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Physik

Einheiten, Konstanten, Zeichen

Basiseinheiten (SI)

Basiseinheit

Zeichen

Grundgröße

Meter

m

Länge

Kilogramm

kg

Masse

Sekunde

s

Zeit

Ampere

A

elektrische Stromstärke

Kelvin

K

Temperatur

Mol

mol

Stoffmenge

Candela

cd

Lichtstärke

Naturkonstanten

Lichtgeschwindigkeit im Vakuum

c

2,997 924 58 · 108 m/s

Gravitationskonstante

G

6,673 · 10−11 m3/(kg · s2)

Elementarladung

e

1,602 176 46 · 10−19 C

elektrische Feldkonstante

ε0

8,854 187 · 10−12 C/(V · m)

magnetische Feldkonstante

μ0

1,256 637 · 10−6 V · s/(A · m)

absoluter Nullpunkt

−273,15 °C = 0 K

Ruhemasse des Protons

mp

1,672 621 6 · 10−27 kg

Ruhemasse des Neutrons

mn

1,674 927 2 · 10−27 kg

Ruhemasse des Elektrons

mc

9,109 381 9 · 10−31 kg

Inhaltsverzeichnis

1.

Mechanik

Größen in der Mechanik · Eigenschaften von Körpern · Masse, Volumen und Dichte · Mechanische Bewegung · Kraft und ihre Wirkungen

TOPTHEMA Newtonsche Gesetze

TOPTHEMA Hebel, Ebenen und Rollen

Mechanik der Flüssigkeiten und Gase · Mechanische Arbeit · Mechanische Leistung · Mechanische Energie · Mechanische Schwingungen · Mechanische Wellen · Schall

2.

Wärmelehre

Temperatur von Körpern · Energie und Wärme · Thermische Leistung, Wirkungsgrad · Volumen- und Temperaturänderung

TOPTHEMA Zustandsänderungen

Wärmeübertragung · Hauptsätze der Wärmelehre und Wärmekraftmaschinen

3.

Optik

Lichtquellen · Lichtausbreitung · Lichtgeschwindigkeit · Reflexion des Lichts · Brechung des Lichts · Spiegel · Optische Linsen · Optische Geräte

TOPTHEMA Auge und Sehhilfen

Welleneigenschaften des Lichts

4.

Elektrizitätslehre

Elektrische Ladung · Gleichstromkreis · Messgrößen im Stromkreis · Elektrische Energie, Arbeit und Leistung

TOPTHEMA Gesetze im Gleichstromkreis

Elektrische und magnetische Felder · Elektromagnetische Induktion · Wechselstromkreis · Bauelemente im Wechselstromkreis · Elektromagnetische Schwingungen · Elektromagnetische Wellen · Elektrische Leitungsvorgänge

TOPTHEMA Halbleiterbauelemente

5.

Kernphysik

Aufbau der Atome · Kernumwandlungen · Kernkraftwerk

TOPTHEMA Radioaktive Strahlung

6.

Energie

Energie in Natur und Technik

TOPTHEMA Energieformen

Testfragen

Stichwortfinder

1

Mechanik

Größen in der Mechanik

Eine physikalische Größe beschreibt eine messbare Eigenschaft eines Objekts. Die Ausprägung dieser Eigenschaft bezeichnet man als Wert der Größe. Die Ermittlung des Werts erfolgt mittels Messgerät.

Die Masse m gibt an, wie schwer (oder wie leicht) und wie träge ein Körper ist.

Die Geschwindigkeit υ gibt an, wie schnell (oder wie langsam) sich ein Körper bewegt.

Für jede Größe ist ein Formelzeichen festgelegt. Der Wert einer Größe ist das Produkt aus einem Zahlenwert und der Einheit dieser Größe.

Die meisten physikalischen Größen sind abgeleitete Größen. Sie lassen sich auf Grundgrößen zurückführen.
Die Grund- und Basiseinheiten (↑ Innenklappe) sind im Internationalen Einheitensystem (SI) festgelegt.

Grundgrößen der Mechanik:
Weg, Länge: s, l
Masse: m
Zeit: t
Die Geschwindigkeit υ ist eine abgeleitete Größe (↑S. 7).

Eigenschaften von Körpern

Gegenstände bezeichnet man in der Physik als Körper. Körper haben Eigenschaften wie Form, Volumen, Gewicht, Temperatur.

Feste Körper haben eine bestimmte Form und gleich bleibendes Volumen.

Holz · Eisen
Feste Körper lassen sich nicht zusammendrücken.

Flüssigkeiten haben ein gleich bleibendes Volumen, passen ihre Form jedoch dem Gefäß an.

Wasser · Öl
Flüssigkeiten lassen sich nicht zusammendrücken.

Gase haben weder eine bestimmte Form noch ein bestimmtes Volumen. Sie sind bestrebt, den Raum, der ihnen zur Verfügung steht, gleichmäßig auszufüllen.

Luft · CO2
Gase lassen sich zusammendrücken.

Stoffe können fest oder flüssig oder gasförmig sein, je nachdem, welche Kräfte zwischen den Teilchen wirken. Sie haben verschiedene Aggregatzustände (↑S. 36).

Wasser kann zu Eis erstarren oder zu Wasserdampf verdampfen.
Anziehungskräfte:
fest: stark
flüssig: mittlere
gasförmig: gering

Masse, Volumen und Dichte

Masse

Jeder Körper hat eine Masse. Sie drückt aus, wie stark der Körper einer Änderung seiner Bewegung durch eine Kraft widersteht. Um die Masse eines Körpers zu bestimmen, benutzt man als Messgerät eine Waage.

Die Masse gibt an, wie schwer und wie träge ein Körper ist.
1 l Wasser hat die Masse von 1 kg.
Formelzeichen: m
Einheit: 1 kg
Vielfache/Teile der Einheit:
1 g = 1000 mg
1 t = 1000 kg

Volumen

Das Volumen gibt an, wie viel Raum ein Körper einnimmt.

Formelzeichen: V
Einheit: m3
Vielfache/Teile der Einheit: 1 l = 0,001 m3
1 cm3 = 0,001 l = 10−6 m3

Dichte

Die Dichte kennzeichnet die Eigenschaft eines Stoffes. Sie ist eine von der Masse und dem Volumen eines Körpers abgeleitete Größe. Sie wird durch Messung von Masse und Volumen eines Körpers und Division beider Größen bestimmt.

Die Dichte gibt an, wie groß die Masse von 1 cm3 eines Stoffes ist.
Die Dichte von Wasser beträgt 1g/cm3.

Formelzeichen: ρ

Mechanische Bewegung

Bewegung

Dies ist die Veränderung des Ortes oder der Lage eines Körpers gegenüber einem anderen Körper. Ändert ein Körper seinen Ort oder seine Lage nicht, so ist er in Ruhe. Ruhe und Bewegung sind relativ.

Meist wird als Bezugskörper (Bezugssystem) die Erde gewählt.
Eine Person in einem fahrenden Zug ist gegenüber dem einen Bezugskörper (Zug) in Ruhe und gleichzeitig gegenüber anderen Bezugskörpern (z. B. Häuser an der Strecke) in Bewegung.

Zur Beschreibung der Bewegung eines Körpers nutzt man häufig das Modell Massepunkt. Im Massepunkt ist die gesamte Masse eines Körpers vereinigt, von Form und Volumen wird abgesehen.

Beschreibung der Bewegung eines fahrenden Autos:

Geschwindigkeit

Geschwindigkeit ist eine vektorielle Größe. Sie hat in jedem Punkt der Bewegung einen Betrag und eine Richtung. Um die Geschwindigkeit zu bestimmen, benutzt man u.a. einen Tachometer.

Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Körper bewegt.

Formelzeichen: υ

Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit v wird aus zurückgelegtem Weg s (∆s) und benötigter Zeit t (∆t) bestimmt. Man erhält die Durchschnittsgeschwindigkeit.

Ein Radsportler legt 204 km in 4 h 30 min zurück.

Beschleunigung

Beschleunigung ist eine vektorielle Größe. Sie hat einen Betrag und eine Richtung.
Eine der Bewegungsrichtung entgegengesetzt gerichtete (negative) Beschleunigung bezeichnet man als Verzögerung.
anfahrendes Auto: positive Beschleunigung
bremsendes Auto: negative Beschleunigung.

Die Beschleunigung gibt an, wie schnell sich die Geschwindigkeit eines Körpers ändert.

Formelzeichen: a

D.h., die Geschwindigkeit ändert sich in 1 s um

Die Beschleunigung a wird aus der Änderung der Geschwindigkeit v (v) und der dafür benötigten Zeit t (t) bestimmt. Man erhält die Durchschnittsbeschleunigung.

Ein Auto beschleunigt von 0 auf 100 in 12 s.

Gleichförmige Bewegung

Eine gleichförmig geradlinige Bewegung liegt vor, wenn sich der Betrag und die Richtung der Geschwindigkeit eines Körpers nicht ändern. Die Beschleunigung in Bahnrichtung ist null.

Eisenbahn mit konstanter Geschwindigkeit

Weg-Zeit-Gesetz:
In gleichen Zeiten werden gleiche Wege zurückgelegt.

Weg-Zeit-Diagramm:
Je größer die Geschwindigkeit, desto steiler der Anstieg der Geraden.

Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm:
Je größer die Geschwindigkeit, desto höher liegt die Gerade.

Bewegt sich ein Körper gleichförmig auf einer Kreisbahn, liegt eine besondere Form, die gleichförmige Kreisbewegung, vor (↑ S. 16).

r: Radius der Kreisbahn
T: Zeit für einen Umlauf

n: Drehzahl

Ungleichförmige Bewegung

Eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung eines Körpers liegt vor, wenn sich seine Geschwindigkeit in gleichen Zeitabschnitten in gleichem Maße verändert.
Weg-Zeit-Gesetz