Physik

(diese Seite wird noch bearbeitet - letztes Update: 29.06.2017)

Physik

...ist die wissenschaftliche Erforschung der Natur.

Mittlerweile sind unter diesem Begriff viele Bereiche vereint. Dazu gehören u.a.: Mechanik, Kinetik, Akustik, Optik, Elektrizitätslehre, Astronomie und sogar Atom- und Quantenphysik.

Diese Seite beschreibt und erklärt (iagK) einige grundlegene Dinge der Physik. Aber zuerst ein paar "Basics"...

Maße und Einheiten

In der Physik sollte man immer mit den zugehörigen Einheiten rechnen. Nachfolgend sind einige gebräuchliche Maße und Einheiten aufgelistet (zuerst die sieben sog. Basiseinheiten).

Die sieben Basiseinheiten

Formelzeichen Einheit
Länge/Strecke s Meter: m
Masse m Gramm: g
Tonne: t (1t = 1.000 kg)
Zeit t Sekunde: s
Stunde: h (1h = 3.600 s)
Stromstärke
magn. Durchflutung
I Ampere: A = C / s = W / V
Temperatur T
t
Kelvin: K
Grad Celsius: °C
Stoffmenge n Mol: mol
Lichtstärke Iv Candela: cd

Weitere Einheiten

Formelzeichen Einheit
Ebener Winkel Radiant: rad 1
Raumwinkel Steradiant: sr 1
Fläche A m2
Volumen V m3
Liter: l (1l = 1dm3)
Frequenz
(Schwingungen/Sekunde)
f; v Hertz: Hz = 1 / s

Die meisten Einheiten werden mit Zusätzen für Zehnerpotenzen versehen.

Formeln, Verhältnisse und abgeleitete Einheiten

Formelzeichen Einheit
Gewichtskraft F = m · g Newton: N = kg · m / s2
Druck p = F / A Pascal: Pa = N / m2 = kg / (m · s2)
Energie
Arbeit
Wärmemenge
E
W
Q
Joule: J = N · m = W · s = kg · m2 / s2
Leistung P Watt: W = J / s = V · A
elektrische Ladung Q = I · t Coulomb: C = A · s
elektrische Spannung U = R · I Volt: V = W / A = J / C = Ω · A
elektrische Kapazität C = Q / U Farad: F = A · s / V
elektrischer Widerstand R = U / I Ohm: Ω = V / A
elektrischer Leitwert G = 1 / R = I / U Siemens: S = 1 / Ω
magnetischer Fluss Φ Weber: Wb = V · s
magnetische Flussdichte
Induktion
B Tesla: T = Wb / m2
Induktivität L; M Henry: H = Wb / A
Lichtstrom Φv Lumen: lm = cd · sr
Beleuchtungsstärke Ev Lux: lx = lm / m2
Radioaktivität A; a Becquerel: Bq = 1 / s
Dichte
(Massendichte)
Rho: ρ = m / V kg / m3
Wichte
(spez. Gewicht)
Gamma: γ = F / V N / m3
Geschwindigkeit v = s / t m / s
Beschleunigung a = s / t2 m / s2

Einige Naturkonstanten

Gravitationskonstante
(für die Erde)
g = 9,81 m/s2
Lichtgeschwindigkeit
(im Vakuum)
c = 299.792.458 m / s ~ 3 · 108 m / s

Generell sollte man in der Physik immer die korrekten Einheiten mitführen. Wer das nicht will, sollte sich mit Mathematik beschäftigen ;)

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Nachfolgend werden einige häufig auftretende Themen erklärt und teilweise durch "typische" Beispielaufgaben ergänzt.

Mechanik

Statik (Lehre vom Gleichgewicht)

Die Statik ist ein Teilgebiet der Mechanik, das sich mit dem Gleichgewicht von Kräften an Körpern befasst. Die Gleichgewichtsbedingung der Statik besagt, dass ein ruhender (bzw. sich unbeschleunigt bewegender) Körper in Ruhe bleibt (bzw. sich unbeschleunigt bewegt), wenn die Summen aller Kräfte und Momente, die auf diesen Körper wirken, Null ist.

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Kinematik (Bewegungslehre)

Die Kinematik ist die Lehre der Bewegung von Punkten und Körpern im Raum. Diese werden durch den Ort, die Geschwindigkeit (incl. Richtung) und der Beschleunigung (ebenfalls incl. Richtung) beschrieben.

Dabei gilt bei const. Geschwindigkeit bei const. Beschleunigung
Weg/Strecke s [ m ] s(t) = s0 + v · t s(t) = s0 + v0 · t + 1/2 · a · t2
Geschwindigkeit v [ m/s ] const. v(t) = v0 + a · t
Beschleunigung a [ m/s2 ] 0 const.

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Dynamik (Kinetik)

Die Dynamik ist die Lehre der Bewegung von Körpern unter Einfluss von Kräften.

Der Grundsatz der Dynamik lautet
Kraft F [N]
Die Kraft F eines Gegenstandes, ist also das Produkt aus seiner Masse m [kg] und der Beschleunigung a [m/s2], die auf ihn wirkt.

Da jeder Gegenstand (auf der Erde) der Erdbeschleunigung von g = 9,81 m/s2 *) unterliegt, ist die Gewichtskraft eines Gegenstandes also F = m · g.

Eine Masse von 1 kg hat also eine Gewichtskraft F = 1 kg · 9,81 m/s2 = 9,81 N.

...

*) Die Erdbeschleunigung hängt vom genauen Ort (und dabei hauptsächlich vom Breitengrad) ab und liegt etwa bei 9,81 m/s2. Allerdings rechnet man oft mit der Näherung von 10 m/s2.

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Schwingungen & Wellen

Sinus Gedämpfte Schwingung Schwingungen & Wellen treten in vielen Varianten auf. Sie begegnen uns häufig bei Kreisfunktionen & Pendeln aber ebenso in der Akustik, der Optik & weiteren Bereichen.

Eine periodische (gedämpfte) Schwingung ist dabei ein Durchlauf einer sich (gedämpft) wiederholenden Funktionsfolge.

Eine harmonische Schwingung kann durch eine Sinusfunktion beschrieben werden.

Die Schwingungs- oder Periodendauer T [ s ] gibt die Dauer einer Schwingung an.
Der Kehrwert davon ist die Frequenz f = 1/T [ Hz = s-1 = 1/s ].
Die Amplitude y oder ymax ist der maximale Ausschlag der Schwingung.
Der Ausschlag zum Zeitpunkt t wird mit y(t) angegeben.



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Akustik

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Optik

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Elektrodynamik (Elektrizitätslehre)

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Thermodynamik (Wärmelehre)

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