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Wurf nach unten
Grundwissen
- Als Wurf nach unten bezeichnen wir die Bewegung eines Körpers, der aus einer Anfangshöhe \(h\) mit einer Anfangsgeschwindigkeit \(\vec v_0\) "senkrecht nach unten geworfen" wird.
- Der Körper führt dann eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit aus.
- Für die Wurfzeit des Körpers gilt \(t_{\rm{W}} = \frac{v_{y,0} + \sqrt {{v_{y,0}}^2 + 2 \cdot g \cdot h} }{g}\). Beachte: \(v_{y,0}<0\).
Grundwissen
- Als Wurf nach unten bezeichnen wir die Bewegung eines Körpers, der aus einer Anfangshöhe \(h\) mit einer Anfangsgeschwindigkeit \(\vec v_0\) "senkrecht nach unten geworfen" wird.
- Der Körper führt dann eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit aus.
- Für die Wurfzeit des Körpers gilt \(t_{\rm{W}} = \frac{v_{y,0} + \sqrt {{v_{y,0}}^2 + 2 \cdot g \cdot h} }{g}\). Beachte: \(v_{y,0}<0\).
Wurf nach oben ohne Anfangshöhe
Grundwissen
- Als Wurf nach oben ohne Anfangshöhe bezeichnen wir die Bewegung eines Körpers, der vom Erdboden aus mit einer Anfangsgeschwindigkeit \(\vec v_0\) "senkrecht nach oben geworfen" wird.
- Der Körper führt dann eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit aus.
- Für die Steigzeit des Körpers gilt \(t_{\rm{S}}=\frac{v_{y,0}}{g}\), für die Wurfhöhe \({y_{\rm{S}}} = \frac{{v_{y,0}^2}}{{2 \cdot g}}\).
- Für die Wurfzeit des Körpers gilt \(t_{\rm{W}} = \frac{2 \cdot v_{y,0}}{g}\).
Grundwissen
- Als Wurf nach oben ohne Anfangshöhe bezeichnen wir die Bewegung eines Körpers, der vom Erdboden aus mit einer Anfangsgeschwindigkeit \(\vec v_0\) "senkrecht nach oben geworfen" wird.
- Der Körper führt dann eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit aus.
- Für die Steigzeit des Körpers gilt \(t_{\rm{S}}=\frac{v_{y,0}}{g}\), für die Wurfhöhe \({y_{\rm{S}}} = \frac{{v_{y,0}^2}}{{2 \cdot g}}\).
- Für die Wurfzeit des Körpers gilt \(t_{\rm{W}} = \frac{2 \cdot v_{y,0}}{g}\).
Waagerechter Wurf
Grundwissen
- Nach dem Superpositionsprinzip beeinflussen sich die Bewegungen in \(x\)- und in \(y\)-Richtung gegenseitig nicht, falls Reibungseffekte vernachlässigt werden.
- In \(x\)-Richtung bewegt sich der Körper gleichförmig mit \(x(t)=v_0 \cdot t\).
- In \(y\)-Richtung bewegt sich der Körper gleichmäßig beschleunigt wie beim freien Fall mit \(y(t)=-\frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2 + h\).
- Die Bahnkurve \(y(x)\) ist eine Parabel mit \(y(x)=-\frac{1}{2}\cdot \frac{g}{{v_0}^2}\cdot x^2+h\).
Grundwissen
- Nach dem Superpositionsprinzip beeinflussen sich die Bewegungen in \(x\)- und in \(y\)-Richtung gegenseitig nicht, falls Reibungseffekte vernachlässigt werden.
- In \(x\)-Richtung bewegt sich der Körper gleichförmig mit \(x(t)=v_0 \cdot t\).
- In \(y\)-Richtung bewegt sich der Körper gleichmäßig beschleunigt wie beim freien Fall mit \(y(t)=-\frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2 + h\).
- Die Bahnkurve \(y(x)\) ist eine Parabel mit \(y(x)=-\frac{1}{2}\cdot \frac{g}{{v_0}^2}\cdot x^2+h\).
Bahngeschwindigkeit und Winkelgeschwindigkeit
Grundwissen
- Die Bahngeschwindigkeit \(v\) ist der Quotient aus der auf der Kreisbahn zurückgelegten Streckenlänge und der dafür benötigten Zeit: \(v = \frac{\Delta s}{\Delta t}\) bzw. \(v = \frac{2 \cdot \pi \cdot r}{T}\).
- Die Winkelgeschwindigkeit \(\omega\) ist der Quotient aus der Weite des vom Bahnradius überstrichenen Winkels und der dafür benötigten Zeit: \(\omega = \frac{\Delta \varphi}{\Delta t}\) bzw. \(\omega = \frac{2 \cdot \pi}{T}\).
- Zwischen der Bahngeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit besteht der Zusammenhang \(v = \omega \cdot r\;\;\;{\rm{bzw.}}\;\;\;\omega = \frac{v}{r}\)
Grundwissen
- Die Bahngeschwindigkeit \(v\) ist der Quotient aus der auf der Kreisbahn zurückgelegten Streckenlänge und der dafür benötigten Zeit: \(v = \frac{\Delta s}{\Delta t}\) bzw. \(v = \frac{2 \cdot \pi \cdot r}{T}\).
- Die Winkelgeschwindigkeit \(\omega\) ist der Quotient aus der Weite des vom Bahnradius überstrichenen Winkels und der dafür benötigten Zeit: \(\omega = \frac{\Delta \varphi}{\Delta t}\) bzw. \(\omega = \frac{2 \cdot \pi}{T}\).
- Zwischen der Bahngeschwindigkeit und der Winkelgeschwindigkeit besteht der Zusammenhang \(v = \omega \cdot r\;\;\;{\rm{bzw.}}\;\;\;\omega = \frac{v}{r}\)
Bahngeschwindigkeit vektoriell
Grundwissen
- Der Vektor der Bahngeschwindigkeit \(\vec{v}\) steht stets senkrecht dem Radiusvektor \(\vec{r}\).
- Vektorielle Überlegungen bestätigen die skalaren Überlegungen zur Bahngeschwindigkeit \(v=r\cdot\omega\)
Grundwissen
- Der Vektor der Bahngeschwindigkeit \(\vec{v}\) steht stets senkrecht dem Radiusvektor \(\vec{r}\).
- Vektorielle Überlegungen bestätigen die skalaren Überlegungen zur Bahngeschwindigkeit \(v=r\cdot\omega\)
Zentripetalkraft
Grundwissen
- Eine gleichförmige Kreisbewegung benötigt immer eine zum Drehzentrum gerichtete Kraft; eine solche Kraft bezeichnen wir als Zentripetalkraft \(\vec F_{\rm{ZP}}\).
- Bewegt sich ein Körper der Masse \(m\) auf einer Kreisbahn mit dem Radius \(r\) mit der Bahngeschwindigkeit \(v\), dann muss auf den Körper eine Zentripetalkraft \(\vec F_{\rm{ZP}}\) mit dem Betrag \(F_{\rm{ZP}} = m \cdot {\frac{v^2}{r}}\) wirken.
- Bewegt sich ein Körper der Masse \(m\) auf einer Kreisbahn mit dem Radius \(r\) mit der Winkelgeschwindigkeit \(\omega\), dann muss auf den Körper eine Zentripetalkraft \(\vec F_{\rm{ZP}}\) mit dem Betrag \(F_{\rm{ZP}} = m \cdot \omega^2 \cdot r\) wirken.
Grundwissen
- Eine gleichförmige Kreisbewegung benötigt immer eine zum Drehzentrum gerichtete Kraft; eine solche Kraft bezeichnen wir als Zentripetalkraft \(\vec F_{\rm{ZP}}\).
- Bewegt sich ein Körper der Masse \(m\) auf einer Kreisbahn mit dem Radius \(r\) mit der Bahngeschwindigkeit \(v\), dann muss auf den Körper eine Zentripetalkraft \(\vec F_{\rm{ZP}}\) mit dem Betrag \(F_{\rm{ZP}} = m \cdot {\frac{v^2}{r}}\) wirken.
- Bewegt sich ein Körper der Masse \(m\) auf einer Kreisbahn mit dem Radius \(r\) mit der Winkelgeschwindigkeit \(\omega\), dann muss auf den Körper eine Zentripetalkraft \(\vec F_{\rm{ZP}}\) mit dem Betrag \(F_{\rm{ZP}} = m \cdot \omega^2 \cdot r\) wirken.
Zentripetalbeschleunigung vektoriell
Grundwissen
- Der Vektor \(\vec{a}_{\rm{R}}\) der Momentanbeschleunigung und der Vektor \(\vec{v}\) der Momentangeschwindigkeit stehen aufeinander senkrecht: \( \vec{a}_{\rm{R}}\bot\vec{v}\).
- Der Vektor der Momentanbeschleunigung zeigt bei der Kreisbewegung immer auf den Kreismittelpunkt.
- Für den Betrag der Momentanbeschleunigung gilt \(a_{\rm{R}}=r\cdot \omega^2=\frac{v^2}{r}\)
Grundwissen
- Der Vektor \(\vec{a}_{\rm{R}}\) der Momentanbeschleunigung und der Vektor \(\vec{v}\) der Momentangeschwindigkeit stehen aufeinander senkrecht: \( \vec{a}_{\rm{R}}\bot\vec{v}\).
- Der Vektor der Momentanbeschleunigung zeigt bei der Kreisbewegung immer auf den Kreismittelpunkt.
- Für den Betrag der Momentanbeschleunigung gilt \(a_{\rm{R}}=r\cdot \omega^2=\frac{v^2}{r}\)
Bewegungsgesetze der Harmonischen Schwingung
Grundwissen
- Zeit-Ort-Gesetz: \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) (oder \(y(t) = \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\)
- Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz: \(v(t) =\omega \cdot \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\) (oder \(v(t) = -\omega \cdot \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\))
- Zeit-Beschleunigung-Gesetz: \(a(t) = - {\omega ^2} \cdot \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) (oder \(a(t) = -{\omega ^2} \cdot \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\))
Grundwissen
- Zeit-Ort-Gesetz: \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) (oder \(y(t) = \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\)
- Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz: \(v(t) =\omega \cdot \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\) (oder \(v(t) = -\omega \cdot \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\))
- Zeit-Beschleunigung-Gesetz: \(a(t) = - {\omega ^2} \cdot \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) (oder \(a(t) = -{\omega ^2} \cdot \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\))
GEIGER-MÜLLER-Zählrohr
Grundwissen
- Ein Geiger-Müller-Zählrohr (umgangssprachlich häufig Geigerzähler genannt) ist ein robustes Nachweisgerät für ionisierende Strahlung.
- Mit Geiger-Müller-Zählrohren können \(\alpha\)- und \(\beta\)-Strahlung besonders gut nachgewiesen werden, \(\gamma\)-Strahlung wird jedoch nur zu einem kleinen Teil registriert.
- Ein Geiger-Müller-Zählrohr wird meist an einen Digitalzähler oder einen Lautsprecher angeschlossen.
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- Ein Geiger-Müller-Zählrohr (umgangssprachlich häufig Geigerzähler genannt) ist ein robustes Nachweisgerät für ionisierende Strahlung.
- Mit Geiger-Müller-Zählrohren können \(\alpha\)- und \(\beta\)-Strahlung besonders gut nachgewiesen werden, \(\gamma\)-Strahlung wird jedoch nur zu einem kleinen Teil registriert.
- Ein Geiger-Müller-Zählrohr wird meist an einen Digitalzähler oder einen Lautsprecher angeschlossen.
Erzwungene Schwingung
Grundwissen
- Bei einer erzwungenen Schwingung wird ein schwingungsfähiges System durch einen äußeren Erreger zum Schwingen angeregt.
- Wenn die Erregerfrequenz \(f\) in etwa die Eigenfrequenz \(f_0\) des schwingungsfähiges Systems ist, kann es bei geringer Dämpfung zur Resonanzkatastrophe kommen.
Grundwissen
- Bei einer erzwungenen Schwingung wird ein schwingungsfähiges System durch einen äußeren Erreger zum Schwingen angeregt.
- Wenn die Erregerfrequenz \(f\) in etwa die Eigenfrequenz \(f_0\) des schwingungsfähiges Systems ist, kann es bei geringer Dämpfung zur Resonanzkatastrophe kommen.
Wellentypen
Grundwissen
- Wir unterteilen Wellen nach der Richtung, in der sich die Teilchen im Medium bewegen, in Transversalwellen, Longitudinalwellen und Wasserwellen.
- Wir unterteilen Wellen nach der Art, wie sie sich im Raum ausbreiten, in Kreis- bzw. Kugelwellen und ebene Wellen.
Grundwissen
- Wir unterteilen Wellen nach der Richtung, in der sich die Teilchen im Medium bewegen, in Transversalwellen, Longitudinalwellen und Wasserwellen.
- Wir unterteilen Wellen nach der Art, wie sie sich im Raum ausbreiten, in Kreis- bzw. Kugelwellen und ebene Wellen.
Interferenz
Grundwissen
- Konstruktive Interferenz bedeutet eine Verstärkung, destruktive Interferenz bedeutet eine Auslöschung.
- Der Gangunterschied \(\Delta s\) zwischen den zwei Quellen und dem Empfänger bestimmt, ob konstruktive oder destruktive Interferenz auftritt.
- Winkelweite und Gangunterschied lassen sich besonders einfach berechnen, wenn der Abstand Sender-Empfänger groß ist gegenüber dem Abstand der beiden Sender.
Grundwissen
- Konstruktive Interferenz bedeutet eine Verstärkung, destruktive Interferenz bedeutet eine Auslöschung.
- Der Gangunterschied \(\Delta s\) zwischen den zwei Quellen und dem Empfänger bestimmt, ob konstruktive oder destruktive Interferenz auftritt.
- Winkelweite und Gangunterschied lassen sich besonders einfach berechnen, wenn der Abstand Sender-Empfänger groß ist gegenüber dem Abstand der beiden Sender.
Lichtbrechung - Einführung
Grundwissen
- Ein Lichtstrahl ändert an der Grenzfläche zweier Medien unterschiedlicher optischer Dichte seine Ausbreitungsrichtung. Der Strahl wird gebrochen.
- Beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium wird der Strahl zum Lot hin gebrochen \({\left(\alpha_{1}> \alpha_{2}\right)}\).
- Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium wird der Strahl vom Lot weg gebrochen \({\left(\alpha_{1}< \alpha_{2}\right)}\).
Grundwissen
- Ein Lichtstrahl ändert an der Grenzfläche zweier Medien unterschiedlicher optischer Dichte seine Ausbreitungsrichtung. Der Strahl wird gebrochen.
- Beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium wird der Strahl zum Lot hin gebrochen \({\left(\alpha_{1}> \alpha_{2}\right)}\).
- Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium wird der Strahl vom Lot weg gebrochen \({\left(\alpha_{1}< \alpha_{2}\right)}\).
Linsenformen
Grundwissen
Joachim Herz Stiftung
- Konvexlinsen, auch Sammellinsen genannt, brechen parallel einfallende Lichtstrahlen so, dass sich die Lichtstrahlen im Brennpunkt kreuzen.
- Konkavlinsen, auch Zerstreuungslinsen genannt, brechen parallel einfallende Lichtstrahlen so, dass sich die Lichtstrahlen im Raum zerstreuen.
- Die Sammel- bzw. Zerstreuungswirkung von Linsen kann mithilfe der Brechungseigenschaften von Prismen erklärt werden.
Grundwissen
Joachim Herz Stiftung
- Konvexlinsen, auch Sammellinsen genannt, brechen parallel einfallende Lichtstrahlen so, dass sich die Lichtstrahlen im Brennpunkt kreuzen.
- Konkavlinsen, auch Zerstreuungslinsen genannt, brechen parallel einfallende Lichtstrahlen so, dass sich die Lichtstrahlen im Raum zerstreuen.
- Die Sammel- bzw. Zerstreuungswirkung von Linsen kann mithilfe der Brechungseigenschaften von Prismen erklärt werden.
Begriffe bei der Linsenabbildung
Grundwissen
- Bei Konvexlinsen ist der Brennpunkt \(\rm{F_1}\) der Punkt, in dem sich parallel zur optischen Achse verlaufende Lichtstrahlen nach der Brechung durch die Linse auf der optischen Achse schneiden.
- Bei Konkavlinsen ist der Brennpunkt \(\rm{F_1}\) der Schnittpunkt der nach rückwärts verlängerten, gebrochenen Strahlen.
- Die Brennweite \(f\) ist der Abstand des Brennpunktes zu Linsenebene.
- Gegenstandsweite \(g\) und Gegenstandsgröße \(G\) beziehen sich auf den abzubildenden Gegenstand, Bildweite \(b\) und Bildgröße \(B\) beziehen sich auf das Bild des Gegenstandes.
Grundwissen
- Bei Konvexlinsen ist der Brennpunkt \(\rm{F_1}\) der Punkt, in dem sich parallel zur optischen Achse verlaufende Lichtstrahlen nach der Brechung durch die Linse auf der optischen Achse schneiden.
- Bei Konkavlinsen ist der Brennpunkt \(\rm{F_1}\) der Schnittpunkt der nach rückwärts verlängerten, gebrochenen Strahlen.
- Die Brennweite \(f\) ist der Abstand des Brennpunktes zu Linsenebene.
- Gegenstandsweite \(g\) und Gegenstandsgröße \(G\) beziehen sich auf den abzubildenden Gegenstand, Bildweite \(b\) und Bildgröße \(B\) beziehen sich auf das Bild des Gegenstandes.
Tröpfchenmodell des Atomkerns
Grundwissen
- Das Tröpfchenmodell geht von einer konstanten Materiedichte im Kern ähnlich wie bei einen Flüssigkeitstropfen aus.
- Die Ruhemasse eines Kerns kann mit \({m_{{\rm{K}}{\rm{,0}}}} = Z \cdot {m_{p,0}} + N \cdot {m_{n,0}} - \frac{B}{{{c^2}}}\) berechnet werden, wobei \(B\) die Bindungsenergie ist.
- Die Bindungsenergie setzt sich unter anderem aus der Volumenenergie, der Oberflächenenergie und der Coulomb-Energie zusammen.
Grundwissen
- Das Tröpfchenmodell geht von einer konstanten Materiedichte im Kern ähnlich wie bei einen Flüssigkeitstropfen aus.
- Die Ruhemasse eines Kerns kann mit \({m_{{\rm{K}}{\rm{,0}}}} = Z \cdot {m_{p,0}} + N \cdot {m_{n,0}} - \frac{B}{{{c^2}}}\) berechnet werden, wobei \(B\) die Bindungsenergie ist.
- Die Bindungsenergie setzt sich unter anderem aus der Volumenenergie, der Oberflächenenergie und der Coulomb-Energie zusammen.
Massendefekt und Bindungsenergie
Grundwissen
- Die Masse eines Atomkerns ist immer kleiner als die Summe der Masse der Nukleonen, aus denen er besteht. Die Differenz dieser Massen bezeichnet man als Massendefekt oder Massenverlust \(\Delta m\).
- Beim "Zusammenbau" eines Atomkerns aus einzelnen Nukleonen wird immer Energie frei. Diese freiwerdende Energie bezeichnet man als Bindungsenergie \(B\).
- Massendefekt und Bindungsenergie hängen nach EINSTEINs Masse-Energie-Beziehung durch \(B=\Delta m \cdot c^2\) zusammen.
- Als Bindungsenergie pro Nukleon bezeichnet man den Wert \(\frac{B}{A}\).
- Das Nickel-Isotop \(\rm{Ni}-62\) besitzt die größte Bindungsenergie pro Nukleon.
Grundwissen
- Die Masse eines Atomkerns ist immer kleiner als die Summe der Masse der Nukleonen, aus denen er besteht. Die Differenz dieser Massen bezeichnet man als Massendefekt oder Massenverlust \(\Delta m\).
- Beim "Zusammenbau" eines Atomkerns aus einzelnen Nukleonen wird immer Energie frei. Diese freiwerdende Energie bezeichnet man als Bindungsenergie \(B\).
- Massendefekt und Bindungsenergie hängen nach EINSTEINs Masse-Energie-Beziehung durch \(B=\Delta m \cdot c^2\) zusammen.
- Als Bindungsenergie pro Nukleon bezeichnet man den Wert \(\frac{B}{A}\).
- Das Nickel-Isotop \(\rm{Ni}-62\) besitzt die größte Bindungsenergie pro Nukleon.
Radiowellen
Grundwissen
- Größenordnung der Wellenlänge: größer als \(1\,{\rm m}\)
- Größenordnung der Frequenz: kleiner als \(300\,{\rm MHz}\)
- Anwendungen: Mobilfunk, TV, Radio
Grundwissen
- Größenordnung der Wellenlänge: größer als \(1\,{\rm m}\)
- Größenordnung der Frequenz: kleiner als \(300\,{\rm MHz}\)
- Anwendungen: Mobilfunk, TV, Radio
Licht als Welle
Grundwissen
- Im Wellenmodell wird Licht als Welle angesehen - ähnlich wie Wasser- oder Schallwellen.
- Jeder Ort einer Wellenfront ist dabei Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle mit gleicher Geschwindigkeit und Frequenz.
- Beugung und Interferenz am Doppelspalt können im Wellenmodell erklärt werden.
Grundwissen
- Im Wellenmodell wird Licht als Welle angesehen - ähnlich wie Wasser- oder Schallwellen.
- Jeder Ort einer Wellenfront ist dabei Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle mit gleicher Geschwindigkeit und Frequenz.
- Beugung und Interferenz am Doppelspalt können im Wellenmodell erklärt werden.
Zwei-Quellen-Interferenz
Grundwissen
- Gibt es nur zwei Quellen bzw. Sender, so spricht man von Zwei-Quellen-Interferenz.
- Winkelweite und Gangunterschied lassen sich besonders einfach berechnen, wenn der Abstand Sender-Empfänger groß ist gegenüber dem Abstand der beiden Sender.
- Aus dem Beugungsbild von Licht am Doppelspalt, kann man die Wellenlänge des Lichtes bestimmen.
Grundwissen
- Gibt es nur zwei Quellen bzw. Sender, so spricht man von Zwei-Quellen-Interferenz.
- Winkelweite und Gangunterschied lassen sich besonders einfach berechnen, wenn der Abstand Sender-Empfänger groß ist gegenüber dem Abstand der beiden Sender.
- Aus dem Beugungsbild von Licht am Doppelspalt, kann man die Wellenlänge des Lichtes bestimmen.
Vielfachspalt und Gitter
Grundwissen
- Durch Verwendung mehrerer Spalte werden die Interferenzmaxima intensiver und schärfer.
- Aus dem Abstand zwischen den Hauptmaxima kann bei bekanntem Spaltabstand sehr präzise die Wellenlänge des Lichtes berechnet werden.
Grundwissen
- Durch Verwendung mehrerer Spalte werden die Interferenzmaxima intensiver und schärfer.
- Aus dem Abstand zwischen den Hauptmaxima kann bei bekanntem Spaltabstand sehr präzise die Wellenlänge des Lichtes berechnet werden.
Einzelspalt
Grundwissen
- Auch am Einzelspalt treten Interferenzerscheinungen auf.
- Die Lage der Maxima und Minima wird von der Spaltbreite \(B\) und der Wellenlänge \(\lambda\) beeinflusst.
- Die Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz unterscheiden sich von denen beim Doppelspalt bzw. Gitter.
Grundwissen
- Auch am Einzelspalt treten Interferenzerscheinungen auf.
- Die Lage der Maxima und Minima wird von der Spaltbreite \(B\) und der Wellenlänge \(\lambda\) beeinflusst.
- Die Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz unterscheiden sich von denen beim Doppelspalt bzw. Gitter.
Harmonische Schwingungen
Grundwissen
- Ob eine Schwingung harmonisch ist wird durch eine der beiden folgenden Bedingungen festgelegt.
A: Die Bewegung des schwingenden Körpers stimmt mit der Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung überein und kann deshalb durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion, z.B. \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) oder \(y(t) = \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\) beschrieben werden.
B: Die rücktreibende Kraft auf den schwingenden Körper ist entgegengesetzt gerichtet und betraglich proportional zur Auslenkung des Körpers aus der Ruhelage, kurz \({{ F}_{{\rm{rück}}}} = - k \cdot y\). Wir sprechen dabei vom sogenannten linearen Kraftgesetz. - Erfüllt eine Schwingung eine dieser beiden Bedingungen, so erfüllt sie immer auch die andere.
Grundwissen
- Ob eine Schwingung harmonisch ist wird durch eine der beiden folgenden Bedingungen festgelegt.
A: Die Bewegung des schwingenden Körpers stimmt mit der Projektion einer gleichförmigen Kreisbewegung überein und kann deshalb durch eine Sinus- oder Kosinusfunktion, z.B. \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t} \right)\) oder \(y(t) = \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\) beschrieben werden.
B: Die rücktreibende Kraft auf den schwingenden Körper ist entgegengesetzt gerichtet und betraglich proportional zur Auslenkung des Körpers aus der Ruhelage, kurz \({{ F}_{{\rm{rück}}}} = - k \cdot y\). Wir sprechen dabei vom sogenannten linearen Kraftgesetz. - Erfüllt eine Schwingung eine dieser beiden Bedingungen, so erfüllt sie immer auch die andere.
Festlegung der Dichte
Grundwissen
- Die Masse \({m}\) eines Materials und das Volumen \({V}\) des Materials sind proportional zueinander.
- Die Dichte \({\rho}\) ist der Quotient aus Masse und Volumen: \({\rho=\frac{m}{V} }\)
- Die Einheit der Dichte ist \({\left[ \rho \right] = 1\,\rm{\frac{{kg}}{{{m^3}}}}}\)
Grundwissen
- Die Masse \({m}\) eines Materials und das Volumen \({V}\) des Materials sind proportional zueinander.
- Die Dichte \({\rho}\) ist der Quotient aus Masse und Volumen: \({\rho=\frac{m}{V} }\)
- Die Einheit der Dichte ist \({\left[ \rho \right] = 1\,\rm{\frac{{kg}}{{{m^3}}}}}\)
Einheiten der Dichte umrechnen
Grundwissen
- Ein physikalische Größe wie \(800\,\rm{\frac{kg}{m^3}}\) kannst du als Produkt eines Zahlenwert und einer Einheit verstehen
- Du kannst ein physikalische Größe in verschiedenen Einheiten angegeben
- Du kannst die Einheit einer physikalischen Größe in eine andere umrechnen, z.B. \(\rm{\frac{kg}{m^3}}\) in \(\rm{\frac{g}{m^3}}\)
Grundwissen
- Ein physikalische Größe wie \(800\,\rm{\frac{kg}{m^3}}\) kannst du als Produkt eines Zahlenwert und einer Einheit verstehen
- Du kannst ein physikalische Größe in verschiedenen Einheiten angegeben
- Du kannst die Einheit einer physikalischen Größe in eine andere umrechnen, z.B. \(\rm{\frac{kg}{m^3}}\) in \(\rm{\frac{g}{m^3}}\)
Trigonometrische Funktionen (Sinus- und Cosinus)
Grundwissen
- Harmonische Schwingungen können mit der allgemeinen Sinusfunktion \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t + \varphi_0 } \right)\) oder der allgemeinen Cosinusfunktion \(y(t) = \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t + \varphi_0 } \right)\) beschrieben werden.
- Dabei ist \( \hat y\) die Amplitude und \(\omega\) die Kreisfrequenz der Schwingung.
- \(\varphi_0\) gibt die Phasenverschiebung an, die im schulischen Kontext oft Null ist.
Grundwissen
- Harmonische Schwingungen können mit der allgemeinen Sinusfunktion \(y(t) = \hat y \cdot \sin \left( {\omega \cdot t + \varphi_0 } \right)\) oder der allgemeinen Cosinusfunktion \(y(t) = \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t + \varphi_0 } \right)\) beschrieben werden.
- Dabei ist \( \hat y\) die Amplitude und \(\omega\) die Kreisfrequenz der Schwingung.
- \(\varphi_0\) gibt die Phasenverschiebung an, die im schulischen Kontext oft Null ist.
Reflexion
Grundwissen
- Bei der Reflexion einer Welle muss man unterscheiden, ob die Welle an einem festen oder an einem losen Ende des Wellenträgers reflektiert wird.
- Bei der Reflexion einer Welle am festen Ende des Wellenträgers tritt ein Phasensprung auf - aus einem Wellenberg wird ein Wellental und aus einem Wellental ein Wellenberg.
- Bei der Reflexion einer Welle am losen Ende des Wellenträgers tritt kein Phasensprung auf - ein Wellenberg bleibt ein Wellenberg und ein Wellental ein Wellental.
Grundwissen
- Bei der Reflexion einer Welle muss man unterscheiden, ob die Welle an einem festen oder an einem losen Ende des Wellenträgers reflektiert wird.
- Bei der Reflexion einer Welle am festen Ende des Wellenträgers tritt ein Phasensprung auf - aus einem Wellenberg wird ein Wellental und aus einem Wellental ein Wellenberg.
- Bei der Reflexion einer Welle am losen Ende des Wellenträgers tritt kein Phasensprung auf - ein Wellenberg bleibt ein Wellenberg und ein Wellental ein Wellental.
Vorübungen zur Kräftezerlegung
Grundwissen
- Damit du ein Kräfteparallelogramm eindeutig zeichnen kannst, benötigst du z.B. die Länge der Diagrammdiagonalen und die Richtungen der beiden Seiten.
- Die Richtungen der beiden Seiten müssen dabei aus dem physikalischen Problem, z.B. der schiefen Ebene, gewonnen werden.
Grundwissen
- Damit du ein Kräfteparallelogramm eindeutig zeichnen kannst, benötigst du z.B. die Länge der Diagrammdiagonalen und die Richtungen der beiden Seiten.
- Die Richtungen der beiden Seiten müssen dabei aus dem physikalischen Problem, z.B. der schiefen Ebene, gewonnen werden.
Druck
Grundwissen
- Der Druck \(p\) ist definiert als Quotient von senkrecht auf eine Fläche wirkende Kraft \(F\) und Flächeninhalt \(A\) dieser Fläche.
- Die Einheit des Drucks ist Pascal mit dem Einheitenzeichen \(\rm{Pa}\).
- Häufig wird der Druck aber auch in der Einheit \(\rm{bar}\) angegeben.
Grundwissen
- Der Druck \(p\) ist definiert als Quotient von senkrecht auf eine Fläche wirkende Kraft \(F\) und Flächeninhalt \(A\) dieser Fläche.
- Die Einheit des Drucks ist Pascal mit dem Einheitenzeichen \(\rm{Pa}\).
- Häufig wird der Druck aber auch in der Einheit \(\rm{bar}\) angegeben.
Einheitenumrechnung beim Druck
Grundwissen
- Physikalische Größen sind das Produkt aus einer Maßzahl und einer Maßeinheit.
- Die SI-Einheit des Drucks ist \(\left[ p \right] = 1\,\rm{Pa}\).
- Häufig werden Drücke in der Einheit \(\rm{bar}\) angegeben. Dabei gilt: \(1\,\rm{bar}=100000\,\rm{Pa}=10^5\,\rm{Pa}\).
Grundwissen
- Physikalische Größen sind das Produkt aus einer Maßzahl und einer Maßeinheit.
- Die SI-Einheit des Drucks ist \(\left[ p \right] = 1\,\rm{Pa}\).
- Häufig werden Drücke in der Einheit \(\rm{bar}\) angegeben. Dabei gilt: \(1\,\rm{bar}=100000\,\rm{Pa}=10^5\,\rm{Pa}\).