Notizen, Zusammenfassungen, Arbeiten, Prüfungen und Probleme für Physik

Das Coulomb-Gesetz und elektrische Ladungen

Für zwei konstante elektrische Ladungen ist die elektrische Kraft umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen ihnen. Die elektrische Kraft variiert je nach Typ des materiellen Trägers zwischen den Ladungen. Elektrische Kräfte zwischen zwei Ladungen wirken entlang der Verbindungslinie. Im quantitativen Sinne gilt: Wenn die Ladungen das gleiche Vorzeichen haben, entstehen Abstoßungskräfte; wenn die Ladungen entgegengesetzt sind, entstehen Anziehungskräfte.

Das Gesetz besagt, dass die Kraft zwischen zwei Ladungen direkt proportional zum Produkt der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen ihnen ist:
F = K * q₁ * q₂ / r²
Dabei ist K = 9 * 10⁹ Nm² / C².

Das

1. Erklärung von Effektivwerten bei Wechselstrom

Der RMS-Wert (Effektivwert) einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms ist der Wert, der in Bezug auf die Heizleistung einem Gleichstrom äquivalent ist. Bei der Berechnung von Wechselstromkreisen werden diese Effektivwerte verwendet, um sie mit Gleichstromberechnungen vergleichbar zu machen.

Da der Momentanwert von Strom und Spannung bei Wechselgrößen ständig variiert, nutzt man Effektivwerte, um handhabbare Größen für Berechnungen zu erhalten. Wenn wir beispielsweise von einer Netzspannung von 230V sprechen, beziehen wir uns immer auf den Effektivwert.

2. Berechnung bei gegebener Wechselspannung

Die Momentaufnahme einer Wechselspannung ist gegeben durch den Ausdruck E(t) = 200 · sin(... Weiterlesen "Grundlagen der Wechselstromtechnik: Übungen und Lösungen" »

1. Systeme und thermodynamische Umwandlungen

Ein thermodynamisches System ist jeder Teil des Universums, der Gegenstand einer Untersuchung ist. Die Umwelt ist der Rest des Universums außerhalb des Systems, wobei praktisch nur die Umgebung relevant ist, die sich in der Nähe des Systems befindet und mit ihm interagiert.

Die Grenzen können wie folgt sein:

• a) Real
• b) Imaginär

Ein Austausch mit der Systemumgebung kann auf folgende Weise erfolgen:

• a) Offen: Materie und Energie können mit der Umwelt ausgetauscht werden.
• b) Geschlossen: Energie kann ausgetauscht werden, aber keine Materie.
• c) Isoliert: Es kann weder Materie noch Energie mit der Umwelt ausgetauscht werden.

Eine Region stellt eine Phase dar, wenn ihre Zusammensetzung und Eigenschaften homogen... Weiterlesen "Grundlagen der Thermodynamik: Systeme und Prozesse" »

Masse als Maß für Trägheit und Schwerkraft

Die Masse bestimmt die Trägheit eines Körpers und seine gravitative Wirkung.

• Masse als Maß für Trägheit: Ein Körper von 10 kg besitzt die doppelte Trägheit eines Körpers von 5 kg.
• Masse als Maß für die Schwerkraft: Die Masse des Planeten Jupiter ist etwa 310-mal größer als die der Erde, wodurch er eine entsprechend stärkere Anziehungskraft ausübt.

Es gilt die Formel: Dichte = Masse / Volumen.

Während die Masse eines Objekts seine Trägheit misst, ist das Gewicht die Kraft, mit der die Erde das Objekt anzieht.

Materie: Körper und Systeme

Ein Materialkörper ist eine Form von Materie mit klar definierten Grenzen. Ein Materialsystem hingegen bezeichnet eine Form von Materie ohne feste Morphologie... Weiterlesen "Grundlagen der Materie: Masse, Atome und Elektrizität" »

Impuls und Kraft

Ein Körper der Masse 14 kg bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s. Eine konstante Kraft wirkt für 1 Sekunde in die gleiche Richtung. Wenn der Körper am Ende eine Geschwindigkeit von 9 m/s erreicht:

• Impuls (P): P₀ = 14 kg * 3 m/s = 42 kg·m/s; P = 14 kg * 9 m/s = 126 kg·m/s
• Kraft (F): ΔP = 126 - 42 = 84 kg·m/s; F = ΔP / t = 84 N / 1 s = 84 N

Aktion und Reaktion

Bei einer Interaktion zwischen zwei Körpern wirkt eine Kraft (Aktion) auf den zweiten Körper, während eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft (Reaktion) auf den ersten Körper wirkt.

Dynamik: Masse und Beschleunigung

Zwei Körper (m₁ = 50 kg, m₂ = 60 kg) sind durch ein Seil verbunden. Körper 1 schiebt Körper 2 mit einer Kraft von... Weiterlesen "Physik und Chemie: Übungen zu Dynamik und Gasgesetzen" »

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" »

Die Atmosphäre

Die Atmosphäre ist eine gasförmige Hülle, die unseren Planeten bis in etwa 1000 km Höhe umgibt. Sie enthält etwa 75 % der Gesamtmasse der Luft an der Erdoberfläche.

Troposphäre

Die Troposphäre reicht etwa 13 km hoch. In ihr finden die meisten Wetterphänomene statt, und die Luft ist durch vertikale Strömungen stark durchmischt. In der unteren Troposphäre bilden sich häufig Tiefdruckgebiete (Borrasca).

Tropopause

Die Tropopause ist die Übergangsschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre. Hier verlaufen die Jetstreams, Regionen mit starken Winden, die großen Einfluss auf das Wetter haben. Ihre Höhe ist je nach Jahreszeit und Breitengrad unterschiedlich.

Stratosphäre

Die Stratosphäre liegt etwa zwischen 13 und 50... Weiterlesen "Die Atmosphäre der Erde: Schichten und physikalische Eigenschaften" »

Grundlagen der Kinematik

Superposition von Bewegungen

Wenn ein mobiler Körper gleichzeitig zwei Bewegungen ausführt, werden die kinematischen Variablen (Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung) durch Addition der kinematischen Variablen der beiden Bewegungen erhalten.

Grundsatz der Unabhängigkeit

Wenn ein mobiler Körper aus zwei einfachen Bewegungen zusammengesetzt ist, verhält sich seine Position zu einem bestimmten Zeitpunkt unabhängig von den einzelnen Bewegungen, ob sie gleichzeitig oder nacheinander stattfinden.

Parabolische Bewegung

Eine Bewegung, die sich aus einer gleichförmigen geradlinigen Bewegung und einer gleichmäßig beschleunigten geradlinigen Bewegung zusammensetzt, die senkrecht zueinander stehen.

Reichweite

Die horizontale... Weiterlesen "Physik Grundlagen: Kinematik und Dynamik Begriffe" »

Gesetz der Gravitation

Jedes Objekt im Universum, das Masse besitzt, übt eine Anziehungskraft auf andere Objekte mit Masse aus, unabhängig von der Distanz zwischen ihnen. Nach diesem Gesetz gilt: Je massereicher die Objekte sind, desto größer ist die Anziehungskraft, und je näher sie beisammen sind, desto größer ist die Kraft, nach einem Gesetz der umgekehrten Proportionalität zum Quadrat des Abstands.

Betrachtet man zwei Massen, deren Größe klein ist im Vergleich zum Abstand, der sie voneinander trennt, können wir dies in einer Gleichung oder einem Gesetz zusammenfassen: Die Kraft, die ein bestimmtes Objekt mit der Masse m1 auf ein Objekt mit der Masse m2 ausübt, ist direkt proportional zum Produkt der Massen und umgekehrt proportional... Weiterlesen "Grundlegende Konzepte der Physik" »

Normalkraft und Grundlagen der Dynamik

Normalkraft:
N = -p
F = m · a

Schiefe Ebene

p_x = m · a
a = g · sin(α)

Trigonometrische Grundlagen

Gewicht auf der schiefen Ebene:
p_x = P · sin(α)
p_y = P · cos(α)

Zugkraft (Tension)

T = -p

Zwei befestigte Seile

Masse mit gleichem Winkel:
T = p / (2 · sin(α))

Masse ohne Winkel:
T = p / 2

Gezogene Objekte

Ein Objekt zieht ein anderes:
T = F - m₁ · a

Pendel-Kombination

• x-Komponente: T · sin(α) = m · a
• y-Komponente: T · cos(α) - m · g = 0
• tan(α) = a / g
• T = m · g / cos(α)

Elastische Kräfte und Dehnung

Federkraft:
F = k · Δx (Dehnung)
F = -k · Δx (Stauchung/Zip)

Vertikale Feder

Wenn wir die Führung hinstellen:
F = p → p = k · Δy
k · m = Δy / g

Reibungskräfte

Statische Reibung