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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 \(a(t) = -{\omega ^2} \cdot \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\))
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- 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 \(a(t) = -{\omega ^2} \cdot \hat y \cdot \cos \left( {\omega \cdot t} \right)\))
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.
Radiowellen
Grundwissen
- Größenordnung der Wellenlänge: größer als \(1\,{\rm m}\)
- Größenordnung der Frequenz: kleiner als \(300\,{\rm MHz}\)
- Anwendungen: Mobilfunk, TV, Radio
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- 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.
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- 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.
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- 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 \({\left[ \rho \right] = 1\,\rm{\frac{{kg}}{{{m^3}}}}}\)
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- 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 \(\rm{\frac{g}{m^3}}\)
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- 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.
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- 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.
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- 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.
Volumenänderung von Stoffen
Grundwissen
- Die meisten Körper vergrößern bei Erwärmung ihr Volumen.
- Die Volumenänderung ist bei Gasen größer als bei Flüssigkeiten und bei Flüssigkeiten größer als bei Festkörpern.
- Wasser und Gummi verhalten sich in bestimmten Temperaturbereichen anders.
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- Die meisten Körper vergrößern bei Erwärmung ihr Volumen.
- Die Volumenänderung ist bei Gasen größer als bei Flüssigkeiten und bei Flüssigkeiten größer als bei Festkörpern.
- Wasser und Gummi verhalten sich in bestimmten Temperaturbereichen anders.
CELSIUS-Skala
Grundwissen
- Zur objektiven Bestimmung der Temperatur wird häufig eine Skala mit der Einteilung Grad Celsius (\(^\circ\rm{C}\)) genutzt.
- Der Schmelzpunkt des Eises wird als \(0\,^\circ\rm{C}\) festgelegt, der Siedepunkt des Wassers als \(100\,^\circ\rm{C}\).
- Der hundertste Teil dieses Abstandes ist die Temperaturdifferenz \(1\,^\circ\rm{C}\).
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- Zur objektiven Bestimmung der Temperatur wird häufig eine Skala mit der Einteilung Grad Celsius (\(^\circ\rm{C}\)) genutzt.
- Der Schmelzpunkt des Eises wird als \(0\,^\circ\rm{C}\) festgelegt, der Siedepunkt des Wassers als \(100\,^\circ\rm{C}\).
- Der hundertste Teil dieses Abstandes ist die Temperaturdifferenz \(1\,^\circ\rm{C}\).
BROWNsche Bewegung und Innere Energie
Grundwissen
- Die Atome eines Körpers sind auch ohne Krafteinwirkung von außen immer in Bewegung.
- Einen Festkörper kannst du dir als Feder-Kugel-Modell vorstellen.
- Die Summe aller kinetischen und potentiellen Energien der Atome eines Körpers wird als innere Energie bezeichnet.
Grundwissen
- Die Atome eines Körpers sind auch ohne Krafteinwirkung von außen immer in Bewegung.
- Einen Festkörper kannst du dir als Feder-Kugel-Modell vorstellen.
- Die Summe aller kinetischen und potentiellen Energien der Atome eines Körpers wird als innere Energie bezeichnet.
Temperaturumrechnung
Grundwissen
- Für die Umrechnung von Kelvin in Grad Celsius subtrahierst du 273,15 und passt die Einheit an.
- Für die Umrechnung von Grad Celsius in Kelvin addierst du 273,15 und passt die Einheit an.
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- Für die Umrechnung von Kelvin in Grad Celsius subtrahierst du 273,15 und passt die Einheit an.
- Für die Umrechnung von Grad Celsius in Kelvin addierst du 273,15 und passt die Einheit an.
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.
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- 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: \(1\,\rm{bar}=100000\,\rm{Pa}=10^5\,\rm{Pa}\).
Hydraulische Systeme
Grundwissen
- Hydraulische Systeme sind Kraftwandler und übertragen Kräfte mit Hilfe von Flüssigkeiten.
- Die Verstärkung einer Kraft \(F\) wird bestimmt durch das Verhältnis der Flächen von Druckkolben zu Hubkolben \(\frac{A_2}{A_1}\).
- Der Druck \(p\) in hydraulischen Systemen ist mit bis zu \(200\,\rm{bar}\) sehr groß.
Grundwissen
- Hydraulische Systeme sind Kraftwandler und übertragen Kräfte mit Hilfe von Flüssigkeiten.
- Die Verstärkung einer Kraft \(F\) wird bestimmt durch das Verhältnis der Flächen von Druckkolben zu Hubkolben \(\frac{A_2}{A_1}\).
- Der Druck \(p\) in hydraulischen Systemen ist mit bis zu \(200\,\rm{bar}\) sehr groß.
Arbeit als Energieübertrag
Grundwissen
- Wird einem System (von außen) Energie zugeführt, so sagen wir in der Physik "An dem System wird Arbeit verrichtet". Den Betrag \(\Delta E\), um den sich die Energie des Systems dabei vergrößert, bezeichen wir in der Physik als "die Arbeit \(W\), die an dem System verrichtet wird".
- Gibt ein System (nach außen) Energie ab, so sagen wir in der Physik "Das System verrichtet Arbeit". Den Betrag \(\Delta E\), um den sich die Energie des Systems dabei verkleinert, bezeichen wir in der Physik als "die Arbeit \(W\), die das System verrichtet". Bei konkreten Rechnungen setzen wir in diesem Fall die Arbeit \(W\) und die Energieänderung \(\Delta E\) negativ.
- Allgemein gilt in der Mechanik für die Arbeit \(W=\Delta E=E_{\rm{nachher}}-E_{\rm{vorher}}\). Damit gilt: Wird an einem System gearbeitet, dann ist die Arbeit \(W\) und die Energieänderung \(\Delta E\) positiv. Verrichtet ein System dagegen Arbeit, dann dann ist die Arbeit \(W\) und die Energieänderung \(\Delta E\) negativ.
- Wichtige Typen der Arbeit sind: Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Spannarbeit und Reibungsarbeit.
Grundwissen
- Wird einem System (von außen) Energie zugeführt, so sagen wir in der Physik "An dem System wird Arbeit verrichtet". Den Betrag \(\Delta E\), um den sich die Energie des Systems dabei vergrößert, bezeichen wir in der Physik als "die Arbeit \(W\), die an dem System verrichtet wird".
- Gibt ein System (nach außen) Energie ab, so sagen wir in der Physik "Das System verrichtet Arbeit". Den Betrag \(\Delta E\), um den sich die Energie des Systems dabei verkleinert, bezeichen wir in der Physik als "die Arbeit \(W\), die das System verrichtet". Bei konkreten Rechnungen setzen wir in diesem Fall die Arbeit \(W\) und die Energieänderung \(\Delta E\) negativ.
- Allgemein gilt in der Mechanik für die Arbeit \(W=\Delta E=E_{\rm{nachher}}-E_{\rm{vorher}}\). Damit gilt: Wird an einem System gearbeitet, dann ist die Arbeit \(W\) und die Energieänderung \(\Delta E\) positiv. Verrichtet ein System dagegen Arbeit, dann dann ist die Arbeit \(W\) und die Energieänderung \(\Delta E\) negativ.
- Wichtige Typen der Arbeit sind: Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Spannarbeit und Reibungsarbeit.
Energieeinheiten
Grundwissen
- Sowohl Joule, als auch Kilowattstunden und Kilocalorien sind Einheiten für die Energie.
- Es ist \(1\,\rm{kWh} = 3{,}6\cdot 10^6\,\rm{J}\) und \(1\,\rm{kcal} = 4{,}186\cdot 10^3\,\rm{J}\).
- Pferdestärken sind eine Einheit für die Leistung und es gilt \(1\,\rm{PS} = 0{,}735\,\rm{kW}\).
Grundwissen
- Sowohl Joule, als auch Kilowattstunden und Kilocalorien sind Einheiten für die Energie.
- Es ist \(1\,\rm{kWh} = 3{,}6\cdot 10^6\,\rm{J}\) und \(1\,\rm{kcal} = 4{,}186\cdot 10^3\,\rm{J}\).
- Pferdestärken sind eine Einheit für die Leistung und es gilt \(1\,\rm{PS} = 0{,}735\,\rm{kW}\).
Federpendel angeregt
Grundwissen
- Beim angeregten Federpendel muss die äußere Kraft \(F_{\rm{A}}\) im Kraftansatz berücksichtigt werden.
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- Beim angeregten Federpendel muss die äußere Kraft \(F_{\rm{A}}\) im Kraftansatz berücksichtigt werden.
Gesetz von BOYLE und MARIOTTE
Grundwissen
- Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einer konstanten Temperatur \(T\) gehalten, während sich der Druck oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isothermen Zustandsänderung der Gasmenge.
- Bei derartigen isothermen Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) der Gasmenge umgekehrt proportional zum Druck \(p\)\[V \sim \frac{1}{p}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p \cdot V\;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p_1 \cdot V_1 = p_2 \cdot V_2\]
Grundwissen
- Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einer konstanten Temperatur \(T\) gehalten, während sich der Druck oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isothermen Zustandsänderung der Gasmenge.
- Bei derartigen isothermen Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) der Gasmenge umgekehrt proportional zum Druck \(p\)\[V \sim \frac{1}{p}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p \cdot V\;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;p_1 \cdot V_1 = p_2 \cdot V_2\]
Gesetz von GAY-LUSSAC
Grundwissen
- Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einem konstanten Druck \(p\) gehalten, während sich die Temperatur oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isobaren Zustandsänderung der Gasmenge.
- Bei derartigen isobaren Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) proportional zur Temperatur \(T\)\[V \sim T\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V}{T} \;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}\]
Grundwissen
- Wird eine feste Menge (konstante Teilchenzahl \(N\)) eines Idealen Gases auf einem konstanten Druck \(p\) gehalten, während sich die Temperatur oder das Volumen der Gasmenge ändern, so spricht man von einer isobaren Zustandsänderung der Gasmenge.
- Bei derartigen isobaren Zuständänderungen ist das Volumen \(V\) proportional zur Temperatur \(T\)\[V \sim T\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V}{T} \;\rm{ist\;konstant}\;\;\;\rm{bzw.}\;\;\;\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}\]