Grundlagen der Kinematik und Laborgeräte

Grundlagen der Kinematik

Kinematik

Ein Teilbereich der Physik, der die Bewegung von Körpern, insbesondere deren Geschwindigkeit und Beschleunigung, untersucht.

Bezugssystem und Beobachter

Dient zur Messung von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Objekts im Raum (z. B. mittels kartesischer Koordinaten x, y, z).

Bahnkurve (Trajektorie)

Die Linie, die durch die Verbindung aller Punkte entsteht, die ein Objekt während seiner Bewegung durchläuft.

Ortsvektor

Dient dazu, die Position eines Objekts zu einem bestimmten Zeitpunkt in seiner Bewegung zu bestimmen und wird durch einen Pfeil dargestellt.

Physikalische Größen

Jede Eigenschaft, die gemessen werden kann. Man unterscheidet:

• Skalare Größen: Sind durch einen Zahlenwert und eine Einheit vollständig definiert (z. B. Temperatur, Masse).
• Vektorielle Größen: Benötigen zusätzlich zum Zahlenwert und der Einheit eine Richtung und einen Orientierungssinn. Sie werden durch einen Vektor dargestellt (z. B. Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung).

Vektor

Ein mathematisches Element, das durch einen Pfeil dargestellt wird und folgende Eigenschaften hat:

• Betrag (Länge): Repräsentiert den Zahlenwert der Größe.
• Richtung: Die Linie, auf der der Vektor liegt.
• Orientierung (Sinn): Wird durch die Pfeilspitze angezeigt.

* Ein Vektor wird durch einen Buchstaben mit einem Pfeil darüber dargestellt und hat immer einen Anfangs- und einen Endpunkt.

Geschwindigkeit

Eine vektorielle Größe, deren Betrag als die Strecke definiert ist, die ein Objekt pro Zeiteinheit zurücklegt. Die Einheit im internationalen System (SI) ist m/s, oft wird auch km/h verwendet.

Beschleunigung

Eine Beschleunigung existiert, wenn sich die Geschwindigkeit eines Objekts ändert. Sie ist positiv (+), wenn das Objekt schneller wird, und negativ (-), wenn es langsamer wird (Verzögerung).

Gleichförmige geradlinige Bewegung

Die Bahnkurve des Objekts ist eine gerade Linie. Der Geschwindigkeitsvektor ist konstant in Betrag, Richtung und Orientierung (keine Beschleunigung).

Gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung

Die Bahnkurve ist eine gerade Linie und der Betrag der Geschwindigkeit ändert sich gleichmäßig.

Gleichförmige Kreisbewegung

Das Objekt beschreibt eine kreisförmige Bahnkurve mit konstantem Geschwindigkeitsbetrag. Wichtige Größen sind:

• Radiant (rad): Eine Einheit zur Messung von Winkeln. Ein Radiant ist der Winkel, bei dem der zugehörige Kreisbogen die gleiche Länge wie der Radius des Kreises hat.
• Periodendauer (T): Die Zeit, die ein Objekt für eine volle Umdrehung benötigt. Die Einheit ist Sekunden (s).
• Frequenz (f): Die Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde. Die Einheit ist Hertz (Hz).

Grundlegende Laborgeräte

Pipette

Dient zur Aufnahme und Abgabe kleiner, präziser Flüssigkeitsmengen.

Meniskus ablesen (Eichstrich)

Der tiefste Punkt des Flüssigkeitsmeniskus muss die Markierungslinie (Eichstrich) tangieren, um das Volumen korrekt abzulesen.

Elektronische Waage

Dient zum genauen Wiegen von Substanzen. Mit der Tara-Taste kann das Gewicht des Wägegefäßes (z. B. eines Becherglases) auf null gesetzt werden, um anschließend nur die Substanz zu wiegen.

Messzylinder

Ein zylindrischer Behälter mit einer Skala, der zum Abmessen von Flüssigkeitsvolumina verwendet wird.

Messkolben

Ein Kolben mit einer exakten Ringmarke am Hals, der zur Herstellung von Lösungen mit einer genau definierten Konzentration verwendet wird.

Erlenmeyerkolben

Ein konischer Kolben, der häufig für chemische Reaktionen (z. B. Titrationen) verwendet wird. Er hat oft eine ungenaue Volumenskala.

Stehkolben

Ein Kolben mit flachem Boden, der für Reaktionen verwendet wird und selbstständig stehen kann. Er hat in der Regel keine genaue Volumenskala.

Becherglas

Ein zylindrisches Glasgefäß, das zum Lösen von Substanzen, für einfache Reaktionen und zum Auffangen von Flüssigkeiten dient. Es hat meist eine ungenaue Volumenskala.

Bürette

Ein graduiertes Glasrohr mit einem Hahn am unteren Ende, das zur genauen Abgabe variabler Flüssigkeitsmengen, insbesondere bei Titrationen, verwendet wird. Der Flüssigkeitsfluss wird durch den Hahn gesteuert. Sie wird mit einer Klemme an einem Stativ befestigt.