Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

Fluid: Definition und Typen

Der Begriff Fluid beschreibt nicht nur einen Aggregatzustand, sondern insbesondere das Verhalten bestimmter Partikel des betreffenden Stoffes. Für industrielle Anwendungen werden Fluide in zwei Haupttypen unterteilt:

Inkompressible Fluide

Dies sind Fluide, die unter der Einwirkung einer äußeren Kraft keine Volumenänderungen erfahren und Energie effizient übertragen (z. B. Flüssigkeiten).

Kompressible Fluide

Dies sind Fluide, die Volumenänderungen erfahren und stets exzellente Energiespeicher sind (z. B. Gase und Dämpfe).

Eigenschaften von Fluiden

Fluide besitzen zwei Haupttypen von Eigenschaften:

• Qualitative Eigenschaften: Beschreiben die Beschaffenheit ohne numerische Werte.
• Quantitative Eigenschaften: Sind messbar

Coulombsches Gesetz

Das Coulombsche Gesetz besagt: Die elektrische Kraft, mit der sich zwei ruhende Ladungen Q₁ und Q₂ anziehen, ist direkt proportional zum Produkt der Ladungen Q₁ · Q₂ und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands d, der sie trennt:

|F| = k · (Q₁ · Q₂) / d²

wobei F die Kraft, k eine Konstante mit dem Wert 8,9874 · 10⁹ Nm²/C², Q₁ und Q₂ die elektrischen Ladungen und d der Abstand zwischen den Ladungen ist.

Die Einheit der elektrischen Ladung ist das Coulomb (C). Ein Coulomb ist die positive Ladung q, die, in einem Vakuum im Abstand von 1 Meter zu einer anderen gleichen Ladung platziert, diese mit einer Kraft von 8,9874 · 10⁹ N abstößt.

Die Einheiten im Coulombschen Gesetz sind:

• Kraft F: Newton (N)
• Ladungen Q₁ und Q₂:

Einführung in die Thermodynamik

Definition und Anwendungsbereiche

Die Thermodynamik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit den Beziehungen zwischen Wärme, Arbeit, Temperatur und Energie befasst. Sie untersucht, wie Energie in verschiedenen Formen umgewandelt und übertragen wird.

Thermodynamische Systeme

Systeme können nach ihrem Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung klassifiziert werden:

• Offene Systeme: Ermöglichen den Austausch von sowohl Stoff als auch Energie mit der Umgebung.
• Geschlossene Systeme: Ermöglichen den Austausch von Energie, aber nicht von Stoff mit der Umgebung (die Masse bleibt konstant).
• Isolierte Systeme: Ermöglichen weder den Austausch von Stoff noch von Energie mit der Umgebung.

Man unterscheidet zudem:

• Extensive

Die Atmosphäre: Schichten und Variablen

Die Atmosphäre ist die Gasschicht, die die Erdoberfläche umgibt. Sie erstreckt sich über etwa 1000 km und ist in 5 Schichten unterteilt. Sie enthält unter anderem Wasserdampf.

Schichten der Atmosphäre

Die Schichten der Atmosphäre werden anhand ihrer Temperaturveränderungen definiert:

• Troposphäre:
  • Reicht bis ca. 13 km Höhe (variiert zwischen 16 km am Äquator und 7-8 km an den Polen).
  • Enthält den größten Teil des Wasserdampfs.
  • Hier finden die meisten Wetterphänomene statt.
  • Temperatur nimmt mit der Höhe ab (ca. 6,5 °C pro 1000 m).
  • Tropopause bildet die Obergrenze.
  • Jetstreams treten hier auf.
• Stratosphäre:
  • Erstreckt sich von 13 bis 50 km Höhe.
  • Temperatur steigt von -40 °C auf -3 °C.
  • Enthält die Ozonschicht,

Was ist Fotografie?

Das Wort Fotografie leitet sich von den griechischen Wörtern photos (Licht) und graphein (zeichnen) ab. Fotografieren bedeutet im übertragenen Sinne „Lichtbilder herstellen“.

Ursprünge und Geschichte

Die Camera Obscura

Die Camera Obscura ist die Urform der Fotografie. Schon Aristoteles wusste, dass wenn ein Lichtstrahl von außen durch eine kleine Öffnung in einen dunklen Raum fällt, er an der gegenüberliegenden Wand dieses Raumes all das klar zeigt, was sich außen befindet.

Camera Obscura bedeutet „dunkle Kammer“. Zu Beginn war es wirklich eine begehbare, dunkle Kammer mit einem Loch in der Wand, die Künstlern als Zeichenhilfe diente.

Chemische Grundlagen

Dem Physiker Johann Heinrich Schulze (1687-1744) war die... Weiterlesen "Alles über Fotografie: Von der Camera Obscura zum Pixel" »

Grundlagen der Bewegungsanalyse und Zeitmessung

Datenerfassung und Geschwindigkeitsberechnung

Die Datenerfassung (Mapping) erfolgt, um eine Tabelle von Delta-x und Zeitpunkten t(n) zu erstellen. Die Momentangeschwindigkeit (Vm) wird für jedes Intervall berechnet: Vm = (xf - xi) / (tf - ti). Die Unsicherheit der Geschwindigkeit (V) wird in einer Tabelle V(t) festgehalten. Die grafische Darstellung der Bewegung erfolgt oft über die Steigung: (y2 - y1) / (x2 - x1). Eine halbe Linie des Graphen und die Beschleunigung werden analysiert. Die Unsicherheit der Beschleunigung (Delta a) wird berechnet, wobei alle relevanten Unsicherheiten (z.B. Delta v, Delta t) berücksichtigt werden.

Bestimmung der Erdbeschleunigung (g)

Ziel und Methodik

Das Ziel dieses... Weiterlesen "Physik-Praktikum: Analyse von Bewegung, Kraft und Energie" »

Der Druck

Der Druck P ist das Verhältnis zwischen dem Wert der ausgeübten Kraft F und der Fläche S, auf die sie wirkt: P = F / S.

Hydrostatischer Druck

Der Druck, der im Inneren von Flüssigkeiten ausgeübt wird, wirkt in allen Punkten.

Grundgleichung der Flüssigkeitsstatik

P = d · g · h

Verbundene Gefäße

Wenn wir mehrere Behälter mit unterschiedlichen Formen haben, die am Boden miteinander verbunden sind und die gleiche Flüssigkeit enthalten, ist die Höhe der Flüssigkeit in allen Behältern gleich.

Anwendung der kommunizierenden Röhren

Die Verteilung von Wasser in den Dörfern.

Bestimmung der Dichte

d1 · g · h1 = d2 · g · h2. Nach dem Entfernen der g-Terme: d1 / d2 = h2 / h1

Pascalsches Prinzip

Der Druck, der auf eine Flüssigkeit ausgeübt... Weiterlesen "Hydrostatischer Druck und Auftrieb" »

Parallaxe in der Photogrammetrie

Parallaxe bezeichnet die scheinbare Verschiebung der Position eines Objekts relativ zu einem Bezugssystem, bedingt durch die Änderung des Beobachtungspunkts. Dies äußert sich beispielsweise in der Positionsänderung eines Bildes aufgrund der Bewegung des Flugzeugs. Es existiert eine axiale Überlappung, bei der die Bilder hauptsächlich im Bereich der Längsüberlappung erscheinen.

Parallaxenformel

Die Formel zur Berechnung der Parallaxe lautet:

[pa / B = F / (H - ha)] oder [pa = (B * f) / (H - ha)]

• B: Distanz zwischen den Aufnahmepunkten (Basis)
• H: Flughöhe über dem Referenzdatum
• ha: Höhe des Punktes A über dem Referenzdatum
• f: Brennweite der Kamera

Der Parallaxenpunkt ist direkt mit der größeren Höhe verbunden.... Weiterlesen "Photogrammetrie Grundlagen: Parallaxe, Orientierung & Rekonstruktion" »

Aufgabe 1: Kraftberechnung bei gegebener Masse und Beschleunigung

Ein Körper mit einer Masse von 600 kg wird mit 1,2 m/s² beschleunigt. Welche Kraft treibt ihn an?

Gegebene Werte:

• Masse (m) = 600 kg
• Beschleunigung (a) = 1,2 m/s²

Lösung:

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz gilt: F = m · a

F = 600 kg · 1,2 m/s² = 720 N

Aufgabe 2: Massenberechnung bei gegebener Kraft und Beschleunigung

Welche Masse muss ein Körper haben, damit er durch eine Kraft von 588 N mit einer Beschleunigung von 9,8 m/s² beschleunigt wird?

Gegebene Werte:

• Kraft (F) = 588 N
• Beschleunigung (a) = 9,8 m/s²

Lösung:

Aus F = m · a folgt m = F / a

m = 588 N / 9,8 m/s² = 60 kg

Aufgabe 3: Beschleunigung bei entgegengesetzten Kräften

Auf einen Körper mit einer Masse von 250 kg wirken... Weiterlesen "Physik: Dynamik-Aufgaben mit Lösungen" »

Relativitätstheorie

Albert Einstein, ausgehend von der Entdeckung des photoelektrischen Effekts, kam zu dem Schluss, dass sich Licht wie eine Welle und ein Teilchen verhält und seine Geschwindigkeit konstant ist. Dies war der Beginn der Relativitätstheorie. Laut dieser Theorie gibt es keine absolute Bewegung oder einen festen Bezugspunkt wie in der Newtonschen Physik. Es existiert eine Raumzeit. Masse und Energie sind austauschbar. Diese Theorie erklärt die beschleunigte Bewegung von Körpern und die Schwerkraft als eine Krümmung von Raum und Zeit.

Quantentheorie

Diese Theorie versucht, die Struktur der Materie auf atomarer und subatomarer Ebene zu erklären. Im Jahr 1900 zeigte Max Planck, dass Materie Energie in begrenzten Einheiten absorbiert,... Weiterlesen "Eine Reise durch die Geschichte der Physik: Von der Relativität zur Quantenmechanik" »