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Federpendel gedämpft

Grundwissen

  • Beim gedämpften Pendel wirkt zusätzlich zur Federkraft auch eine Reibungskraft auf den Pendelkörper.
  • Für verschiedene Werte von Pendelmasse \(m\), Federkonstante \(D\) und Dämpfungskonstante \(k\) hat die Bewegungsgleichung unterschiedliche Lösungen
  • Man unterscheidet drei Fälle: Schwingfall, aperiodischer Grenzfall und Kriechfall

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  • Beim gedämpften Pendel wirkt zusätzlich zur Federkraft auch eine Reibungskraft auf den Pendelkörper.
  • Für verschiedene Werte von Pendelmasse \(m\), Federkonstante \(D\) und Dämpfungskonstante \(k\) hat die Bewegungsgleichung unterschiedliche Lösungen
  • Man unterscheidet drei Fälle: Schwingfall, aperiodischer Grenzfall und Kriechfall

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Botenteilchen

Grundwissen

  • Vermittler der starken Wechselwirkung sind 8 verschiedene Gluonen, die verschiedene Kombinationen an Farbladungen tragen.
  • Vermittler der schwachen Wechselwirkung sind \(W^+\)-, \(W^-\)- und \(Z\)-Bosonen, die eine sehr kurze Lebensdauer und eine sehr geringe Reichweite von ca. \(2\cdot 10^{-18}\,\rm{m}\) haben.
  • Photonen sind die Botenteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, besitzen keinerlei Ladung und haben daher eine unendliche Reichweite.

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  • Vermittler der starken Wechselwirkung sind 8 verschiedene Gluonen, die verschiedene Kombinationen an Farbladungen tragen.
  • Vermittler der schwachen Wechselwirkung sind \(W^+\)-, \(W^-\)- und \(Z\)-Bosonen, die eine sehr kurze Lebensdauer und eine sehr geringe Reichweite von ca. \(2\cdot 10^{-18}\,\rm{m}\) haben.
  • Photonen sind die Botenteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, besitzen keinerlei Ladung und haben daher eine unendliche Reichweite.

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Doppelspalt

Grundwissen

  • Das Schirmbild hinter einem Doppelspalt zeigt Beugungs- und Interferenzerscheinungen.
  • Die Lage der Maxima und Minima wird u.a. vom Spaltabstand \(d\) und der Wellenlänge \(\lambda\) beeinflusst.
  • Es gibt Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz.

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  • Das Schirmbild hinter einem Doppelspalt zeigt Beugungs- und Interferenzerscheinungen.
  • Die Lage der Maxima und Minima wird u.a. vom Spaltabstand \(d\) und der Wellenlänge \(\lambda\) beeinflusst.
  • Es gibt Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz.

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Das menschliche Auge - Aufbau und scharfes Sehen

Grundwissen

  • Das menschliche Auge besteht u.a. aus einer (Sammel-)Linse und der Netzhaut, auf die das Bild der Umwelt abgebildet wird.
  • Um einen Gegenstand scharf zu sehen, muss der Gegenstand scharf auf der Netzhaut abgebildet werden.
  • Die Brennweite der Augenlinse verändert sich wenn du nahe bzw. weit entfernte Gegenstände anschaust.

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  • Das menschliche Auge besteht u.a. aus einer (Sammel-)Linse und der Netzhaut, auf die das Bild der Umwelt abgebildet wird.
  • Um einen Gegenstand scharf zu sehen, muss der Gegenstand scharf auf der Netzhaut abgebildet werden.
  • Die Brennweite der Augenlinse verändert sich wenn du nahe bzw. weit entfernte Gegenstände anschaust.

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BRAGG-Reflexion

Grundwissen

  • Elektromagnetische Wellen mit kleinen Wellenlängen wie z.B. RÖNTGEN-Strahlung untersucht man mit Hilfe von Kristallen, die eine regelmäßige Gitterstruktur besitzen
  • Eine elektromagnetische Welle mit einer bestimmten Wellenlänge wird von einem solchen Kristall nur dann reflektiert, wenn sie unter ganz bestimmten Winkeln (Glanzwinkeln) auf den Kristall trifft
  • Zwischen der Wellenlänge \(\lambda\), dem Netzebenenabstand \(d\) des Kristallgitters, den Weiten \(\theta_k \) der Glanzwinkel und der entsprechenden Ordnung \(k\) des Glanzwinkels besteht die sogenannte BRAGG-Gleichung oder BRAGG-Bedingung \(k \cdot \lambda  = 2 \cdot d \cdot \sin \left( \theta_k  \right)\;;\;k \in \left\{ {1\,;\,2\,;\,3\,;\,...} \right\}\)

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  • Elektromagnetische Wellen mit kleinen Wellenlängen wie z.B. RÖNTGEN-Strahlung untersucht man mit Hilfe von Kristallen, die eine regelmäßige Gitterstruktur besitzen
  • Eine elektromagnetische Welle mit einer bestimmten Wellenlänge wird von einem solchen Kristall nur dann reflektiert, wenn sie unter ganz bestimmten Winkeln (Glanzwinkeln) auf den Kristall trifft
  • Zwischen der Wellenlänge \(\lambda\), dem Netzebenenabstand \(d\) des Kristallgitters, den Weiten \(\theta_k \) der Glanzwinkel und der entsprechenden Ordnung \(k\) des Glanzwinkels besteht die sogenannte BRAGG-Gleichung oder BRAGG-Bedingung \(k \cdot \lambda  = 2 \cdot d \cdot \sin \left( \theta_k  \right)\;;\;k \in \left\{ {1\,;\,2\,;\,3\,;\,...} \right\}\)

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Stehende Wellen - Analyse mit Wellenfunktion

Grundwissen

  • Mathematisch kannst du eine stehende Welle durch Addition der Wellenfunktionen der sich überlagernden Wellen beschreiben.
  • Die sich ergebende Wellenfunktion zeigt, dass die Schwingung in allen Punkten phasengleich, aber die Amplitude ortsabhängig ist.

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  • Mathematisch kannst du eine stehende Welle durch Addition der Wellenfunktionen der sich überlagernden Wellen beschreiben.
  • Die sich ergebende Wellenfunktion zeigt, dass die Schwingung in allen Punkten phasengleich, aber die Amplitude ortsabhängig ist.

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Einfache Stromkreise

Grundwissen

  • Es gibt viele verschieden Arten Stromkreise zu schalten.
  • Bei UND-Schaltungen müssen für einen Stromfluss alle Schalter geschlossen sein.
  • Bei ODER-Schaltungen muss für einen Stromfluss nur ein Schalter geschlossen sein.

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  • Es gibt viele verschieden Arten Stromkreise zu schalten.
  • Bei UND-Schaltungen müssen für einen Stromfluss alle Schalter geschlossen sein.
  • Bei ODER-Schaltungen muss für einen Stromfluss nur ein Schalter geschlossen sein.

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Kinetische Energie

Grundwissen

  • Die kinetische Energie \(E_{\rm{kin}}\) eines Körpers ist proportional zu seiner Masse \(m\) und proportional zum Quadrat \(v^2\) seiner Geschwindigkeit.
  • Für die kinetische Energie eines Körpers gilt \(E_{\rm{kin}}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^2\).
  • Die Einheit der kinetischen Energie ist das Joule: \(\left[ E_{\rm{kin}} \right] =1\,\rm{J}\).

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  • Die kinetische Energie \(E_{\rm{kin}}\) eines Körpers ist proportional zu seiner Masse \(m\) und proportional zum Quadrat \(v^2\) seiner Geschwindigkeit.
  • Für die kinetische Energie eines Körpers gilt \(E_{\rm{kin}}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^2\).
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Potentielle Energie

Grundwissen

  • Die potentielle Energie \(E_{\rm{pot}}\) "eines Körpers" ist proportional zu seiner Masse \(m\), dem Ortsfaktor \(g\) und zur Höhe \(h\) des Körpers über einem definierten Nullniveau (meist dem Erdboden).
  • Für die potentielle Energie gilt \(E_{\rm{pot}} = m \cdot g \cdot h\).
  • Die Einheit der potentiellen Energie ist das Joule: \(\left[ E_{\rm{pot}} \right] =1\,\rm{J}\).

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  • Die potentielle Energie \(E_{\rm{pot}}\) "eines Körpers" ist proportional zu seiner Masse \(m\), dem Ortsfaktor \(g\) und zur Höhe \(h\) des Körpers über einem definierten Nullniveau (meist dem Erdboden).
  • Für die potentielle Energie gilt \(E_{\rm{pot}} = m \cdot g \cdot h\).
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Spannenergie

Grundwissen

  • Die Spannenergie \(E_{\rm{Spann}}\) einer gedehnten Feder ist proportional zu ihrer Federkonstante \(D\) und proportional zum Quadrat \(s^2\) ihrer Längenänderung.
  • Für die Spannenergie einer Feder gilt \(E_{\rm{Spann}}=\frac{1}{2}\cdot D\cdot s^2\).
  • Die Einheit der Spannenergie ist das Joule: \(\left[ E_{\rm{Spann}} \right] =1\,\rm{J}\).

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  • Die Spannenergie \(E_{\rm{Spann}}\) einer gedehnten Feder ist proportional zu ihrer Federkonstante \(D\) und proportional zum Quadrat \(s^2\) ihrer Längenänderung.
  • Für die Spannenergie einer Feder gilt \(E_{\rm{Spann}}=\frac{1}{2}\cdot D\cdot s^2\).
  • Die Einheit der Spannenergie ist das Joule: \(\left[ E_{\rm{Spann}} \right] =1\,\rm{J}\).

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Kraft zwischen Magnetpolen

Grundwissen

  • Gleichartige Pole stoßen sich ab, verschiedenartige Pole ziehen sich an.
  • Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft wächst mit der "Stärke" der Magnetpole.
  • Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft sinkt mit der Vergrößerung des Abstands zwischen den Magnetpolen.

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  • Gleichartige Pole stoßen sich ab, verschiedenartige Pole ziehen sich an.
  • Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft wächst mit der "Stärke" der Magnetpole.
  • Der Betrag der (anziehenden oder abstoßenden) Kraft sinkt mit der Vergrößerung des Abstands zwischen den Magnetpolen.

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Elektromotor

Grundwissen

  • Ein Elektromotor wandelt elektrische in mechanische Energie um.
  • Meist besteht eine Elektromotor aus einem äußeren, von den Statoren verursachten Magnetfeld, in dem sich ein Elektromagnet (Rotor) dreht.
  • Die Abstoßung gleichnamiger bzw. die Anziehung ungleichnamiger Magnetpole sorgt für die Bewegung des Rotors.
  • Der Kommutator sorgt für eine Umpolung des Rotors. Nur so bewegt sich der Motor kontinuierlich.

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  • Ein Elektromotor wandelt elektrische in mechanische Energie um.
  • Meist besteht eine Elektromotor aus einem äußeren, von den Statoren verursachten Magnetfeld, in dem sich ein Elektromagnet (Rotor) dreht.
  • Die Abstoßung gleichnamiger bzw. die Anziehung ungleichnamiger Magnetpole sorgt für die Bewegung des Rotors.
  • Der Kommutator sorgt für eine Umpolung des Rotors. Nur so bewegt sich der Motor kontinuierlich.

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Volumenbestimmung

Grundwissen

  • Das Volumen regelmäßiger Festkörper kannst du berechnen.
  • Das Volumen unregelmäßiger Festkörper kannst du über ihre Verdrängung von Wasser bestimmen.
  • Flüssigkeiten füllst du zur Volumenbestimmung in einen Messzylinder.

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  • Das Volumen regelmäßiger Festkörper kannst du berechnen.
  • Das Volumen unregelmäßiger Festkörper kannst du über ihre Verdrängung von Wasser bestimmen.
  • Flüssigkeiten füllst du zur Volumenbestimmung in einen Messzylinder.

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Supraleitung und Suprafluidität

Ausblick
Ausblick

Fliehkraftregler von James WATT (Simulation)

Ausblick
Ausblick

Teilchenbahnen in Magnetfeldern

Ausblick
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Elektrische Klingel

Ausblick

  • Kern einer klassischen Klingel ist ein Elektromagnet
  • Durch clever Schaltung wird dieser abwechselnd ein- und ausgeschaltet

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Ausblick

  • Kern einer klassischen Klingel ist ein Elektromagnet
  • Durch clever Schaltung wird dieser abwechselnd ein- und ausgeschaltet

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Additive Farbmischung

Ausblick
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Regenbogen

Ausblick
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GALILEI- oder holländisches Fernrohr

Ausblick
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Botafumeiro (Simulation)

Ausblick
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