Physik... überall......................... 8 Optik Licht und Sehen.......................... 11 Lichtquellen und Sehvorgang................ 11 Licht ist unsichtbar!....................... 12 Streifzug: Geschichte der Lampen............ 12 Streifzug: Lichtquellen am Himmel........... 13 Lichtausbreitung......................... 14 Wie breitet sich Licht aus?.................. 14 Streifzug: Blick in die Vergangenheit.......... 15 Versuche und Aufträge: Lichtausbreitung....... 15 Gegenstände vom Licht getroffen, vom Auge gesehen....................... 16 Versuche und Aufträge..................... 17 Pinnwand: Sehen und Gesehen werden........ 18 Streifzug: Die Lochkamera.................. 19 Licht und Schatten....................... 20 Streifzug: Schattenfreie Beleuchtung.......... 22 Versuche und Aufträge: Schatten............. 23 Streifzug: Schatten von Erde und Mond........ 24 Reflexion............................... 26 Eigenschaften des Spiegelbildes.............. 26 Spiegel täuschen uns...................... 27 Versuche und Aufträge: Spiegelbild........... 27 Das Reflexionsgesetz...................... 28 Streifzug: Unerwünschte Spiegelungen........ 29 Versuche und Aufträge: Reflexion............ 29 Wie entsteht das Spiegelbild?................ 30 Spiegel für große und kleine Leute............ 30 Streifzug: Vom Wasserspiegel zum Glasspiegel......................... 31 Pinnwand: Spiegel........................ 32 Der Knick in der Optik.................... 34 Licht an der Grenzfläche Luft Wasser......... 34 Licht an anderen Grenzflächen.............. 35 Die planparallele Platte.................... 36 Das Prisma............................. 36 Totalreflexion............................ 37 Streifzug: Licht in Luft..................... 37 Streifzug: Licht in Stoffen................... 38 Versuche und Aufträge: Brechung und Totalreflexion............................ 39 Sammellinsen........................... 40 Licht wird gebündelt...................... 40 Eine Linse aus vielen Prismen............... 41 Geometrie hilft der Optik................... 41 Wie Bilder entstehen...................... 42 Die Lochkamera......................... 42 Linsen machen bessere Bilder............... 43 Streifzug: Bildkonstruktion mithilfe der Geometrie........................... 44 Streifzug: Mathematik und Optik die Linsenformel......................... 45 Pinnwand: Optische Zauberei............... 46 Streifzug: Linsenfehler..................... 46 Versuche und Aufträge: Bilder und Bildentstehung........................... 47 Zerstreuungslinsen........................ 48 Streifzug: Bildkonstruktion bei Zerstreuungslinsen........................ 48 Streifzug: Linsenkombinationen.............. 49 Das Auge............................... 50 Der Bau des Auges....................... 50 Entfernungsanpassung..................... 51 Helligkeitsanpassung...................... 51 Sehfehler und ihre Korrektur................ 52 Streifzug: Probleme mit dem Kleingedruckten... 53 Optische Geräte......................... 54 Der Fotoapparat.......................... 54 Projektoren............................. 55 Der Sehwinkel........................... 56 Die Lupe............................... 56 Das Mikroskop.......................... 57 Fernrohre............................... 58 Streifzug: Optische Täuschungen............ 59 Versuche und Aufträge: Auge und Sehvorgang... 59 Pinnwand: Übertragung, Wiedergabe und Speicherung von Bildern................... 60 Farben................................. 62 Das Spektrum von weißem Licht............. 62 Energie der Photonen...................... 63 Licht jenseits des sichtbaren Spektrums........ 63 Farbaddition............................ 64 Farbsubtraktion.......................... 65 Versuche und Aufträge: Farben.............. 65 Streifzug: Grenzen unseres Sehens............ 66 Streifzug: Wie entsteht ein Regenbogen?....... 67 Pinnwand: Farben und unsichtbares Licht...... 68 Prüfe dein Wissen: Optik................... 69 3
Akustik Schall................................. 73 Von der Quelle zum Empfänger.............. 73 Schallentstehung......................... 74 Schwingungen........................... 74 Versuche und Aufträge: Schwingungen........ 75 Töne sichtbar gemacht..................... 76 Versuche und Aufträge: Schallquellen im Eigenbau............................. 77 Streifzug: Die menschliche Stimme........... 77 Schall unterwegs......................... 78 Schallträger............................. 78 Versuche und Aufträge: Schallausbreitung...... 78 Schall wird umgelenkt..................... 79 Schallausbreitung im Teilchenmodell.......... 79 Schallgeschwindigkeit..................... 80 Streifzug: Schallgeschwindigkeit............. 81 Schallempfänger......................... 82 Hörbereich............................. 82 Laut und leise........................... 83 Streifzug: Eine Schnecke kommt ins Schwingen.. 83 Pinnwand: Jenseits unserer Hörgrenzen....... 84 Streifzug: Lärm.......................... 85 Pinnwand: Akustik....................... 86 Prüfe dein Wissen: Akustik.................. 87 Temperatur und Wärmeenergie Aufbau und Eigenschaften von Körpern....... 89 Körper physikalisch betrachtet............. 89 Die Zustandsformen fest, flüssig und gasförmig.. 90 Versuche und Aufträge.................... 91 Streifzug: Aus alt mach neu................. 91 Das Teilchenmodell....................... 92 Die Zustandsformen im Teilchenmodell........ 93 Versuche und Aufträge..................... 93 Streifzug: Das Atomium.................... 93 Brown sche Teilchenbewegung.............. 94 Diffusion............................... 95 Streifzug: Diffusion in der Natur............. 95 Temperatur, Thermometer und thermische Ausdehnung................... 96 Wir messen Temperaturen.................. 96 Thermische Ausdehnung bei Flüssigkeiten...... 97 Die Celsius-Skala......................... 98 Streifzug: Geschichte des Thermometers....... 99 Streifzug: Ungewöhnliches Verhalten von Wasser............................. 100 Pinnwand: Temperaturen und Thermometer.... 101 Thermische Ausdehnung bei festen Körpern.... 102 Streifzug: Das Bimetall.................... 104 Versuche und Aufträge: Thermische Ausdehnung............................ 104 Streifzug: Der Regelkreis................... 105 Thermische Ausdehnung von Gasen.......... 106 Versuche und Aufträge..................... 106 Pinnwand: Thermische Ausdehnung fester Körper in Umwelt und Technik.................... 107 Streifzug: Physik und Mathematik............ 108 Energie und Wärme....................... 110 Energie was verstehen wir darunter?......... 110 Energie wird gemessen..................... 111 Zustandsänderungen...................... 112 Schmelzen und Sieden.................... 112 Kondensieren und Erstarren................. 113 Verdunsten und Sublimieren................ 114 Streifzug: Hagel, Schnee und Raureif.......... 115 Versuche und Aufträge: Zustandsänderungen.... 116 Streifzug: Schwitzen ist gesund.............. 116 Transport von Wärmeenergie............... 117 Wärmemitführung........................ 117 Wärmeleitung........................... 118 Wärmestrahlung......................... 119 Versuche und Aufträge: Transport von Wärmeenergie....................... 119 Pinnwand: Wärmetransport in Natur und Technik............................. 120 Streifzug: Wärmedämmung und Energiesparen im Haus.................... 122 Streifzug: Warmwasserheizung.............. 123 Streifzug: Die Sonne als Motor des Wettergeschehens..................... 124 Prüfe dein Wissen: Temperatur und Energie..... 126 Kräfte Geschwindigkeit......................... 129 Bewegungen schnelle und langsame........ 129 Die Geschwindigkeit bei der gleichförmigen Bewegung.................. 130 Die Geschwindigkeit bei ungleichförmigen Bewegungen.............. 131 Streifzug: Eisschnelllauf Rechnen mit Formeln 131 Geschwindigkeit im Straßenverkehr.......... 132 Warum Tempo 30?...................... 132 Der Anhalteweg eines Fahrzeugs............. 133 Pinnwand: Abstand ist der beste Schutz........ 133 4
Kraftwirkungen.......................... 135 Bewegungsänderungen.................... 135 Formänderungen......................... 136 Streifzug: Federn überall................... 136 Kraft braucht Partnerschaft.................. 137... und wenn keine Kräfte wirken?............ 138 Streifzug: Verkehrssicherheit................ 139 Kraftmessung........................... 140 Wie groß ist eine Kraft?.................... 140 Kraft hat eine Richtung.................... 141 Kraftdarstellung durch Pfeile................ 141 Streifzug: Ein physikalisches Gesetz von der Beobachtung zur Formel............. 142 Streifzug: Wie verformbar ist ein Mensch?...... 144 Versuche und Aufträge: Kraftwirkungen und Kraftmessung........................ 144 Pinnwand: Kräfte bei Pflanzen............... 145 Die Gewichtskraft........................ 146 Körper werden von der Erde angezogen....... 146 Die Richtung der Gewichtskraft.............. 147 Streifzug: Schwerelosigkeit................. 147 Reibung................................ 148 Die Größe der Reibungskraft................ 149 Versuche und Aufträge: Reibung............. 149 Pinnwand: Reibung in Natur und Technik...... 150 Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften.... 152 Zwei Kräfte eine Wirkung................. 152 Versuche und Aufträge..................... 153 Eine Kraft mehrere Komponenten........... 154 Streifzug: Segeln gegen den Wind............ 155 Verkehrsentwicklung Verkehrsprobleme..... 156 Die Masse.............................. 158 Körper sind schwer....................... 158 Körper sind träge......................... 158 Wir bestimmen Massen.................... 159 Streifzug: Das Urkilogramm................. 159 Masse und Gewichtskraft................... 160 Streifzug: Die Personenwaage............... 161 Streifzug: Wie genau nehmen wir es mit Zahlen?. 161 Versuche und Aufträge: Masse und Gewichtskraft. 162 Streifzug: Alle Körper ziehen einander an...... 162 Pinnwand: Wägen gestern und heute......... 163 Die Dichte............................. 164 Wir betrachten Masse und Volumen.......... 164 Dichte als Stoffeigenschaft.................. 164 Streifzug: Dichten im Universum............. 165 Volumenbestimmung unregelmäßiger Körper... 166 Prüfe dein Wissen: Kräfte................... 167 Druck Kolbendruck............................ 169 Druck in Flüssigkeiten..................... 169 Druck, Kraft und Fläche.................... 170 Streifzug: Druck in der Medizin.............. 171 Hydraulische Anlagen..................... 172 Pinnwand: Hydraulische Anlagen............ 173 Druck in Gasen.......................... 174 Versuche und Aufträge: Kolbendruck.......... 175 Siedetemperatur und Druck................. 176 Streifzug: Wasser unter Druck............... 177 Der Kühlschrank eine Wärmepumpe........ 178 Schweredruck in Flüssigkeiten.............. 180 Entstehung des Schweredrucks.............. 180 Versuche und Aufträge..................... 181 Druck und Gefäßform..................... 182 Verbundene Gefäße....................... 183 Streifzug: Staudämme..................... 184 Versuche und Aufträge: Schweredruck......... 184 Streifzug: Trinkwasserversorgung............. 185 Schweredruck in Luft..................... 186 Der Luftdruck und seine Messung............ 186 Versuche und Aufträge: Luftdruck............ 187 Streifzug: Atmen und Tauchen............... 188 Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen.......... 189 Die Auftriebskraft in Flüssigkeiten............ 189 Streifzug: Methoden der Erkenntnisgewinnung.. 190 Auftrieb in Gasen........................ 190 Schwimmen oder Sinken?.................. 191 Pinnwand: Auftrieb in Natur und Technik...... 192 Prüfe dein Wissen: Druck.................. 193 Magnetismus Eigenschaften von Magneten................ 195 Magnetkräfte............................ 195 Magnetpole............................. 195 Es gibt nur zwei Pole...................... 196 Magnetisches Kraftgesetz................... 196 Versuche und Aufträge: Magnetisches Kraftgesetz.............................. 197 Pinnwand: Einsatzmöglichkeiten von Magneten. 197 Magnetfeld und Feldlinien................. 198 Streifzug: Das Magnetfeld der Erde........... 199 Magnetisieren und Entmagnetisieren......... 200 Prüfe dein Wissen: Magnetismus............. 201 5
Der elektrische Stromkreis Stromkreise............................. 203 Ströme und Kreisströme.................... 204 Versuche und Aufträge: Elemente elektrischer Stromkreise............................. 205 Der elektrische Stromkreis.................. 206 Schalter und Schaltungen.................. 208 Streifzug: Schalter machen Logik............. 209 Lampen im Stromkreis..................... 210 Versuche und Aufträge: Reihen- und Parallelschaltung......................... 210 Streifzug: Lampen: Wie es anfing und wie es heute ist....................... 211 Versuche und Aufträge: Komplizierte Schaltungen............................. 212 Streifzug: Schalter........................ 212 Die Wege des elektrischen Stromes.......... 213 Elektrische Leiter und Nichtleiter............. 213 Versuche und Aufträge: Leitfähigkeit verschiedener Stoffe...................... 214 Streifzug: Kabel.......................... 214 Halbe Leitung ganzer Stromkreis.......... 215 Streifzug: Die Fahrradbeleuchtung............ 216 Pinnwand: Lampen und mehr............... 217 Stromwirkungen......................... 218 Elektrischer Strom erzeugt Wärme............ 218 Sicherungen und Schalter.................. 219 Elektrischer Strom erzeugt Licht.............. 220 Energiewandler.......................... 220 Streifzug: Wärme- und Lichtwirkung.......... 221 Der Elektromagnet........................ 222 Versuche und Aufträge..................... 223 Anwendungen von Elektromagneten.......... 224 Auch Flüssigkeiten leiten chemische Stromwirkung.................. 226 Streifzug: Rostschutz und Silberlöffel.......... 227 Vorsicht Spannung...................... 228 Nennspannung von Geräten und Quellen...... 228 Gefahren durch elektrischen Strom........... 229 Streifzug: Energie aus Batterien.............. 229 Schutzmaßnahmen....................... 231 Der Erdschluss........................... 232 Schutzerdung........................... 232 Die Versorgung mit elektrischer Energie....... 234 Vom Kraftwerk zum Elektrogerät............. 234 Wo kommt elektrische Energie her?........... 236 Fotovoltaik Strom von der Sonne........... 237 Streifzug: Energiesparmaßnahmen............ 237 Prüfe dein Wissen: Der elektrische Stromkreis... 238 Ladung Stromstärke Spannung Wiederholung........................... 241 Elektrische Ladung....................... 242 Elektrische Kräfte......................... 242 Die elektrische Ladung.................... 243 Ändern der Ladung eines Körpers............ 244 Streifzug: Der Bandgenerator................ 245 Versuche und Aufträge: Elektrische Ladung..... 245 Atombau und Ladung..................... 246 Influenz Eine Bewegung wie durch Geisterhand.................... 247 Streifzug: Fotokopiergerät.................. 248 Das elektrische Feld...................... 249 Pinnwand: Elektrische Ladungen............. 250 Streifzug: Blitz und Blitzschutz.............. 251 Die elektrische Stromstärke................ 252 Strömen wirklich Elektronen im Kreis?......... 252 Wie viele Elektronen strömen?............... 253 Messung der Stromstärke................... 254 Die Einheit der elektrischen Stromstärke....... 256 Das Drehspulmessgerät.................... 256 Pinnwand.............................. 257 Stromstärke bei Reihen- und Parallelschaltung.. 258 Reihenschaltung......................... 258 Parallelschaltung......................... 258 Streifzug: Reihen- und Parallelschaltung im Haushalt............................. 260 Versuche und Aufträge: Stromstärke und Schaltungen......................... 261 Streifzug: Belastbarkeit von Stromkreisen....... 262 Streifzug: Batterien und Akkumulatoren........ 263 Die elektrische Spannung.................. 264 Die Einheit der Spannung.................. 264 Elektrische Quellen im Verbund............. 265 Energiewandler.......................... 266 Streifzug: Von der Voltasäule zur Brennstoffzelle 267 Streifzug: Elektrische Quellen in Natur und Medizin............................ 268 Pinnwand: Kontaktspannung................ 269 Versuche und Aufträge: Batterie und Batterietester im Eigenbau.................. 269 Spannung und Stromstärke................. 270 Kennlinien verschiedener Geräte............. 270 Das Ohm sche Gesetz..................... 272 Der elektrische Widerstand................. 273 Elektrischer Widerstand und Temperatur des Leiters.............................. 274 Streifzug: Supraleitung..................... 275 Streifzug: Messung von Spannung und Widerstand mit dem Drehspulinstrument....... 276 6
Bildquellen Pinnwand: Der menschliche Körper ein elektrischer Leiter..................... 277 Streifzug: Wovon hängt der Widerstand von Drähten ab?......................... 278 Pinnwand: Bauteil Widerstand............... 279 Kirchhoff sche Gesetze.................... 280 Stromstärke, Spannung und Widerstand in verzweigten Stromkreisen................ 280... und in unverzeigten Stromkreisen.......... 281 Streifzug: Spannungsteiler machen Spannungen einstellbar.................... 282 Streifzug: GEORG SIMON OHM ein dornenreiches Leben für die Wissenschaft... 283 Prüfe dein Wissen: Ladung Stromstärke Spannung.............................. 287 Stichworte.............................. 286 7