechanik

26 Grundbegriffe der Mechanik

27 Newtonsche Axiome

28 Energie

29 Impuls