Grundlagen der modernen Physik

Spezielle Relativitätstheorie

• Erstes Postulat: Die physikalischen Gesetze sind in allen Inertialsystemen identisch und werden durch analoge Gleichungen ausgedrückt.
• Zweites Postulat: Der Wert der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 3 · 10⁸ m/s. Er hängt weder vom Beobachter noch von der Bewegung der Lichtquelle ab und ist eine absolute Geschwindigkeit.

Photoeffekt

Einige Metalle emittieren Elektronen, wenn sie mit elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge beleuchtet werden. Das Licht trifft auf die Kathode, wodurch Elektronen zur Anode gelangen und ein Stromfluss entsteht, der durch ein Amperemeter gemessen wird.

Ergebnisse:

• Die kinetische Energie ist unabhängig von der Intensität der Strahlung.
• Bei geringer Intensität dauert es einige Zeit, bis das Elektron die nötige Energie zum Austritt aus der Kathode erreicht.
• Hochenergetische Strahlung mit hoher Frequenz führt zu Elektronen mit hoher kinetischer Energie.
• Die Mindestenergie des Metalls ist durch die Grenzfrequenz definiert.

Kernphysik

• Atomkern: Der Kern wird zusammengehalten, indem er die elektrostatische Abstoßung zwischen Protonen überwindet.
• Kernspaltung: Aufspaltung schwerer Kerne in zwei oder mehr leichtere Kerne.
• Kernfusion: Vereinigung zweier Atomkerne zu einem größeren.

Gravitation

Kepler-Gesetze

• 1. Gesetz: Die Planeten beschreiben elliptische Bahnen, wobei die Sonne in einem Brennpunkt steht.
• 2. Gesetz: Der Ortsvektor eines Planeten in Bezug auf die Sonne überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen der Ellipse.
• 3. Gesetz: Die Quadrate der Umlaufzeiten der Planeten um die Sonne sind proportional zur dritten Potenz der mittleren Entfernung der Planeten von der Sonne.

Gravitationsgesetz

Zwei Massen M und m ziehen sich gegenseitig mit einer Zentralkraft an, die direkt proportional zum Produkt dieser Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen ihnen ist.

Merkmale der Gravitationskraft

• Kugelsymmetrische Zentralkraft.
• Die Bewegung findet in einer Ebene statt.
• Träge Masse: Widerstand eines Körpers gegen eine Zustandsänderung.
• Schwere Masse: Maß für die Stärke der Anziehung bei der Wechselwirkung von Körpern.

Feldbegriffe

• Feld: Eine physikalische Größe, die an jedem Punkt im Raum und zu jedem Zeitpunkt einen eindeutigen Wert annimmt.
• Potentielle Energie in einem Punkt: Arbeit, die von den Feldkräften verrichtet wird, um ein Teilchen von einem Punkt im Raum zum Ursprung zu bewegen.
• Gravitationspotential: Arbeit, die von den Kräften verrichtet wird, um ein Teilchen zum Ursprung des Potentials zu führen.
• Fluchtgeschwindigkeit: Minimale Geschwindigkeit eines Teilchens, um das Gravitationsfeld zu verlassen.