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Formeln Dynamik

Grundwissen

  • Formelübersicht für massebehaftete und masselose Teilchen

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Grundwissen

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Energie-Impuls-Beziehung

Grundwissen

  • Klassisch ist die Beziehung zwischen kinetischer Energie und Impuls \({E_{\rm{kin}}} = \frac{{{p^2}}}{{2 \cdot m}}\)
  • Relativistisch gilt zwischen Gesamtenergie, Ruheenergie und Impuls die Beziehung \(E = \sqrt{E_0^2 + (c\cdot p)^2}\)

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  • Klassisch ist die Beziehung zwischen kinetischer Energie und Impuls \({E_{\rm{kin}}} = \frac{{{p^2}}}{{2 \cdot m}}\)
  • Relativistisch gilt zwischen Gesamtenergie, Ruheenergie und Impuls die Beziehung \(E = \sqrt{E_0^2 + (c\cdot p)^2}\)

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Relativistische Energie

Grundwissen

  • Die relativistische Gesamtenergie eines Körpers ist \(E(v)=m_{\rm{rel}}\cdot c^2=\frac{m_0}{\sqrt{1-\left(\frac{v}{c}\right)^2}}\cdot c^2\)
  • Die Ruheenergie eines Körpers ist \(E_0=m_0\cdot c^2\)
  • Die kinetische Energie ist die Differenz der Gesamtenergie \(E(v)\) und der Ruheenergie \(E_0\), also \(E_{\rm{kin}}=\left( {\frac{m_0}{\sqrt{1-\left(\frac{v}{c}\right)^2}} - {m_0}} \right) \cdot {c^2}\)

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  • Die relativistische Gesamtenergie eines Körpers ist \(E(v)=m_{\rm{rel}}\cdot c^2=\frac{m_0}{\sqrt{1-\left(\frac{v}{c}\right)^2}}\cdot c^2\)
  • Die Ruheenergie eines Körpers ist \(E_0=m_0\cdot c^2\)
  • Die kinetische Energie ist die Differenz der Gesamtenergie \(E(v)\) und der Ruheenergie \(E_0\), also \(E_{\rm{kin}}=\left( {\frac{m_0}{\sqrt{1-\left(\frac{v}{c}\right)^2}} - {m_0}} \right) \cdot {c^2}\)

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Längenkontraktion

Grundwissen

  • Für bewegte Beobachter sind Strecken verkürzt.
  • Für die Längenkontraktion gilt: \(\Delta x' = \Delta x \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}\)
  • Die Längenkontraktion findet nur in Bewegungsrichtung statt.

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  • Für bewegte Beobachter sind Strecken verkürzt.
  • Für die Längenkontraktion gilt: \(\Delta x' = \Delta x \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}\)
  • Die Längenkontraktion findet nur in Bewegungsrichtung statt.

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Zeitdilatation

Grundwissen

  • Zeitdilatation: Eine relativ zu einem Beobachter bewegte Uhr geht aus der Sicht des Beobachters langsamer als ein Satz synchronisierter Uhren im "Beobachter-System".
  • Vereinfacht: Bewegte Uhren gehen langsamer.
  • Der Zusammenhang zwischen Zeit \(\Delta t\) im ruhenden und \(\Delta t'\) im bewegten System ist \(\Delta t = \frac{\Delta t'}{\sqrt{1 - (\frac{v}{c})^2}}\)

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  • Zeitdilatation: Eine relativ zu einem Beobachter bewegte Uhr geht aus der Sicht des Beobachters langsamer als ein Satz synchronisierter Uhren im "Beobachter-System".
  • Vereinfacht: Bewegte Uhren gehen langsamer.
  • Der Zusammenhang zwischen Zeit \(\Delta t\) im ruhenden und \(\Delta t'\) im bewegten System ist \(\Delta t = \frac{\Delta t'}{\sqrt{1 - (\frac{v}{c})^2}}\)

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Gleichzeitigkeit

Grundwissen

  • In einem Inertialsystem finden zwei Ereignisse an zwei verschiedenen Orten gleichzeitig statt, wenn sie von einem Lichtblitz ausgelöst werden können, der genau aus der Mitte zwischen ihren Orten ausgeht.
  • Finden zwei Ereignisse in einem Inertialsystem gleichzeitig statt, so finden sie in einem zweiten, gegenüber dem ersten Inertialsystem bewegten Inertialsystem zu verschiedenen Zeiten statt.
  • Auch Gleichzeitigkeit ist relativ.

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  • In einem Inertialsystem finden zwei Ereignisse an zwei verschiedenen Orten gleichzeitig statt, wenn sie von einem Lichtblitz ausgelöst werden können, der genau aus der Mitte zwischen ihren Orten ausgeht.
  • Finden zwei Ereignisse in einem Inertialsystem gleichzeitig statt, so finden sie in einem zweiten, gegenüber dem ersten Inertialsystem bewegten Inertialsystem zu verschiedenen Zeiten statt.
  • Auch Gleichzeitigkeit ist relativ.

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Relativistische Masse und Impuls

Grundwissen

  • Auch die Masse eines Teilchens und sein Impuls unterliegen relativistischen Effekten.
  • Die relativistische Masse  nimmt mit der Geschwindigkeit \(v\) eines Teilchens stark zu, es gilt: \(m_{\rm{rel}}=\frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}}\)
  • Für den relativistischen Impuls gilt \(p = m_{\rm{rel}}\cdot v    \Rightarrow     p = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}} \cdot v\)

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  • Auch die Masse eines Teilchens und sein Impuls unterliegen relativistischen Effekten.
  • Die relativistische Masse  nimmt mit der Geschwindigkeit \(v\) eines Teilchens stark zu, es gilt: \(m_{\rm{rel}}=\frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}}\)
  • Für den relativistischen Impuls gilt \(p = m_{\rm{rel}}\cdot v    \Rightarrow     p = \frac{m_0}{\sqrt{1 - \left(\frac{v}{c}\right)^2}} \cdot v\)

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MICHELSON-MORLEY-Experiment

Versuche

  • Bestimmung der Geschwindigkeit der Erde im Lichtäther
  • Ergebnis: Die Lichtgeschwindigkeit bleibt entgegen der Erwartungen konstant
  • Folgerungen: Es gibt keinen Lichtäther 

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Versuche

  • Bestimmung der Geschwindigkeit der Erde im Lichtäther
  • Ergebnis: Die Lichtgeschwindigkeit bleibt entgegen der Erwartungen konstant
  • Folgerungen: Es gibt keinen Lichtäther 

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Geschwindigkeitsaddition

Grundwissen

  • Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).

 

 

 

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  • Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).

 

 

 

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Resonanzabsorption und Resonanzfluoreszenz von Natrium

Versuche

  • Demonstration der Energieaufnahme von Atomen durch Absorption von Photonen (Resonanzabsorption)
  • Demonstration der Energieabgabe von Atomen durch Emission von Photonen (Resonanzfluoreszenz)

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Versuche

  • Demonstration der Energieaufnahme von Atomen durch Absorption von Photonen (Resonanzabsorption)
  • Demonstration der Energieabgabe von Atomen durch Emission von Photonen (Resonanzfluoreszenz)

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Mechanische Analogieversuche zu diskreten Energieniveaus

Versuche

  • Die Versuche sollen das Phänomen der diskreten Energieniveaus durch mechanische Analogien veranschaulichen.

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Versuche

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Emissionsspektren von Haushaltslampen (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Haushaltslampen

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Versuche

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Emissionsspektren von LEDs (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener LEDs

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Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener LEDs

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Emissionsspektren von Bildschirmfarben (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Bildschirmfarben

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Versuche

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Emissionsspektren von Spektralröhren (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Spektralröhren

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Versuche

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Emissionsspektrum von atomarem Wasserstoff mit der BALMER-Röhre

Versuche

  • Quantitative Untersuchung des Emissionspektrums von atomarem Wasserstoff mit der BALMER-Röhre

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Versuche

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Absorptionsspektren verschiedener Materialien (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Vergleich der Absorptionsspektren verschiedener Materialien

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Versuche

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FRAUNHOFER-Linien im Sonnenspektrum (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Untersuchung des Spektrums des Sonnenlichts

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Versuche

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Resonanzabsorption und Resonanzfluoreszenz (Simulation der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Veranschaulichung der Vorgänge in der Atomhülle bei Resonanzabsorption und Resonanzfluoreszenz

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Hg - Messwertaufnahme mit Multimeter (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration der quantenhaften Stoßanregung am Beispiel von Quecksilber (\(\rm{Hg}\))
  • Bestimmung eines Anregungsniveaus von Quecksilber

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Hg - Messwertaufnahme mit Messwerterfassung (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration der quantenhaften Stoßanregung am Beispiel von Quecksilber (\(\rm{Hg}\))
  • Bestimmung eines Anregungsniveaus von Quecksilber

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  • Bestimmung eines Anregungsniveaus von Quecksilber

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Hg - Einfluss der Temperatur (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration des Einflusses der Temperatur des Quecksilberdampfes auf die Messwerte

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Ne - Einfluss der Absaugspannung (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration des Einflusses der Absaugspannung auf die Messwerte

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Ne

Versuche

  • Demonstration der quantenhaften Stoßanregung am Beispiel von Neon (\(\rm{Ne}\))

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch mit Ne - Einfluss der Gegenspannung (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Versuche

  • Demonstration des Einflusses der Gegenspannung auf die Messwerte

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Versuche

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FRANCK-HERTZ-Versuch (Simulation MintApps)

Versuche

  • Veranschaulichung der Vorgänge im Innern der FRANCK-HERTZ-Röhre

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Spektren

Grundwissen

  • Untersucht man Licht mit Hilfe eines Spektralapparats, so erhält man ein sogenanntes Spektrum. Aus diesen Spektren kann man vielfältige Informationen über den Aufbau von Atomen gewinnen.
  • Das Spektrum von Licht, das ein heißer Körper aussendet, bezeichnet man als Emissionsspektrum. Beim Spektrum einer Glühlampe gehen die einzelnen Farben fließend ineinander über. Man spricht von einem kontinuierlichen Emissionsspektrum. Das Spektrum eines heißen Gases dagegen besteht aus einzelnen, voneinander getrennten dünnen Linien. Man spricht von einem diskreten Emissionsspektrum (Linienspektrum).
  • Das Spektrum von ursprünglich "weißem" Licht, das einen Gegenstand wie z.B. ein heißes Gas durchlaufen hat, bezeichnet man als Absorptionsspektrum. Absorptionsspektren sind durch dunkle Linien im kontinuierlichen Spektrum des "weißen" Lichts gekennzeichnet.
  • Die Lage der Spektrallinien in einem Spektrum ist charakteristisch für das Atom bzw. Molekül.

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Grundwissen

  • Untersucht man Licht mit Hilfe eines Spektralapparats, so erhält man ein sogenanntes Spektrum. Aus diesen Spektren kann man vielfältige Informationen über den Aufbau von Atomen gewinnen.
  • Das Spektrum von Licht, das ein heißer Körper aussendet, bezeichnet man als Emissionsspektrum. Beim Spektrum einer Glühlampe gehen die einzelnen Farben fließend ineinander über. Man spricht von einem kontinuierlichen Emissionsspektrum. Das Spektrum eines heißen Gases dagegen besteht aus einzelnen, voneinander getrennten dünnen Linien. Man spricht von einem diskreten Emissionsspektrum (Linienspektrum).
  • Das Spektrum von ursprünglich "weißem" Licht, das einen Gegenstand wie z.B. ein heißes Gas durchlaufen hat, bezeichnet man als Absorptionsspektrum. Absorptionsspektren sind durch dunkle Linien im kontinuierlichen Spektrum des "weißen" Lichts gekennzeichnet.
  • Die Lage der Spektrallinien in einem Spektrum ist charakteristisch für das Atom bzw. Molekül.

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Gesetz von MOSELEY

Grundwissen

  • Das Gesetz von MOSELEY beschreibt einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge der \(K_{\alpha}\)-Strahlung und der Ordnungszahl \(Z\) des Anodenmaterials.
  • Das Gesetz von MOSELEY lautet \(\frac{1}{{{\lambda _{{K_{\alpha}}}}}} = {\left( {Z - 1} \right)^2} \cdot {R_\infty } \cdot \frac{3}{4}\)

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  • Das Gesetz von MOSELEY beschreibt einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge der \(K_{\alpha}\)-Strahlung und der Ordnungszahl \(Z\) des Anodenmaterials.
  • Das Gesetz von MOSELEY lautet \(\frac{1}{{{\lambda _{{K_{\alpha}}}}}} = {\left( {Z - 1} \right)^2} \cdot {R_\infty } \cdot \frac{3}{4}\)

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