Physikbegriffe

Zeigt an, wie schnell der Radiusvektor den Mittelpunktswinkel überstreicht Der Radiusvektor zeigt vom Mittelpunkt zu einem Punkt der Kreisbahn = /t Frequenz / Umlaufzeit Umlaufzeit T ist die Zeit, die es für einen Umlauf braucht Die Frequenz ist der Kehrwert der Umlaufzeit Bahngeschwindigkeit Geschwindigkeit eines Punktes auf der Kreisbahn s= 2 r ; t= T v = 2 r f und v = r · Vektor mit immer gleichen Betrag aber verschiedener Richtung, senkrecht zum Radiusvektor Radialbeschleunigung Vektor senkrecht zum Radiusvektor a= v^2 / r oder a= ^2 · r Zentripetalkraft F=m·a ; F= m· ^2 ·r ; F= m v^2/r

Dynamik

Trägheitsprinzip Ein sich selbst überlassener Körper bewegt sich ohne äussere Einwirkung geradlinig gleichförmig oder bleibt in Ruhe Scheinkräfte Treten nur in beschleunigten Bezugssystemen, nicht in Inertialsytemen auf. Scheinkräfte erkennt man daran, dass es keine Gegenkräfte nach dem Reaktionsprinzip gibt.

Aktionsprinzip Die Kraft F ist der Quotient aus der Impulsänderung p und der Zeit t in der diese Änderung erfolgt F= p/ t ; F=m·a Reaktionsprinzip Übt der Körper A durch irgendeine Wechselwirkung die Kraft Fa auf den Körper B aus (actio), so übt auch B auf A die Gegenkraft Fb aus (reactio), die entgegengesetzt glich der ersten Kraft ist.

Impulserhaltung Die Summer der Impulse vor dem Stoss ist gleich der Summe der Impulse nach dem Stoss. In einem abgeschlossenen System ist die vektorielle Summe der Impulse konstant.

Energetik

Wirkungsgrad Das Verhältnis von Nutzenergie zu aufgewendeter Energie Energieerhaltungssatz In einem abgeschlossenen System ist die Summe der Energien konstant. Stösse Elastische: keine Verbindung nach dem Stoss p1+p2=p'1+p'2 Unelastisch: Verbindung nach dem Stoss p1+p2=p'

Gravitation

Kepler'sche Gesetze

1.Planeten bewegen sich auf Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.

2.Der Leitstrahl eines Planeten zur Sonne überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen 3.Die Quadraten der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die Kuben ihrer grossen Bahnhalbachsen. T^2/a^3= konstant

Starrer Körper

Drehmoment

Drehmoment M ist das Produkt aus der Kraft F und dem senkrechtem Abstand r ihrer Wirkungslinie von der Drehachse.

M=r·F

Hebelgesetz

An einem Hebel herrscht Gleichgewicht, wenn die Summe aller im Uhrzeigersinne wirkender Drehmomente gleich der Summe aller gegen den Uhrzeigersinn wirkender Drehmomente ist.

Trägheitsmomente

Die Konstante J=M/ heisst Trägheitsmoment des Körpers in bezug auf die betrachtete Achse.

Analog zur Trägheit bei der Translationsbewegung

Schwerpunkt

Der Punkt eines Körpers in dem die gesamte Masse vereinigt gedacht werden kann. Bei Unterstützung im Schwerpunkt bleibt der Körper im Gleichgewicht. Idealisierter Angriffspunkt für Kräfte

Wärmelehre Temperatur Physikalische Eigenschaft Temperaturskalen wurden durch Definition festgelegt Celsius-Temperatur O°C = Temperatur des schmelzenden Eises 100°C = Temperatur des siedenden Wasserdampfs bei Normaldruck Kelvin-Temperatur 0 K= absoluter Nullpunkt, es gibt keine Teilchenbewegung mehr 273.15 K = 0°C Wärme Energieform Energie, die von einem Körper höherer Temperatur zu einem Körper tieferer Temperatur fliesst Anomalie des Wassers Wasser hat bei 4°C seine grösste Dichte Das v(T) Diagramm von Wasser zeigt keine Gerade Spezifische Wärmekapazität Stoffeigenschaft Ist gleich der Wärmemenge, die erforderlich ist um 1kg des Stoffes um 1 K zu erwärmen Molare Wärmekapazität C = (c·m·t)/(n·t)

Mischkalorimetrie Bei Mischversuchen ist die vom wärmeren Körper abgegebene Wärmemenge gleich der von dem kälteren Körper aufgenommenen Wärmemenge. Der Wärmeübergang dauert so lange, bis beide Körper die gleiche Temperatur haben Schmelz- und Verdampfungswärme Wärme, die aufgewendet werden muss bis ein Stoff schmilzt, bzw. die abgegeben wird, wenn ein Stoff erstarrt Lf= Q/m Stoffmenge Ein System hat die Stoffmenge n= 1 mol, wenn aus ebenso vielen Teilchen besteht, wie Atome in 12 g des Kohlenstoffnuklids ¹² C enthalten sind. Isotherme Eine Zustandsänderung ist isotherm, wenn die Temperatur dabei konstant bleibt. Isothermen sind die Kurven in Diagrammen bei solchen Prozessen Isobare Eine Zustandsänderung ist isobar, wenn dabei der Druck konstant bleibt Isobare ist der Graph dieser Funktion Isochore Volumen bleibt konstant Isochore ist der Graph dieser Funktion Stirling'scher Kreisprozess Vier Schritte (Takte) Isotherme Expansion Isochore Abkühlung Isotherme Kompression Isochore Erwärmung

Wärmekraftmaschine Maschine mit einem idealen Gas und z.B. nach St. Kp; langsam, damit Zustandsgleichung der Gase angewendet werden kann. Kraftmaschine, die Wärmeenergie in mechan. Energie umwandelt, z.B. Verbrennungsmotor, Dampfmaschine =1+ Q2/Q1 = 1- T2/T1 Wärmepumpe Maschine zur Erzeugung von Wärme hoher Temperatur aus Wärme niedriger Temperatur, meistens Heizungsanlage = Q1/(Q1-Q2) = T1/T1-T2 T2 > T1 Kältemaschine ( Kühlschrank ) Sozusagen eine umgekehrte Wärmepumpe, als Energiereservoir sieht man hier die entzogene Wärme der tieferen Temperatur T2 an. =T2/T1-T2 Avogadrozahl Na = 6.02 · 10^23 1/mol Gaskonstante R = 8.314 J/(mol·K) Spezifische Wärmekapazität von Wasser 4.18 ·10^3 J/( kg·K) Solarkonstante S = 1.36 · 10^3 W/(m^2)

Elektrostatik Positiv geladen Elektronenmangel Negativ geladen Elektronenüberschuss Elementarladung Betrag der Ladung eines Elektrons e=1.602 · 10^-19 Gequantelte Grösse, d.h. es treten nur ganzzahlige Vielfache dieser Zahl auf Influenz Influenz ist die Trennung der Ladungen eines leitenden Körpers unter dem Einfluss der von einer äusseren Landung ausgeübten elektrischen Kraft. Wenn ein geladener Körper in die Nähe eines neutralen Körpers gebracht wird, so teilt sich die Ladung in diesem auf und die entgegengesetzte geht zum geladenen Körper. Elektrische Feldstärke Ist ein Wert mit dem sich das Feld in einem bestimmten Punkt bestimmen lässt. Die elektrische Feldstärke an einem Ort des Feldes ist der Quotient aus der Kraft F, die ein geladener Körper im betrachteten Feldpunkt erfährt, und seiner positiven Ladung q.

Homogenes Feld In einem homogenen Feld sind die Richtung und der Betrag von E überall gleich. Es entsteht beispielsweise zwischen zwei Platten von einem Plattenkondensator. Potential Wert zur Beschreibung des elektrischen Feldes; skalare Grösse Das elektrische Potential eines Punktes (in Bezug zu P0) im E-Feld ist der Quotient aus der potentiellen Energie einer Probeladung in diesem Pkt und der

Ladung selber. Äquipotentialfläche= Fläche mit überall gleichem Potential Spannung Die elektrische Spannung U zwischen zwei punkten p1 und p2 ist gleich der Differenz ihrer Potentiale.

Unabhängig von Wahl des Bezugpunktes Lässt sich mit Spannungsmessgerät messen Dielektrizitätszahl Stoffkonstante Ein Dielektrikum ist ein Stoff, den man zwischen zwei Platten eines Kondensator einfügt und so seine Kapazität um den Faktor r erhöht. r nennt man Dielektrizitätszahl.

Gleichstrom Ohmscher Widerstand Ein Widerstand der unter normalen Verhältnissen konstant bleibt nennt man einen ohmschen Widerstand.

Nichtohmscher Widerstand Ein nichtohmscher Widerstand ist von äusseren umständen wie Temperatur... abhängig. Er nimmt mit steigender Stromstärke zu. Quellenspannung und Innenwiderstand Jede Stromquelle hat selber einen Innenwiderstand Ri, somit wird an der Klemme nur noch ein Bruchteil der realen Quellenspannung U0, die Klemmenspannung U, abgenommen.

U= U0· R/(Ri+R)

Maschenregel Die Summe der Spannungen in einer Masche ist gleich null. Beweis Energieerhaltung Knotenregel An jedem Knoten eines Netzwerks ist die Summe der Stromstärken null. Halbleiterdiode p-Leiter: positive Leiter, Einbau von 3-wertigen Fremdatomen (Akzeptoren) n-Leiter: negative Leiter, Einbau von 5-wertigen Fa (Donatoren) pn-Übergang Stromfluss in Richtung p-Leiter zu n-Leiter Magnetismus Magnetfeld Die Feldlinien eines Magnets sind geschlossene Kurven, von denen jeweils ein Teil ausserhalb und ein Teil innerhalb des Eisens verläuft. Ausserhalb des Eisen verlaufen die magnetischen Feldlinien vom Nordpol zum Südpol und innerhalb des Eisens vom Südpol zum Nordpol. Erdmagnetfeld Geographischer Nordpol = magnetischer Südpol und umgekehrt Deklination = Abweichung der Magnetnadel von der Vertikalen Inklination = Abweichung von der Horizontalen Remanenz Restmagnetisierung in einem Eisenkern nach ausschalten des E-Feldes Hohe Remanenz : Magnetisch hart

Herstellung von Permanentmagneten

Kleine Remanenz : Magnetisch weich Transformatoren (kleine Energieverluste) Lenz'sche Regel Die Induzierte Spannung erzeugt in einer geschlossenen Schleife einen Induktionsstrom, der so gerichtet ist, dass er den ihn erzeugenden Vorgang zu hemmen versucht.

Induktionsgesetz Ändert sich der Fluss durch eine Leiterschleife mit N Windungen, so wird eine Spannung Uind induziert.

Magentische Feldkonstante o = 4 · 10^ -7 Vs/Am

Wechselstrom

Effektivwert von Spannung und Strom Wert den die Wechselstrommessgeräte anzeigen I=î/2 U=û/2

Transformator

Transformatoren haben zwei Spulen, die auf einem geschlossenen Eisenkern angebracht sind. An der Primärspule wird eine Wechselspannung angebracht, an der Sekundärspule wird die transformierte Spannung abgegriffen. Unbelastet, d.h. an der Ssp ist nichts angeschlossen : U2/U1 =n2/n1 Belastet, d.h. an der Ssp ist eine Lampe o.ä. angeschlossen:

n2/n1= I1/I2 Elektrischer Schwingkreis Ein Kreis aus Kondensator und Spule heisst elektrischer Schwingkreis, da in ihm elektrische Schwingungen stattfinden können. Im e s finden periodische Umwandlungen von elektrischer und magnetischer Feldenergie statt.

f=1/(2 LC) Energieübertragung mit Wechselstrom Schwingungen Gedämpfte Schwingung Schwingung, deren Amplitude mit der Zeit abnimmt. Sie gibt Energie an die Umgebung ab.

Dämpfung i.A. immer durch Luft, sonst auch Wasser... y=^yo · e^-kt cos t Erzwungene Schwingung Eine Schwingung, der eine konstante Energie zugeführt wird. Resonanz Wenn eine erz. Sc. bei einer bestimmten Erregungsfrequenz eine besonders grosse Amplitude aufweist, heisst dies Resonanz. Die Erf. heisst Resonanzfrequenz und stimmt in etwa mit der Eigenfrequenz überein. Die Phasendifferenz beträgt dann /2 Gekoppelte Schwingung Wenn zwei Schwinger miteinander verbunden sind kann man folgendes beobachten: Die Amplitude des einen Sc. nimmt ständig ab und die des anderen zu, bis es zu einem Phasensprung kommt und das andere Pendel nun seine Energie wieder an das erste zurück gibt usw.

Wellen Transversalwellen Auslenkung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, z.B. Seilwelle Longitudialwellen Auslenkung parallel zur Ausbreitungsrichtung, z.B. Spiralfeder, Schallwellen Harmonische Welle Eine harmonische Welle entsteht durch eine harmonische (d.h. sinusförmige) Störung Wellenzahl Analog zu bei dem Zeitbild, k=2 / Dopplereffekt Ruhender Beobachter fb = fq ·1/ ( 1±vq/c ) ruhende Quelle fb = fq ·( 1± vb/c ) Nähern sich ein Sender und ein Empfänger, so nimmt der Empfänger eine höhere Frequenz wahr, als der Sender ausstrahlt. Entfernen sie sich voneinander, so verringert sich die Frequenz für den Empfänger.

Prinzip von Huygens Jeder Punkt einer Wellenfront kann als Ausgangspunkt von Elementarwellen angesehen werden, die sich mit gleicher Phasengeschwindigkeit und Frequenz wie die ursprüngliche Welle ausbreiten. Die einhüllende aller Elementarwellen ergibt die neue Wellenfront.

Reflexion Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel Brechung Treten Wellen aus einem einheitlichen Medium in ein anderes, so besitzen die Wellennormalen der einfallenden und der gebrochenen Welle verschiedene Richtungen.

sin/sin = c1/c2 dicht zu dünn = vom Lot weg dünn zu dick = zum Lot hin Schallgeschwindigkeit in Luft 340 m/s Lichtgeschwindigkeit c = 3 · 10^8 m/s

Akustik

Tonhöhe Intervall zwischen zwei Tönen ist durch das Frequenzverhältnis bestimmt Frequenz der Schallwelle bestimmt die Tonhöhe Schallpegel Fechner'sches Gesetz; logarithmische Beziehung zwischen Schallintensität und subjektiver Lautstärkeempfindung. Schallpegel L= 10 · lg (J/Jo)

Stehende Wellen Eine Welle mit örtlich fest stehenden Knoten und Bäuchen nennt man stehende Wellen.

Kein Energietransport; nur bei bestimmten Frequenzen Grundton Der einfachste Ton, der bei einer Anordnung zustande kommen kann, Obertöne sind immer ,,Unterteilungen", sie sind proportional zum Grundton Frequenzspektrum 20 Hz bis 20 kHz, d.h. rund 10 Oktaven Oktave 2 :1 Quinte 3 :2 Quarte 4 :3