Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

Grundlagen der Wellenlehre und Akustik

Periodische Phänomene und Schwingungen

Phänomene, die sich in regelmäßigen zeitlichen Abständen wiederholen, werden als periodische Phänomene bezeichnet.

Eine regelmäßige Bewegung, bei der ein Körper aus einer Ausgangsposition in die gleiche Richtung zurückkehrt, wird als Schwingung oder vollständiger Zyklus bezeichnet.

Eine periodische Bewegung ist durch ihre Periode und ihre Frequenz charakterisiert:

• Als Periode bezeichnen wir die Zeit, die ein periodisches Phänomen für eine vollständige Periode oder Oszillation benötigt.
• Als Frequenz bezeichnen wir die Anzahl der vollständigen Zyklen oder Oszillationen pro Zeiteinheit.

Auslenkung und Amplitude

In einem Oszillationsvorgang wird der Abstand zwischen... Weiterlesen "Wellen und Schall: Eine Einführung in periodische Phänomene" »

Grenzen der klassischen Physik

Newtons klassische Mechanik basiert auf den Galilei-Transformationen und seinen Bewegungsgleichungen. Maxwells Gleichungen bestätigten die Wellennatur des Lichts und ermöglichten die Berechnung seiner Geschwindigkeit im Vakuum. Dies führte zu einem Vergleich zwischen Lichtwellen und Schallwellen.

Eigenschaften von Schallwellen

Schallwellen benötigen ein Medium, um sich auszubreiten. Sie breiten sich mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit in Bezug auf das Ausbreitungsmedium aus. Die Geschwindigkeit kann durch die Formel der Geschwindigkeitsaddition berechnet werden.

Eigenschaften von Lichtwellen

Lichtwellen benötigen ein Ausbreitungsmedium (den sogenannten Äther). Sie breiten sich mit einer festen Geschwindigkeit... Weiterlesen "Einführung in die moderne Physik: Von der Relativitätstheorie zur Kernphysik" »

Medien, die von Audiodaten übertragen werden

Die Klänge, die wir hören, werden durch die Luft übertragen, aber jede elastische Substanz, ob fest, flüssig, gasförmig oder Plasma, kann Schall übertragen. Elastizität ist die Eigenschaft eines Materials, auf eine einwirkende Kraft mit einer Formänderung zu reagieren und in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn die verzerrende Kraft entfernt wird. Stahl ist eine elastische Substanz, Kitt ist unelastisch.

In Flüssigkeiten und elastischen Festkörpern liegen die Moleküle relativ nahe beieinander und reagieren schnell auf die Relativbewegungen und übertragen die Energie mit geringen Verlusten. Schall breitet sich in Wasser viermal schneller aus als in Luft und in Stahl etwa 15-mal... Weiterlesen "Schall: Übertragung, Reflexion und Brechung" »

Grundlagen wissenschaftlicher Theorien

Eine wissenschaftliche Theorie ist eine Sammlung von Ideen und Hypothesen (Annahmen), die zwei Bedingungen erfüllt: Sie muss mit Beobachtungen oder aufgezeichneten Daten übereinstimmen und darf grundlegenden Konzepten nicht widersprechen. Etwa 2000 Jahre lang, von Aristoteles bis zur Reise des Kolumbus in die Neue Welt, glaubte man, dass die Erde der Mittelpunkt des Universums sei (die geozentrische Theorie). Der Übergang zur kopernikanischen heliozentrischen Theorie, die besagt, dass die Sonne das Zentrum ist, um das die Erde kreist, wird als Kopernikanische Revolution bezeichnet.

Die Kopernikanische Revolution

Kopernikus' astronomisches Modell, das die Sonne in den Mittelpunkt stellte, wurde nicht innerhalb... Weiterlesen "Wissenschaftliche Theorien: Von der Antike bis zur Relativität" »

Die derzeitige Weltsicht und physikalische Revolutionen

Bis zum 19. Jahrhundert wurde der wissenschaftliche Prozess von den konzeptuellen Schemata Newtons und Galileis geprägt. Viele Wissenschaftler hatten das Gefühl, dass sie kurz davor standen, alle relevanten Gesetze zu entdecken. Zwei neue Zweige der Physik, die sowohl den Makrokosmos als auch den Mikrokosmos betrafen, sollten unser Weltbild jedoch völlig umgestalten: die Relativitätstheorie und die Quantenphysik.

Die Relativitätstheorie: Revolution im Makrokosmos

Einstein veröffentlichte die Theorie der speziellen Relativitätstheorie im Jahre 1905. Es gibt keinen absoluten Raum und keine absolute Zeit, unabhängig von den Subjekten, die Erfahrungen machen. Raum und Zeit sind relativ... Weiterlesen "Das Weltbild der Physik: Relativität und Kosmologie" »

Geschwindigkeit

V: mittlere Geschwindigkeit

Formeln:
V = s / t
s = V · t
t = s / V

s: Wegstrecke
t: verbrachte Zeit

SI-Einheiten: m/s
Weitere Einheiten: km/h, cm/s

Geschwindigkeit ist der Quotient aus zurückgelegter Wegstrecke und dafür benötigter Zeit.

Hinweis zur Umrechnung: Minuten in Stunden: min / 60

Beschleunigung

a: Beschleunigung

Formeln:
a = (v_f - v₀) / t
v_f = v₀ + a · t
v₀ = v_f - a · t

v_f: Endgeschwindigkeit
v₀: Anfangsgeschwindigkeit
t: Zeit

SI-Einheiten: m/s²

Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit.

Kräfte

F: Kraft in Newton (N)

Formeln:
F = m · a

m: Masse in kg
a: Beschleunigung in m/s²

(Weitere Formel, z.B. aus Druck):
F = P · A

P: Druck
A: Fläche

SI-Einheiten: Newton (N)

Weitere Einheiten: Kilogramm Kraft (Kp), Pond (p)... Weiterlesen "Grundlegende Formeln und Definitionen der Physik" »

Elektrostatik und Elektrodynamik

Elektrostatik: Die Energie oder elektrische Ladung in Ruhe. Strombelastung: Wenn die Ladung in Bewegung ist. Elektrodynamik: Die grundlegende und inhärente Eigenschaft der Materie. Es gibt positive oder negative Ladungen, gleichnamige Ladungen stoßen sich ab und ungleichnamige ziehen sich an.

Grundlegende Ladungseinheit

Ein Elektron oder ein Proton.

Leitende Körper

Materialien, deren Elektronen sich frei bewegen können.

Elektrifizierung

Wenn Körper an anderen Stellen angezogen werden, unterteilt in: Reibung, Kontakt, Induktion.

Elektrische Kraft

Die Kraft hängt von der Größe oder Intensität, dem Abstand zwischen den Ladungen und der Höhe der Ladung ab (F) (IF = N).

Coulombsches Gesetz

Die elektrische Kraft zwischen... Weiterlesen "Elektrostatik und Elektrodynamik: Grundlagen" »

Kartenprojektion: Grundlagen und Typen

Eine Kartenprojektion ist ein System, das Punkte von der gekrümmten Oberfläche der Erde auf eine ebene Fläche überträgt. Diese Punkte werden auf einem Netz von Längen- und Breitengraden abgebildet, was zu einer Reihe von Verzerrungen führt. Gute Projektionen müssen zwei Eigenschaften aufweisen: die Flächen beibehalten (Äquivalenz) und die Winkel beibehalten (Konformität).

Je nachdem, welcher Punkt als Kartenmittelpunkt dient, unterscheidet man zwischen:

• Polarer Projektion: Das Zentrum ist einer der Pole.
• Äquatorialer Projektion: Das Zentrum ist der Schnittpunkt zwischen dem Äquator und einem Längengrad.
• Schräger Projektion: Das Zentrum ist ein anderer Punkt.

Eigenschaften von Kartenprojektionen

Konforme

Block 5: Wellenphänomene

5.1. Huygens' Prinzip

Wellen, oder Wellenbewegungen, weisen Eigenschaften auf, die bei anderen physikalischen Phänomenen nicht auftreten. Diese Phänomene hängen von der Form der Wellenausbreitung ab, die wiederum von der Bewegung aufeinanderfolgender Wellenfronten abhängt. Eine Wellenfront ist eine Verbindungslinie von Punkten mit dem gleichen Schwingungszustand. Im späten 17. Jahrhundert entwickelte der niederländische Wissenschaftler Huygens eine geometrische Methode, um eine Wellenfront zu einem bestimmten Zeitpunkt zu konstruieren, wenn die vorherige Wellenfront bekannt ist. Dies bedeutete, dass "jeder Punkt einer Wellenfront zum Ausgangspunkt neuer Elementarwellen (Sekundärwellen) wird, die sich in Richtung... Weiterlesen "Wellenphänomene: Huygens' Prinzip, Reflexion, Brechung, Polarisation, Beugung und Interferenz" »

Keplersche Gesetze der Planetenbewegung

1. Gesetz (Bahnen)

Die Planeten bewegen sich auf *elliptischen Bahnen* um die Sonne, wobei die Sonne in einem der Brennpunkte der Ellipse steht. Das **Perihel** ist der sonnennächste Punkt der Planetenbahn, das **Aphel** der sonnenfernste.

2. Gesetz (Flächensatz)

Der *Radiusvektor* (Verbindungslinie Sonne-Planet) überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen. Die *Flächengeschwindigkeit* ist konstant. Planeten bewegen sich im Perihel schneller als im Aphel.

3. Gesetz (Perioden)

Die Quadrate der Umlaufzeiten (T) zweier Planeten verhalten sich wie die Kuben (dritten Potenzen) der großen Halbachsen (a) ihrer Bahnellipsen.

Gravitationsfeld

Alle Körper im Universum ziehen sich gegenseitig an. Die Anziehungskraft... Weiterlesen "Keplersche Gesetze, Geozentrisches und Heliozentrisches Weltbild" »