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Wirkung von Kräften
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Ein filmischer Beitrag von "Kraftfutter" vom Kopernikus- Gymnasium Blankenfelde für den LEIFIphysik-Videowettbewerb.
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Ein filmischer Beitrag von "Kraftfutter" vom Kopernikus- Gymnasium Blankenfelde für den LEIFIphysik-Videowettbewerb.
Zum externen WeblinkFlammende Töne - Das Rubens'sche Flammenrohr
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Ein filmischer Beitrag von "Flammenmusiker" vom Feodor-Lynen-Gymnasium Planegg für den LEIFIphysik-Videowettbewerb.
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Ein filmischer Beitrag von "Flammenmusiker" vom Feodor-Lynen-Gymnasium Planegg für den LEIFIphysik-Videowettbewerb.
Zum externen WeblinkRaumfahrer.net
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Nachrichten und Aktuelles rund um das Thema Raumfahrt.
Raumfahrer.net ist eine Publikation des gemeinnützigen Raumfahrer Net e.V.
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Nachrichten und Aktuelles rund um das Thema Raumfahrt.
Raumfahrer.net ist eine Publikation des gemeinnützigen Raumfahrer Net e.V.
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Warum herrscht auf der ISS Schwerelosigkeit?
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Ein Erklärvideo vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum, dass deutlich macht, warum sich Astronauten auf der ISS schwerelos fühlen können.
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Ein Erklärvideo vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum, dass deutlich macht, warum sich Astronauten auf der ISS schwerelos fühlen können.
Zum externen WeblinkTabellen und Diagramme
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Aus einem einfachen Experiment werden eine t-s-Wertetabelle, ein t-s-Diagramm und ein t-v-Diagramm entwickelt
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Aus einem einfachen Experiment werden eine t-s-Wertetabelle, ein t-s-Diagramm und ein t-v-Diagramm entwickelt
Zum externen WeblinkInteraktive Wellenmaschine
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Die interaktive Wellenmaschine ermöglicht das selbstständige Erkunden vielfältiger Phänomene an Seilwellen. Dabei können Parameter wie die Eigenschaften der Enden, Kopplungsparameter und Massenbelegung variiert werden. Auch eine Schwingung in zwei unterschiedlichen Medien kann realisiert werden.
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Die interaktive Wellenmaschine ermöglicht das selbstständige Erkunden vielfältiger Phänomene an Seilwellen. Dabei können Parameter wie die Eigenschaften der Enden, Kopplungsparameter und Massenbelegung variiert werden. Auch eine Schwingung in zwei unterschiedlichen Medien kann realisiert werden.
Zum externen WeblinkEnergieumwandlung
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Die auch für Tablets geeignete Simulation zeigt anschaulich verschiedene Umwandlungen zwischen Energieformen. Dabei kann eingestellt werden, ob Wärmeverluste auftreten oder nicht.
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Die auch für Tablets geeignete Simulation zeigt anschaulich verschiedene Umwandlungen zwischen Energieformen. Dabei kann eingestellt werden, ob Wärmeverluste auftreten oder nicht.
Zum externen WeblinkWechselwirkung ungleich Gleichgewicht
Grundwissen
- Wechselwirkungskräfte und Kräftegleichgewicht dürfen nicht verwechselt werden.
- Wechselwirkungskräfte greifen immer an zwei unterschiedlichen Körpern an, Kräfte im Gleichgewicht an einem einzigen Körper.
- Wechselwirkungskräfte treten immer auf, ein Kräftegleichgewicht kann nur vorliegen, muss aber nicht.
Grundwissen
- Wechselwirkungskräfte und Kräftegleichgewicht dürfen nicht verwechselt werden.
- Wechselwirkungskräfte greifen immer an zwei unterschiedlichen Körpern an, Kräfte im Gleichgewicht an einem einzigen Körper.
- Wechselwirkungskräfte treten immer auf, ein Kräftegleichgewicht kann nur vorliegen, muss aber nicht.
Wellen
Grundwissen
- Wellen treten in verschiedensten Formen auf: Wasserwellen, Schallwellen, elektromagnetische Wellen
- Eine Welle ist eine räumliche und zeitliche Zustandsänderung physikalischer Größen, die meist nach bestimmten periodischen Gesetzmäßigkeiten erfolgt.
- Die Ausbreitung einer Welle ist ein Energietransport, aber kein Materialtransport.
Grundwissen
- Wellen treten in verschiedensten Formen auf: Wasserwellen, Schallwellen, elektromagnetische Wellen
- Eine Welle ist eine räumliche und zeitliche Zustandsänderung physikalischer Größen, die meist nach bestimmten periodischen Gesetzmäßigkeiten erfolgt.
- Die Ausbreitung einer Welle ist ein Energietransport, aber kein Materialtransport.
Ablesen von Kraftmessern
Grundwissen
- Verschiedene Kraftmesser haben einen unterschiedlichen Vollausschlag, z.B. 1N, 2,5N oder 5N.
- Beachte beim Ablesen von Kraftmessern, welche Kraft ein farblich markierter Abschnitt darstellt.
Grundwissen
- Verschiedene Kraftmesser haben einen unterschiedlichen Vollausschlag, z.B. 1N, 2,5N oder 5N.
- Beachte beim Ablesen von Kraftmessern, welche Kraft ein farblich markierter Abschnitt darstellt.
Federpendel
Grundwissen
- Ein horizontal bewegliches Federpendel mit einem Pendelkörper der Masse \(m\) und einer Feder mit der Federkonstante \(D\) schwingt harmonisch mit der Zeit-Ort-Funktion \(x(t) = \hat{x} \cdot \cos \left( {{\omega} \cdot t} \right)\) mit \({\omega} = \sqrt {\frac{D}{m}}\)
- Die Schwingungsdauer berechnet sich durch \(T = 2\,\pi \cdot \sqrt {\frac{m}{D}}\); sie ist insbesondere unabhängig von der Amplitude \(\hat{x} \) der Schwingung.
Grundwissen
- Ein horizontal bewegliches Federpendel mit einem Pendelkörper der Masse \(m\) und einer Feder mit der Federkonstante \(D\) schwingt harmonisch mit der Zeit-Ort-Funktion \(x(t) = \hat{x} \cdot \cos \left( {{\omega} \cdot t} \right)\) mit \({\omega} = \sqrt {\frac{D}{m}}\)
- Die Schwingungsdauer berechnet sich durch \(T = 2\,\pi \cdot \sqrt {\frac{m}{D}}\); sie ist insbesondere unabhängig von der Amplitude \(\hat{x} \) der Schwingung.
Charakterisierung der gleichförmigen Bewegung
Grundwissen
- Bei gleichförmiger Bewegung wird in doppelter Zeit die doppelte Strecke zurückgelegt usw.
- Der Zeit-Weg-Graph einer gleichförmigen Bewegung ist eine Ursprungsgerade
- Es gilt \(s=v\cdot t\)
Grundwissen
- Bei gleichförmiger Bewegung wird in doppelter Zeit die doppelte Strecke zurückgelegt usw.
- Der Zeit-Weg-Graph einer gleichförmigen Bewegung ist eine Ursprungsgerade
- Es gilt \(s=v\cdot t\)
Geschwindigkeit bei gleichförmiger Bewegung
Grundwissen
- Die Geschwindigkeit einer gleichförmigen Bewegung ist konstant.
- Für die Geschwindigkeit einer gleichförmigen Bewegung gilt \(v=\frac{s}{t}\)
- Die Einheit der Geschwindigkeit ist \([v]=1\,\rm{\frac{m}{s}}\)
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- Die Geschwindigkeit einer gleichförmigen Bewegung ist konstant.
- Für die Geschwindigkeit einer gleichförmigen Bewegung gilt \(v=\frac{s}{t}\)
- Die Einheit der Geschwindigkeit ist \([v]=1\,\rm{\frac{m}{s}}\)
Mittlere Geschwindigkeit
Grundwissen
- Bei nicht gleichförmigen Bewegungen kann man die mittlere Geschwindigkeit (Durchschnittsgeschwindigkeit) angeben.
- Für die mittlere Geschwindigkeit \(\bar{v}\) in einer Zeitspanne \(t\) gilt: \(\bar{v}=\frac{s}{t}\)
Grundwissen
- Bei nicht gleichförmigen Bewegungen kann man die mittlere Geschwindigkeit (Durchschnittsgeschwindigkeit) angeben.
- Für die mittlere Geschwindigkeit \(\bar{v}\) in einer Zeitspanne \(t\) gilt: \(\bar{v}=\frac{s}{t}\)
Beschleunigte Bewegung
Grundwissen
- Bei einer beschleunigten Bewegung ändert sich die Geschwindigkeit des Körpers
Grundwissen
- Bei einer beschleunigten Bewegung ändert sich die Geschwindigkeit des Körpers
Charakterisierung der gleichmäßig beschleunigten Bewegung
Grundwissen
- Die Zeit-Weg-Funktion einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist eine quadratische Funktion, der Zeit-Weg-Graph also eine Parabel und eine Verdopplung der Zeit führt zu einer Vervierfachung des zurückgelegten Weges.
- Die Zeit-Geschwindigkeits-Funktion einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist eine lineare Funktion, der Zeit-Geschwindigkeits-Graph also eine Gerade und eine Verdopplung der Zeit führt zu einer Verdopplung der Geschwindigkeit.
Grundwissen
- Die Zeit-Weg-Funktion einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist eine quadratische Funktion, der Zeit-Weg-Graph also eine Parabel und eine Verdopplung der Zeit führt zu einer Vervierfachung des zurückgelegten Weges.
- Die Zeit-Geschwindigkeits-Funktion einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist eine lineare Funktion, der Zeit-Geschwindigkeits-Graph also eine Gerade und eine Verdopplung der Zeit führt zu einer Verdopplung der Geschwindigkeit.
Beschleunigung bei gleichmäßig beschleunigter Bewegung
Grundwissen
- Je größer der Öffnungsfaktor der Parabel im Zeit-Weg-Graph, desto größer ist die Beschleunigung des Körpers.
- Je steiler der Zeit-Geschwindigkeits-Graph, desto größer ist die Beschleunigung des Körpers.
- Für die Beschleunigung \(a\) aus der Ruhe heraus gilt: \(a=\frac{v}{t}\)
Grundwissen
- Je größer der Öffnungsfaktor der Parabel im Zeit-Weg-Graph, desto größer ist die Beschleunigung des Körpers.
- Je steiler der Zeit-Geschwindigkeits-Graph, desto größer ist die Beschleunigung des Körpers.
- Für die Beschleunigung \(a\) aus der Ruhe heraus gilt: \(a=\frac{v}{t}\)
Mittlere Beschleunigung
Grundwissen
- Die mittlere Beschleunigung \(\bar{a}\) (Durchschnittsbeschleunigung) ermöglicht den Vergleich von nicht gleichmäßigen Beschleunigungen.
- Wenn die Bewegung bei \(t=0\) aus der Ruhe beginnt, gilt für die mittlere Beschleunigung \(\bar{a}=\frac{v}{t}\)
Grundwissen
- Die mittlere Beschleunigung \(\bar{a}\) (Durchschnittsbeschleunigung) ermöglicht den Vergleich von nicht gleichmäßigen Beschleunigungen.
- Wenn die Bewegung bei \(t=0\) aus der Ruhe beginnt, gilt für die mittlere Beschleunigung \(\bar{a}=\frac{v}{t}\)
Raketenphysik
Grundwissen
- Der Antrieb von Raketen beruht auf dem Rückstoßprinzip beim Ausströmen des Treibstoffs aus der Rakete.
- Unter bestimmten Annahmen kann man die Geschwindigkeit und die Höhe der Rakete nach dem Ausströmen des gesamten Treibstoffs berechnen.
- Beide Größen sind unter anderem von der Ausströmgeschwindigkeit des Treibstoffs und dem Massenverhältnis von Rakete mit zu Rakete ohne Treibstoff abhängig.
Grundwissen
- Der Antrieb von Raketen beruht auf dem Rückstoßprinzip beim Ausströmen des Treibstoffs aus der Rakete.
- Unter bestimmten Annahmen kann man die Geschwindigkeit und die Höhe der Rakete nach dem Ausströmen des gesamten Treibstoffs berechnen.
- Beide Größen sind unter anderem von der Ausströmgeschwindigkeit des Treibstoffs und dem Massenverhältnis von Rakete mit zu Rakete ohne Treibstoff abhängig.
Versuche
Bewegungsgesetze der gleichmäßig beschleunigten Bewegung
Grundwissen
- Bei einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist die Beschleunigung \(a\neq 0\).
- Das Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz lautet bei Beschleunigung aus der Ruhe heraus \(v=a\cdot t\).
- Das Zeit-Ort-Gesetz lautet bei Beschleunigung aus der Ruhe heraus \(s=\frac{1}{2}a\cdot t^2\).
Grundwissen
- Bei einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist die Beschleunigung \(a\neq 0\).
- Das Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz lautet bei Beschleunigung aus der Ruhe heraus \(v=a\cdot t\).
- Das Zeit-Ort-Gesetz lautet bei Beschleunigung aus der Ruhe heraus \(s=\frac{1}{2}a\cdot t^2\).
Potenzielle Energie im Gravitationsfeld
Grundwissen
- Die potentielle Energie im Gravitationsfeld hängt von der Wahl des Nullpunktes der potentiellen Energie ab.
- Ist \(E_{{\rm{pot,Erde}}} = 0\), dann gilt \({E_{{\rm{pot}}}}(r) = G \cdot m \cdot M \cdot \left( {\frac{1}{{{r_{{\rm{Erde}}}}}} - \frac{1}{r}} \right)\text{ wobei }r \ge {r_{{\rm{Erde}}}}\)
- Typischer ist es, den Nullpunkt der potentiellen Energie ins Unendliche zu legen. Dann gilt \(E_{\rm{pot}}= -G \cdot m \cdot M \cdot \frac{1}{r}\text{ wobei } r \ge {r_{{\rm{Erde}}}}\)
Grundwissen
- Die potentielle Energie im Gravitationsfeld hängt von der Wahl des Nullpunktes der potentiellen Energie ab.
- Ist \(E_{{\rm{pot,Erde}}} = 0\), dann gilt \({E_{{\rm{pot}}}}(r) = G \cdot m \cdot M \cdot \left( {\frac{1}{{{r_{{\rm{Erde}}}}}} - \frac{1}{r}} \right)\text{ wobei }r \ge {r_{{\rm{Erde}}}}\)
- Typischer ist es, den Nullpunkt der potentiellen Energie ins Unendliche zu legen. Dann gilt \(E_{\rm{pot}}= -G \cdot m \cdot M \cdot \frac{1}{r}\text{ wobei } r \ge {r_{{\rm{Erde}}}}\)
Gravitationsfeld
Grundwissen
- Im Raum um eine Masse herrscht ein Gravitationsfeld. Dieses Gravitationsfeld übertragt die Kraftwirkung dieser Masse auf andere Massen.
- Als Gravitationsfeldstärke definieren wir den Quotienten aus der Gravitationskraft \({\vec F_{\rm{G}}}\) auf einen Probekörper und der Masse \(m\) des Probekörpers: \(\vec g = \frac{{{{\vec F}_{\rm{G}}}}}{m}\).
- Der Betrag \(g\) der Gravitationsfeldstärke im Raum um eine punktförmige Masse ist proportional zu deren Masse \(M\) und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) zur Masse \(M\) (radiales Gravitationsfeld): \(g = G \cdot \frac{M}{{{r^2}}}\) mit der Gravitationskonstante \(G = 6{,}673 \cdot {10^{ - 11}}\,\frac{{{{\rm{m}}^3}}}{{{\rm{kg}} \cdot {{\rm{s}}^2}}}\).
- Der Betrag \(g\) der Gravitationsfeldstärke an der Erdoberfläche ist konstant (homogenes Gravitationsfeld). Wir nutzen den Wert \(g = 9{,}81\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}}\).
Grundwissen
- Im Raum um eine Masse herrscht ein Gravitationsfeld. Dieses Gravitationsfeld übertragt die Kraftwirkung dieser Masse auf andere Massen.
- Als Gravitationsfeldstärke definieren wir den Quotienten aus der Gravitationskraft \({\vec F_{\rm{G}}}\) auf einen Probekörper und der Masse \(m\) des Probekörpers: \(\vec g = \frac{{{{\vec F}_{\rm{G}}}}}{m}\).
- Der Betrag \(g\) der Gravitationsfeldstärke im Raum um eine punktförmige Masse ist proportional zu deren Masse \(M\) und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) zur Masse \(M\) (radiales Gravitationsfeld): \(g = G \cdot \frac{M}{{{r^2}}}\) mit der Gravitationskonstante \(G = 6{,}673 \cdot {10^{ - 11}}\,\frac{{{{\rm{m}}^3}}}{{{\rm{kg}} \cdot {{\rm{s}}^2}}}\).
- Der Betrag \(g\) der Gravitationsfeldstärke an der Erdoberfläche ist konstant (homogenes Gravitationsfeld). Wir nutzen den Wert \(g = 9{,}81\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}}\).
Arbeit im Gravitationsfeld
Grundwissen
- Nur im homogenen Bereich des Gravitationsfeldes kann die Arbeit mit \(\Delta {W_{{\rm{Hub}}}} = m \cdot g \cdot \Delta h\) berechnet werden.
- Um einen Körper von der Erdoberfläche bis zu einem Abstand \(r\) vom Erdmittelpunkt zu bewegen, muss die Arbeit \(\Delta W=G \cdot m \cdot M \cdot \left( {\frac{1}{{{r_{\rm{A}}}}} - \frac{1}{{{r_{\rm{E}}}}}} \right)\)
Grundwissen
- Nur im homogenen Bereich des Gravitationsfeldes kann die Arbeit mit \(\Delta {W_{{\rm{Hub}}}} = m \cdot g \cdot \Delta h\) berechnet werden.
- Um einen Körper von der Erdoberfläche bis zu einem Abstand \(r\) vom Erdmittelpunkt zu bewegen, muss die Arbeit \(\Delta W=G \cdot m \cdot M \cdot \left( {\frac{1}{{{r_{\rm{A}}}}} - \frac{1}{{{r_{\rm{E}}}}}} \right)\)
Gleichmäßig verzögerte Bewegung
Grundwissen
- Ein Abbremsen, physikalisch eine Verzögerung, ist eine beschleunigte Bewegung mit negativer Beschleunigung, also \(a<0\).
- Das Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz der gleichmäßig verzögerten Bewegung ist \(v = a \cdot t + {v_0}\)
- Das Zeit-Ort-Gesetz der gleichmäßig verzögerten Bewegung ist \(s = \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2 + {v_0}\cdot t\)
Grundwissen
- Ein Abbremsen, physikalisch eine Verzögerung, ist eine beschleunigte Bewegung mit negativer Beschleunigung, also \(a<0\).
- Das Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz der gleichmäßig verzögerten Bewegung ist \(v = a \cdot t + {v_0}\)
- Das Zeit-Ort-Gesetz der gleichmäßig verzögerten Bewegung ist \(s = \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2 + {v_0}\cdot t\)