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: 23572 1 Herr Niesler HNA 1 Anruf von Außen 0234-32-... Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 1 / 16
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 2013 2 / 16
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 2013 3 / 16
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 2013 4 / 16
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 2013 5 / 16
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 10 15 0,000000000000001 p Pico 10 12 0,000000000001000 n Nano 10 9 0,000000001000000 µ Mikro 10 6 0,000001000000000 m Milli 10 3 0,001000000000000 c Zenti 10 2 0,010000000000000 d Dezi 10 1 0,100000000000000 k Kilo 10 3 1000,000000000000000 M Mega 10 6 1000000,000000000000000 G Giga 10 9 1000000000,000000000000000 T Tera 10 12 1000000000000,000000000000000 Sprich: Besäße man 12Ge, wäre man zwölffacher Milliardär! Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 6 / 16
Physik für Ingenieure (Maschinenbau) 1.1 Maßeinheiten und Messen - Beispiele 'Raum' Der geometrische Raum Proton Atomkerne 10 15 m 10 14 m = 1 fm = 10 fm Atome 10 10 m Großes Molekül 10 8 m = 10 nm 7 = 0,1 µm Virus 10 m Dreijähriges Kind 1m Matterhorn 4477 m Erdradius 6,37 106 m Große Halbachse der Erdbahn 1,496 1011 m Durchmesser der Milchstraße 9,46 1020 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) = = = 10 10 m (alt) 9,4627 1015 m 3,26 Lichtjahre 16. Oktober 2013 7 / 16
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 10 18 s 10 17 s 10 9 s 8,64 10 4 s 10 5 s 10 12 s 10 15 s 10 18 s 10 22 s 10 24 s Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 8 / 16
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 10 15 kg DNA-Molekül 10 23 kg Proton 10 27 kg Elektron 10 30 kg Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 9 / 16
Organisatorisches Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 10 / 16
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 2013 11 / 16
Organisatorisches I Vorlesung: Mittwochs von 14-16 Uhr im Hörsaal HNA Vorlesung Ausgabe Abgabe Besprechung 1 16.10.2013 2 23.10.2013 Übung 1 23.10.2013 30.10.2013 04/05/07. 11.2013 3 30.10.2013 Übung 2 30.10.2013 06.11.2013 11/12/13. 11.2013 4 06.11.2013 Übung 3 06.11.2013 13.11.2013 18/19/21. 11.2013 5 13.11.2013 Übung 4 13.11.2013 20.11.2013 25/26/28. 11.2013 6 20.11.2013 Übung 5 20.11.2013 27.11.2013 02/03/05. 12.2013 7 27.11.2013 Übung 6 27.11.2013 04.12.2013 09/10/12. 12.2013 8 04.12.2013 Übung 7 04.12.2013 11.12.2013 16/17/19. 12.2013 9 11.12.2013 Übung 8 11.12.2013 18.12.2013 13/14/16. 01.2014 10 18.12.2013 Übung 9 18.12.2013 08.01.2014 20/21/23. 01.2014 25.12.2013 01.01.2014 11 08.01.2014 Übung 10 08.01.2014 15. 01.2014 27/28/30. 01.2014 12 15.01.2014 Übung 11 15.01.2014 22. 01.2014 03/04/06. 02.2014 13 22.01.2014 14 29.01.2014 15 05.02.2014 Klausur: 24.3.2014 Repetitorium: letzter Vorlesungstag 05.02.2014 *alle Angaben ohne Gewähr Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 12 / 16
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 2013 13 / 16
Organisatorisches III Die erste Übung findet am 28/29/31. 10.2013 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 http://www.ep1.rub.de/poltarg/lehre/maschinenbau/ Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 14 / 16
Übungseinteilung über VSPL RubiCon-Arbeitsplätze, z.b. Arbeitsplätze im Foyer der Universitätsverwaltung, 9 Plätze (Mo - Fr, 7.00h - 18.00h) Arbeitsplätze im HZO auf Ebene 0 (im Einschreibezentrum ), 11 Plätze (Mo - Do, 9.00h - 16.00h; Fr, 9.00h - 15.00h) Arbeitsplätze in der Universitätsbibliothek, 8 Plätze (Mo - Fr, 8.00-22.00h; Sa, 11.00h - 20.00h) Veranstaltungsnummer: 160044 Anmeldezeitraum: Mi. 16.10.2013 15:30 - Mi. 23.10.2013 17:00 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 2013 15 / 16
VSPL-Anmeldung Prof. Dr. W. Meyer (Ruhr-Universität Bochum) 16. Oktober 2013 16 / 16