Physik
Physik: Mechanik - Akustik - Schwerkraft - Atomphysik
Physik: Mechanik - Akustik - Schwerkraft - Atomphysik
Was Physik?
Mit was beschäftigt sich Physik?
Physik ist eine Naturwissenschaft, und beschäftigt sich mit den Erscheinungen der lebendigen und unbelebten Natur, sowie mit dessen Anwendungen in der Technik.
Physik beschreibt die Zustände und Änderungen der unbelebten Materie sowie die Bewegungen und Wechselwirkung ihrer Körper, ohne dabei auf die stoffliche Änderung dieser Materie einzugehen.
Teilgebiete
Die Teilgebiete können wir unmittelbar mit unseren Sinnen erfahren,
oder mittelbar durch Versuche und Messungen anhand von Ergebnissen erfahren.
Teilgebiete:
Akustik - Unmittelbar - Lehre vom Schall - Stimmgabel/Echo
Mechanik - Unmittelbar - Lehre von den Kräften und Bewegungen von Körpern - Flaschenzug/fallende Körper
Optik - Unmittelbar - Lehre vom Licht - Brille/Regenbogen
Wärmelehre(Kalorik) - Unmittelbar - Lehre von Wärme - Thermometer/Anomalie des Wassers
Atomphysik - Mittelbar - Lehre vom Atombau - Kernkraft/Generator
Elektrizitätslehre - Mittelbar - Lehre von Strom und Spannung - Gewitter/Generator
Magnetismus - Mittelbar - Lehre von magnetischen Wechselwirkungen von Körpern - Magnete/Magnetfeld der Erde
Arbeitsweisen
Mit der Physik werden Fragen an physikalische Vorgänge gestellt und mit Hilfe bestimmter Arbeitsweisen beantwortet.
Mit Hilfe von Experimenten versucht man bestimmte Naturerscheinungen nachzustellen, und durch gezielte Messungen, physikalische Größen zahlenmäßig zu erfassen. Diese Daten werden dann in allgemeingültige Gleichungen gebracht die zur Berechnung der jeweiligen physikalischen Größen entstehen.
Körper und Stoffe
Unter einen Körper versteht man in der Phsyik ein abgegrenzte Menge eines Stoffes.
An der gleichen Stelle des Raumes können sich niemals zwei Körper gleichzeitig befinden
3 Aggregatzustände:
Fest - Eisen, Holz, Glas, u.a.
Flüssig - Alkohol, Wasser, Benzin, u.a.
Gasförmig - Gase: Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, u.a.
Feste Körper: haben eine bestimmte Form und ein bestimmtes Volumen,
Flüssige Körper: haben keine bestimmte Form, sondern passen sich der Form an
Gasförmige Körper: haben keine bestimmte Gestalt; sie haben die Eigenschaft sich gleichmäßig im verfügbaren Raum zu verteilen.
Definition der Geschwindigkeit
Der Quotient aus Weg und Zeit wird als Geschwindigkeit bezeichnet.
v=s/t
t=s/v
s=v*t
Kräfte
Kräfte erkennt man an Wirkungen. Kräfte können den Bewegungszustand(Beschleunigung, Verzögerung oder Richtungsänderung) von Körpern ändern oder sie verformen.
Gewichtskräfte
Die Kraft die von der Erde auf das Gewicht des Körpers ausgeübt wird nennt man Erdanziehungskraft oder Gewichtskraft.
Sie haben das Formelzeichen Fg.
Die Gewichtskraft die auf einen Körper wirkt hängt vom Ort ab.
Vektoren und Skalaren
Vektoren sind physikalische Größen, die zur Bestimmung neben dem Zahlenwert und Einheit, auch noch die Angabe der Richtung im Raume erforden
Skalaren sind physikalische Größen die zur Bestimmung nur den Zahlenwert und die dazugehörige Einheit erforden.
Berechnung der Gewichtskraft
Der Betrag von Fg der Gewichtskraft eines Körpers an einen bestimmten Ort wird erhalten, wenn die vom Körper abhängige Masse mit dem vom Ort abhängigen Ortsfakor g multiplizieren.
Auf der Erde ist g = 9,81N/kg (=10N/kg)
Fg = m * g
Dichte und Wichte
Die Dichte p ergibt sich, wenn man die Masse m einer beliebigen Stoffmenge durch das Volumen V dividiert.
Dichte - p (gelesen Rho, griechischer Formelbuchstabe)
p = m/V
1. m = p*V
2. V = m/p
Einheiten: 1g/cm3 = 1kg/dm3, 1kg = 1000g -- 1dm3 = 1000cm3
Die Wichte , ist nicht an jeden Ort gleich, den die Gewichtskraft Fg ist ortsabhängig. Daher streng zu unterscheiden zwischen Dichte p und Wichte y
Wichte - y (gelesen Gamma)
y = Fg / V
1. Fg = y*V
2. V = Fg/y
Die Dichte eines Stoffes hat überall den gleichen Wert. Die Wichte kann sich von Ort zu Ort verändern. Die Dichte bzw. Dichte eines Stoffes sind zahlenmäßig gleich der Masse bzw. dem Gewicht von 1cm3 des Stoffes.
Statische Kraftmessung mit dem hookesche Gesetz
Der Quotient aus F und s ist konstant: F/s = konstant; Konstante wird D abgekürzt und als Federkonstante bezeichnet.
D = F/s
1. F = D*s
2. s = F/D
Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften
Kräftegleichgewicht: Zwei Körper befinden sich im Gleichgewicht wenn sie gleich groß längs einer Geraden entgegengesetzt gerichtet sind.
Betragsschreibweisen: F1 = F2
Vektor schreibweise: F1 = -F2 (Pfeile über F1/F2 gleiche Richtung)
Kräfte die in gleicher Richtung wirken, werden zu einer Gesamtkraft addiert.
F = F1+F2
Kräfte die in entgegengesetzter Richtung wirken, werden subtrahiert.
F = F1 - F2 bzw. F = F2-F1 (je nachdem ob F1 oder F2 größer ist)
Zwei Kräfte in ungleicher Richtung findet man als Diagonale im Kräfteparallelogramm.
Da die Kräfte F1 und F2 einen Winkel von 90° einschließen, ist das Kräfteparallelogramm ein Rechteck.
1Newton (1N)
1 Newton ist die Kraft, die einem Körper mit der Masse 1kg die Beschleunigung von 1m/s2 erteilt.
Reibungskräfte
Reibungskräfte entstehen an der Berührungsfläche.
Die größe hängt ab von:
der Oberflächenbeschaffenheit; Raue Flächen haben eine größeren Reibungswiderstand als glatte.
dem Gewicht; Je stärker er auf die Unterlage drückt, desto größer die Geitreibungskraft.
nicht von der Reibfläche; ist unabhängig von der Reibfläche, wenn das Gewicht gleich bleibt.
Die Haftreibung: wenn der Körper aus dem Ruhestand in Bewegung gesetzt wird.
Die Gleitreibung: wenn der Körper über den Boden geschoben/gezogen wird.
Die Rollreibung: wenn der Körper auf Rollen über den Boden rollt.
Rollreibung<Gleitreibung<Haftreibung
Einfache Maschinen
Einfache Maschinen sind physikalische Geräte die den Angriffspunkt von einer Stelle zur anderen verlagern bzw. Größe oder Richtung so verändern, das die Kraft zweckmäßiger eingesetzt werden kann.
Einfache Maschinen im Alltag:
-Seil, Stange
-Rolle, Flaschenzug
-Hebel
-geneigte Ebene(Rampe)
Seil und Stange
Seil und Stange verlagern den Angriffspunkt einer Kraft und lassen Größe und Richtung unverändert.
Feste Rolle
Bei der festen Rolle herrscht Kräftegleichgewicht, sie lenkt die Kraft in eine andere Richtung um
FZug = FKraft
Die lose Rolle
Kräftegleichgewicht herrscht wenn an jeden Seilende angreifende Zugkraft FZug gleich der Lastkraft LLast ist.
FZug = 1/2 * LLast
Wenn die Last um den Betrag x angehoben wird, ist der Kraftweg doppelt so lang wie der Lastweg.
Kraftweg sF ist doppelt so groß wie der Lastweg sL
sF = 2 * sL
Flaschenzug
Bsp. : Bei 4 Rollen verteilt sich die Last auf 4 Seilstücke. Die Zugkraft FZug beträgt dann nur noch 1/4 der Lastkraft KLast. Der Kraftweg sF wird dann 4mal so lang, wie der Lastweg sL.
Bei einem Flaschenzug mit n Rollen ist die Zugkraft FZug der n-te Teil der Lastkraft FLast.
FZug = FLast / n
Der Kraftweg sF ist n-mal so lang wie der Lastweg sL.
sF = n * sL
Hebel
Entscheidend ist die Drehachse. Die Entfernung von dieser zum Angriffspunkt der Last ist der Lastarm, Die Entfernung von Drehachse zum Angriffspunkt der Kraft ist der Kraftarm.
Liegen Last- und Kraftarm auf zwei Seiten der Drehachse, nennt man das einen zweiarmigen Hebel.
Liegen Last- und Kraftarm auf einer Seite , nennt man das einarmiger Hebel.
Hebelgesetz
Ist der Kraftarm länger als der Lastarm, verringert sich die Kraft.
Ist der Kraftarm kürzer als der Lastarm, wird der Kraftaufwand größer.
Am Hebel herrscht Gleichgewicht, wenn das Produkt der aus Last F und Lastarm a gleich ist mit dem der des Kraftarms.
F1 * a1 = F2 * a2
Drehmoment M
Das Drehmoment M einer Kraft ist das Produkt von Betrag F und Kraftarm a.
M = F * a
Drehmoment beschreibt das Drehvermögen der Kraft mit dem Betrag F, die mit dem Kraftarm a wirkt.
Einheit Drehmoment: Newtonmeter (1Nm)
Die Arbeit W
Arbeit W ist das Produkt aus Kraft F und Weg s.
Bei der Bewegung eines Körpers auf der horizontalen verrichtete Arbeit W ist das Produkt aus Gleitreibungskraft Fg bzw. der Rollreibungskraft FR und dem Weg s.
W = FG * s bzw. W = FR*s
Beim heben in die Höhe h wird Kraft benötigt. Produkt aus Gewichtskraft FG und Höhe h ist die Hubarbeit.
W = Fg * h
Einheiten:
1 Newtonmeter = 1 Joule
1 kWh = 1000W * 3600s
1kWh = 3600000 Ws - Js/s
1kWh = 3,6 * 106 J
Die Energie W
Energie und Arbeit haben die gleiche Einheit und das gleiche Formelzeichen.Energie ist gespeicherte Arbeit.
Energie W ist Kraft F mal Weg s.
W = F * s
F ist die Kraft die längs des Weges s wirkt.
Hebt man den Körper mit der Gewichtskraft Fg um die Höhe, so steigt die Lageenergie um:
W = Fg * h
Einheiten:
1nM = 1J
Die Leistung P
Leistung P ist Arbeit W geteilt durch Zeit t
Leistung = Arbeit/Zeit
P = W/t
t = W/P
P = F*s/t
1nM/1s = 1J/1s = 1W
1000W = 1kWh
1PS = 736W
Die schiefe Ebene
FZug = FHang
W1 = W2
W1 = FHang * l (l= Länge der schiefen Ebene)
W2 = Fg * h
FHang = Fg*h / l
FHang : Fg = h : l
Die goldene Regel der Mechanik
Was an Kraft gespart wird, muss an Weg zugesetzt werden und umgekehrt.
Die Arbeit bleibt die gleiche.
Schwerpunkt
Im Schwerpunkt S oder Massenmittelpunkt, kann man sich die Masse eines Körpers vereinigt vorstellen.
Bei regelmäßigen Formen befindet sich der Schwerpunkt im Mittelpunkt.
Bei frei beweglichen, an einen Faden aufgehängten unregelmäßig geformten Körper liegt der Schwerpunkt senkrecht unter dem Aufhängepunkt.
Standfestigkeit
Solange der Schwerpunktslot auf eine Standfläche trifft, kann der Körper nicht umfallen.
Die Standfestigkeit hängt nicht nur von der Höhe des Schwerpunktes der Standfläche, sondern auch von Größe der Standfläche und vom Körpergewicht ab.
Damit der Körper stabil auf seiner Standfläche stabil steht, muss das durch seinen Schwerpunkt gehende Lot innerhalb der Standfläche enden.
Die Standfestigkeit eines Körpers ist umso größer, je größer die Standfläche, sein Gewicht und je näher der Schwerpunkt bei der Standfläche liegt.
Schall
Schall ensteht durch Schwingungen eines Schallerregers. Sind diese nicht zu langsam oder zu schnell, so können wir sie als Ton wahrnehmen.
Eine solche Bewegung nennt man periodische Bewegung.
-Eine vollständige Hin- und Herbewegung heißt Periode.
-Die Zeit, in der eine Periode ausgeführt wird, heißt Periodendauer T.
-Die Auslenkung von Umkehrpunkt zum Mittelpunkt, heißt Amplitude
Die Anzahl n der Perioden in einer bestimmten Zeit t, heißt Frequenz f
Frequenz: f = n/t
Periodenauer: T = 1/f (Kehrwert zur Frequenz)
Einheit der Frequenz: 1/s = 1Hz (1Hertz)
1000Hz = 1kHz - 1000kHz = 1000000Hz = 1MHz
Hörbereich
Wo/Wie/Wie schnell breitet sich Schall aus
Der Hörbare Schall liegt bei 16Hz und 20000Hz, alle Frequenzen die den hörbaren Schall überschreitet liegen im Ultraschallbereich.
Wo:
Im Luftleeren Raum kann sich Schall nicht ausbreiten. Schall breitet sich in Luft und allen festen Körpern aus. Auch Flüssigkeiten leiten den Schall weiter.
Gute Schallleiter sind Metalle und Holz - Schlechte Schallleiter sind weiche und poröse Körper.
Wie:
Schallwellen erzeugen Schwingungen. Sie bewirken in Luft und allen elastischen Körpern eine Schallwelle. Alle von dieser erfassten Teilchen führen die gleiche Schwingung aus. Je weiter ein Teilchen entfernt ist desto später beginnt die Schwingung.
Wie schnell:
Schall breitet sich mittels Schallleiter aus (fest, flüssig oder gasförmig)
Geschwindigkeit in m/s (bei 20°C):
-Kork: 500
-Holz: 5500
-Eisen: 5800
-Alkohol: 1800
-Wasser: 1480
-Luft: 340 m/s
Echo - Nachhall
Wenn der Schall reflektiert wird nehmen wir das als Echo war.
Im freien müssen wir lauter sprechen als in räumen weil durch den Nachhall die Schallreflexion verstärkt wird.
Der Schallweg besteht aus Hin- und Rückweg, darum ist die Entfernung nur der halbe Schallweg.
Schallarten
Regelmäßige Schwingungen - Töne z.B. Musikinstrumente
Unregelmäßige Schwingungen - Geräusch z.B. raschelndes Papier
Einmalig heftige Schwingung - Knall z.B. Pistolenschuß
Schall-Schmerzschwelle: 130dB
Jede Verdoppelung der Schallintensität bewirkt eine Zuwachs von 3dB.
Chemische Elemente
Chemische Elemente sind aus gleichartigen Teilchen, den Atomen aufgebaut.
Die kleinsten Teilchen chemischer Verbindungen sind die Moleküle, diese bestehen aus Atomen.
Atommodell nach N. Bohr
Periodensystem
Isotope
Atome bestehen aus einen Kern und einer Hülle.
In der Atomhülle befinden sich die Elektronen und umkreisen den Atomkern.
Der Atomkern besteht aus Protonen(positiv geladen) und Neutronen(elektrisch neutral)
Die elektrische Ladung des Atomkern und der Hülle gleichen sich aus, die Zahl der Kernladung ist gleich der Elektronen.
Die symbolische Darstellung benutzt man im Periodensystem der Elemente neben dem Buchstabensymbol für das Element noch die Ordnungszahl(linke untere Zahl) und Nukleonenzahl(linke obere Zahl)
NukleonenzahlOrdungszahl Buchstabensymbol
Ordnungszahl Z = Protonenzahl
Nukleonenzahl A = Summe der Protonen und Neutronen
Die Zahl der Protonen ist für die Eigenschaft des Element verantwortlich.
Isotope eines Elements sind Atome mit gleicher Protonenzahl aber verschiedener Neutronenzahl.
Radioaktivität
Radioaktive Strahlung
Radioaktive Zerfall
Henri Becquerel verstaute Uransalz zusammen mit einer berpackten Fotoplatte. Nach Tagen sah er Umrisse des Salzes.
Uransalz sendet ohne äußeren Einfluss Strahlung aus.
alpha-Teilchen: sind zweifach positiv geladene Teilchen. Sind sind am größten und können deshalb leicht aufgehalten werden. z.B. Papier
beta-Teilchen: sind einfach negativ geladen. Sie sind klein und können deshalb nur schwer aufgehalten werden. z.B. 5mm Aluminium-dickes Material
gamma-Teilchen: haben keine elektrische Ladung. y-Teilchen sind wie Licht "fliegende Energie. Sie sind sehr klein und sehr schnell und können nur von sehr dickem und dichten Material aufgehalten werden. z.B. dicke Bleiplatten
Die Zeitspanne, in der jeweils die Hälfte einer radioaktiven Substanz zerfällt, heißt Halbwertzeit.
Primäreneriestoffe
In der Natur gespeicherte Energie ist in Kohle, Erdöl, Erdgas und Uran enthalten.
die Primärenergieträger unterteilen sich in regenerative Energie, fossile Brennstoffe und Kernbrennstoffe unterteilen.
fossile Energieträger sind durch Fotosyntese gespeicherte Energie.
Der Bedarf an Primärenergie wird weltweit zu 85% durch fossile Energieträger gedeckt.
Strahlenschäden und Schutz durch ionisierender Strahlung
Überall in der Umgebung ist ionisierende Strahlung vorhanden.
Vier Komponente der natürlichen Strahlenbelastung.
Radon(Edelgas) hängt in Räumen vom Baumaterial und außerhalb von der Beschaffenheit des Bodens ab.
Radioaktive Nuklide im Boden bewirken die terrestrische Strahlung. Intensität ist von der Zusammensetzung des Boden von Ort zu Ort verschieden.
Die Körperinnere Strahlung kommt aus radioaktiven Nukliden(Kalium-40), die über die Nahrung in den Körper gelangen und dort zerfallen.
Die kosmische Strahlung aus dem Weltraum enthält sehr energetische Teilchen. Ein Teil durchdringt die Atmosphäre.
Maßeinheit: 1 Sievert(1Sv)
1Sv = 1J/kg; 1mSv = 1Sv/1000 = 1mJ/kg
In der BRD beträgt die durchschnittliche Strahlenbelastung bei 2,4mSv pro Jahr
Beim Schutz vor ionisierender Strahlung gelten vier Grundregeln:
Geringe Aktivität (Arbeiten möglichst gering halten)
Abschirmung (für gute Abschirmung sorgen)
Abstand (halten zur radioaktiven Quelle)
Aufenthaltsdauer (so kurz wie möglich halten)
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Lernkarten
Was Physik?
Mit was beschäftigt sich Physik?
Physik ist eine Naturwissenschaft, und beschäftigt sich mit den Erscheinungen der lebendigen und unbelebten Natur, sowie mit dessen Anwendungen in der Technik.
Physik beschreibt die Zustände und Änderungen der unbelebten Materie sowie die Bewegungen und Wechselwirkung ihrer Körper, ohne dabei auf die stoffliche Änderung dieser Materie einzugehen.
Teilgebiete
Die Teilgebiete können wir unmittelbar mit unseren Sinnen erfahren,
oder mittelbar durch Versuche und Messungen anhand von Ergebnissen erfahren.
Teilgebiete:
Akustik - Unmittelbar - Lehre vom Schall - Stimmgabel/Echo
Mechanik - Unmittelbar - Lehre von den Kräften und Bewegungen von Körpern - Flaschenzug/fallende Körper
Optik - Unmittelbar - Lehre vom Licht - Brille/Regenbogen
Wärmelehre(Kalorik) - Unmittelbar - Lehre von Wärme - Thermometer/Anomalie des Wassers
Atomphysik - Mittelbar - Lehre vom Atombau - Kernkraft/Generator
Elektrizitätslehre - Mittelbar - Lehre von Strom und Spannung - Gewitter/Generator
Magnetismus - Mittelbar - Lehre von magnetischen Wechselwirkungen von Körpern - Magnete/Magnetfeld der Erde
Arbeitsweisen
Mit der Physik werden Fragen an physikalische Vorgänge gestellt und mit Hilfe bestimmter Arbeitsweisen beantwortet.
Mit Hilfe von Experimenten versucht man bestimmte Naturerscheinungen nachzustellen, und durch gezielte Messungen, physikalische Größen zahlenmäßig zu erfassen. Diese Daten werden dann in allgemeingültige Gleichungen gebracht die zur Berechnung der jeweiligen physikalischen Größen entstehen.
Körper und Stoffe
Unter einen Körper versteht man in der Phsyik ein abgegrenzte Menge eines Stoffes.
An der gleichen Stelle des Raumes können sich niemals zwei Körper gleichzeitig befinden
3 Aggregatzustände:
Fest - Eisen, Holz, Glas, u.a.
Flüssig - Alkohol, Wasser, Benzin, u.a.
Gasförmig - Gase: Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, u.a.
Feste Körper: haben eine bestimmte Form und ein bestimmtes Volumen,
Flüssige Körper: haben keine bestimmte Form, sondern passen sich der Form an
Gasförmige Körper: haben keine bestimmte Gestalt; sie haben die Eigenschaft sich gleichmäßig im verfügbaren Raum zu verteilen.
Definition der Geschwindigkeit
Der Quotient aus Weg und Zeit wird als Geschwindigkeit bezeichnet.
v=s/t
t=s/v
s=v*t
Kräfte
Kräfte erkennt man an Wirkungen. Kräfte können den Bewegungszustand(Beschleunigung, Verzögerung oder Richtungsänderung) von Körpern ändern oder sie verformen.
Gewichtskräfte
Die Kraft die von der Erde auf das Gewicht des Körpers ausgeübt wird nennt man Erdanziehungskraft oder Gewichtskraft.
Sie haben das Formelzeichen Fg.
Die Gewichtskraft die auf einen Körper wirkt hängt vom Ort ab.
Vektoren und Skalaren
Vektoren sind physikalische Größen, die zur Bestimmung neben dem Zahlenwert und Einheit, auch noch die Angabe der Richtung im Raume erforden
Skalaren sind physikalische Größen die zur Bestimmung nur den Zahlenwert und die dazugehörige Einheit erforden.
Berechnung der Gewichtskraft
Der Betrag von Fg der Gewichtskraft eines Körpers an einen bestimmten Ort wird erhalten, wenn die vom Körper abhängige Masse mit dem vom Ort abhängigen Ortsfakor g multiplizieren.
Auf der Erde ist g = 9,81N/kg (=10N/kg)
Fg = m * g
Dichte und Wichte
Die Dichte p ergibt sich, wenn man die Masse m einer beliebigen Stoffmenge durch das Volumen V dividiert.
Dichte - p (gelesen Rho, griechischer Formelbuchstabe)
p = m/V
1. m = p*V
2. V = m/p
Einheiten: 1g/cm3 = 1kg/dm3, 1kg = 1000g -- 1dm3 = 1000cm3
Die Wichte , ist nicht an jeden Ort gleich, den die Gewichtskraft Fg ist ortsabhängig. Daher streng zu unterscheiden zwischen Dichte p und Wichte y
Wichte - y (gelesen Gamma)
y = Fg / V
1. Fg = y*V
2. V = Fg/y
Die Dichte eines Stoffes hat überall den gleichen Wert. Die Wichte kann sich von Ort zu Ort verändern. Die Dichte bzw. Dichte eines Stoffes sind zahlenmäßig gleich der Masse bzw. dem Gewicht von 1cm3 des Stoffes.
Statische Kraftmessung mit dem hookesche Gesetz
Der Quotient aus F und s ist konstant: F/s = konstant; Konstante wird D abgekürzt und als Federkonstante bezeichnet.
D = F/s
1. F = D*s
2. s = F/D
Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften
Kräftegleichgewicht: Zwei Körper befinden sich im Gleichgewicht wenn sie gleich groß längs einer Geraden entgegengesetzt gerichtet sind.
Betragsschreibweisen: F1 = F2
Vektor schreibweise: F1 = -F2 (Pfeile über F1/F2 gleiche Richtung)
Kräfte die in gleicher Richtung wirken, werden zu einer Gesamtkraft addiert.
F = F1+F2
Kräfte die in entgegengesetzter Richtung wirken, werden subtrahiert.
F = F1 - F2 bzw. F = F2-F1 (je nachdem ob F1 oder F2 größer ist)
Zwei Kräfte in ungleicher Richtung findet man als Diagonale im Kräfteparallelogramm.
Da die Kräfte F1 und F2 einen Winkel von 90° einschließen, ist das Kräfteparallelogramm ein Rechteck.
1Newton (1N)
1 Newton ist die Kraft, die einem Körper mit der Masse 1kg die Beschleunigung von 1m/s2 erteilt.
Reibungskräfte
Reibungskräfte entstehen an der Berührungsfläche.
Die größe hängt ab von:
der Oberflächenbeschaffenheit; Raue Flächen haben eine größeren Reibungswiderstand als glatte.
dem Gewicht; Je stärker er auf die Unterlage drückt, desto größer die Geitreibungskraft.
nicht von der Reibfläche; ist unabhängig von der Reibfläche, wenn das Gewicht gleich bleibt.
Die Haftreibung: wenn der Körper aus dem Ruhestand in Bewegung gesetzt wird.
Die Gleitreibung: wenn der Körper über den Boden geschoben/gezogen wird.
Die Rollreibung: wenn der Körper auf Rollen über den Boden rollt.
Rollreibung<Gleitreibung<Haftreibung
Einfache Maschinen
Einfache Maschinen sind physikalische Geräte die den Angriffspunkt von einer Stelle zur anderen verlagern bzw. Größe oder Richtung so verändern, das die Kraft zweckmäßiger eingesetzt werden kann.
Einfache Maschinen im Alltag:
-Seil, Stange
-Rolle, Flaschenzug
-Hebel
-geneigte Ebene(Rampe)
Seil und Stange
Seil und Stange verlagern den Angriffspunkt einer Kraft und lassen Größe und Richtung unverändert.
Feste Rolle
Bei der festen Rolle herrscht Kräftegleichgewicht, sie lenkt die Kraft in eine andere Richtung um
FZug = FKraft
Die lose Rolle
Kräftegleichgewicht herrscht wenn an jeden Seilende angreifende Zugkraft FZug gleich der Lastkraft LLast ist.
FZug = 1/2 * LLast
Wenn die Last um den Betrag x angehoben wird, ist der Kraftweg doppelt so lang wie der Lastweg.
Kraftweg sF ist doppelt so groß wie der Lastweg sL
sF = 2 * sL
Flaschenzug
Bsp. : Bei 4 Rollen verteilt sich die Last auf 4 Seilstücke. Die Zugkraft FZug beträgt dann nur noch 1/4 der Lastkraft KLast. Der Kraftweg sF wird dann 4mal so lang, wie der Lastweg sL.
Bei einem Flaschenzug mit n Rollen ist die Zugkraft FZug der n-te Teil der Lastkraft FLast.
FZug = FLast / n
Der Kraftweg sF ist n-mal so lang wie der Lastweg sL.
sF = n * sL
Hebel
Entscheidend ist die Drehachse. Die Entfernung von dieser zum Angriffspunkt der Last ist der Lastarm, Die Entfernung von Drehachse zum Angriffspunkt der Kraft ist der Kraftarm.
Liegen Last- und Kraftarm auf zwei Seiten der Drehachse, nennt man das einen zweiarmigen Hebel.
Liegen Last- und Kraftarm auf einer Seite , nennt man das einarmiger Hebel.
Hebelgesetz
Ist der Kraftarm länger als der Lastarm, verringert sich die Kraft.
Ist der Kraftarm kürzer als der Lastarm, wird der Kraftaufwand größer.
Am Hebel herrscht Gleichgewicht, wenn das Produkt der aus Last F und Lastarm a gleich ist mit dem der des Kraftarms.
F1 * a1 = F2 * a2
Drehmoment M
Das Drehmoment M einer Kraft ist das Produkt von Betrag F und Kraftarm a.
M = F * a
Drehmoment beschreibt das Drehvermögen der Kraft mit dem Betrag F, die mit dem Kraftarm a wirkt.
Einheit Drehmoment: Newtonmeter (1Nm)
Die Arbeit W
Arbeit W ist das Produkt aus Kraft F und Weg s.
Bei der Bewegung eines Körpers auf der horizontalen verrichtete Arbeit W ist das Produkt aus Gleitreibungskraft Fg bzw. der Rollreibungskraft FR und dem Weg s.
W = FG * s bzw. W = FR*s
Beim heben in die Höhe h wird Kraft benötigt. Produkt aus Gewichtskraft FG und Höhe h ist die Hubarbeit.
W = Fg * h
Einheiten:
1 Newtonmeter = 1 Joule
1 kWh = 1000W * 3600s
1kWh = 3600000 Ws - Js/s
1kWh = 3,6 * 106 J
Die Energie W
Energie und Arbeit haben die gleiche Einheit und das gleiche Formelzeichen.Energie ist gespeicherte Arbeit.
Energie W ist Kraft F mal Weg s.
W = F * s
F ist die Kraft die längs des Weges s wirkt.
Hebt man den Körper mit der Gewichtskraft Fg um die Höhe, so steigt die Lageenergie um:
W = Fg * h
Einheiten:
1nM = 1J
Die Leistung P
Leistung P ist Arbeit W geteilt durch Zeit t
Leistung = Arbeit/Zeit
P = W/t
t = W/P
P = F*s/t
1nM/1s = 1J/1s = 1W
1000W = 1kWh
1PS = 736W
Die schiefe Ebene
FZug = FHang
W1 = W2
W1 = FHang * l (l= Länge der schiefen Ebene)
W2 = Fg * h
FHang = Fg*h / l
FHang : Fg = h : l
Die goldene Regel der Mechanik
Was an Kraft gespart wird, muss an Weg zugesetzt werden und umgekehrt.
Die Arbeit bleibt die gleiche.
Schwerpunkt
Im Schwerpunkt S oder Massenmittelpunkt, kann man sich die Masse eines Körpers vereinigt vorstellen.
Bei regelmäßigen Formen befindet sich der Schwerpunkt im Mittelpunkt.
Bei frei beweglichen, an einen Faden aufgehängten unregelmäßig geformten Körper liegt der Schwerpunkt senkrecht unter dem Aufhängepunkt.
Standfestigkeit
Solange der Schwerpunktslot auf eine Standfläche trifft, kann der Körper nicht umfallen.
Die Standfestigkeit hängt nicht nur von der Höhe des Schwerpunktes der Standfläche, sondern auch von Größe der Standfläche und vom Körpergewicht ab.
Damit der Körper stabil auf seiner Standfläche stabil steht, muss das durch seinen Schwerpunkt gehende Lot innerhalb der Standfläche enden.
Die Standfestigkeit eines Körpers ist umso größer, je größer die Standfläche, sein Gewicht und je näher der Schwerpunkt bei der Standfläche liegt.
Schall
Schall ensteht durch Schwingungen eines Schallerregers. Sind diese nicht zu langsam oder zu schnell, so können wir sie als Ton wahrnehmen.
Eine solche Bewegung nennt man periodische Bewegung.
-Eine vollständige Hin- und Herbewegung heißt Periode.
-Die Zeit, in der eine Periode ausgeführt wird, heißt Periodendauer T.
-Die Auslenkung von Umkehrpunkt zum Mittelpunkt, heißt Amplitude
Die Anzahl n der Perioden in einer bestimmten Zeit t, heißt Frequenz f
Frequenz: f = n/t
Periodenauer: T = 1/f (Kehrwert zur Frequenz)
Einheit der Frequenz: 1/s = 1Hz (1Hertz)
1000Hz = 1kHz - 1000kHz = 1000000Hz = 1MHz
Hörbereich
Wo/Wie/Wie schnell breitet sich Schall aus
Der Hörbare Schall liegt bei 16Hz und 20000Hz, alle Frequenzen die den hörbaren Schall überschreitet liegen im Ultraschallbereich.
Wo:
Im Luftleeren Raum kann sich Schall nicht ausbreiten. Schall breitet sich in Luft und allen festen Körpern aus. Auch Flüssigkeiten leiten den Schall weiter.
Gute Schallleiter sind Metalle und Holz - Schlechte Schallleiter sind weiche und poröse Körper.
Wie:
Schallwellen erzeugen Schwingungen. Sie bewirken in Luft und allen elastischen Körpern eine Schallwelle. Alle von dieser erfassten Teilchen führen die gleiche Schwingung aus. Je weiter ein Teilchen entfernt ist desto später beginnt die Schwingung.
Wie schnell:
Schall breitet sich mittels Schallleiter aus (fest, flüssig oder gasförmig)
Geschwindigkeit in m/s (bei 20°C):
-Kork: 500
-Holz: 5500
-Eisen: 5800
-Alkohol: 1800
-Wasser: 1480
-Luft: 340 m/s
Echo - Nachhall
Wenn der Schall reflektiert wird nehmen wir das als Echo war.
Im freien müssen wir lauter sprechen als in räumen weil durch den Nachhall die Schallreflexion verstärkt wird.
Der Schallweg besteht aus Hin- und Rückweg, darum ist die Entfernung nur der halbe Schallweg.
Schallarten
Regelmäßige Schwingungen - Töne z.B. Musikinstrumente
Unregelmäßige Schwingungen - Geräusch z.B. raschelndes Papier
Einmalig heftige Schwingung - Knall z.B. Pistolenschuß
Schall-Schmerzschwelle: 130dB
Jede Verdoppelung der Schallintensität bewirkt eine Zuwachs von 3dB.
Chemische Elemente
Chemische Elemente sind aus gleichartigen Teilchen, den Atomen aufgebaut.
Die kleinsten Teilchen chemischer Verbindungen sind die Moleküle, diese bestehen aus Atomen.
Atommodell nach N. Bohr
Periodensystem
Isotope
Atome bestehen aus einen Kern und einer Hülle.
In der Atomhülle befinden sich die Elektronen und umkreisen den Atomkern.
Der Atomkern besteht aus Protonen(positiv geladen) und Neutronen(elektrisch neutral)
Die elektrische Ladung des Atomkern und der Hülle gleichen sich aus, die Zahl der Kernladung ist gleich der Elektronen.
Die symbolische Darstellung benutzt man im Periodensystem der Elemente neben dem Buchstabensymbol für das Element noch die Ordnungszahl(linke untere Zahl) und Nukleonenzahl(linke obere Zahl)
NukleonenzahlOrdungszahl Buchstabensymbol
Ordnungszahl Z = Protonenzahl
Nukleonenzahl A = Summe der Protonen und Neutronen
Die Zahl der Protonen ist für die Eigenschaft des Element verantwortlich.
Isotope eines Elements sind Atome mit gleicher Protonenzahl aber verschiedener Neutronenzahl.
Radioaktivität
Radioaktive Strahlung
Radioaktive Zerfall
Henri Becquerel verstaute Uransalz zusammen mit einer berpackten Fotoplatte. Nach Tagen sah er Umrisse des Salzes.
Uransalz sendet ohne äußeren Einfluss Strahlung aus.
alpha-Teilchen: sind zweifach positiv geladene Teilchen. Sind sind am größten und können deshalb leicht aufgehalten werden. z.B. Papier
beta-Teilchen: sind einfach negativ geladen. Sie sind klein und können deshalb nur schwer aufgehalten werden. z.B. 5mm Aluminium-dickes Material
gamma-Teilchen: haben keine elektrische Ladung. y-Teilchen sind wie Licht "fliegende Energie. Sie sind sehr klein und sehr schnell und können nur von sehr dickem und dichten Material aufgehalten werden. z.B. dicke Bleiplatten
Die Zeitspanne, in der jeweils die Hälfte einer radioaktiven Substanz zerfällt, heißt Halbwertzeit.
Primäreneriestoffe
In der Natur gespeicherte Energie ist in Kohle, Erdöl, Erdgas und Uran enthalten.
die Primärenergieträger unterteilen sich in regenerative Energie, fossile Brennstoffe und Kernbrennstoffe unterteilen.
fossile Energieträger sind durch Fotosyntese gespeicherte Energie.
Der Bedarf an Primärenergie wird weltweit zu 85% durch fossile Energieträger gedeckt.
Strahlenschäden und Schutz durch ionisierender Strahlung
Überall in der Umgebung ist ionisierende Strahlung vorhanden.
Vier Komponente der natürlichen Strahlenbelastung.
Radon(Edelgas) hängt in Räumen vom Baumaterial und außerhalb von der Beschaffenheit des Bodens ab.
Radioaktive Nuklide im Boden bewirken die terrestrische Strahlung. Intensität ist von der Zusammensetzung des Boden von Ort zu Ort verschieden.
Die Körperinnere Strahlung kommt aus radioaktiven Nukliden(Kalium-40), die über die Nahrung in den Körper gelangen und dort zerfallen.
Die kosmische Strahlung aus dem Weltraum enthält sehr energetische Teilchen. Ein Teil durchdringt die Atmosphäre.
Maßeinheit: 1 Sievert(1Sv)
1Sv = 1J/kg; 1mSv = 1Sv/1000 = 1mJ/kg
In der BRD beträgt die durchschnittliche Strahlenbelastung bei 2,4mSv pro Jahr
Beim Schutz vor ionisierender Strahlung gelten vier Grundregeln:
Geringe Aktivität (Arbeiten möglichst gering halten)
Abschirmung (für gute Abschirmung sorgen)
Abstand (halten zur radioaktiven Quelle)
Aufenthaltsdauer (so kurz wie möglich halten)
