Grundlagen der Physik: Elektrizität, Mechanik & Optik

Schaltsymbole und ihre Funktionen

• Schalter: Zum Öffnen oder Schließen eines Stromkreises.
• Glühbirne: Leuchtet, wenn Strom durch sie fließt.
• Spannungsquelle (Batterie): Erzeugt elektrischen Strom mithilfe chemischer oder physikalischer Eigenschaften verschiedener Materialien.
• Leiter (Draht): Bietet einen Weg, durch den Ladung fließen kann.

Reihen- und Parallelschaltungen

Reihenschaltung

• Minimaler Verdrahtungsaufwand.
• Alle Elemente müssen funktionieren, damit der Stromkreis geschlossen ist.

Parallelschaltung

• Verfügt über mehrere Zweige.
• Mehr verfügbare Leistung (Spannung bleibt gleich, Strom addiert sich).

Gemeinsamkeit

• Beide benötigen eine Spannungsquelle (z.B. eine Batterie).

Elektromagneten: Anwendungen und Stärkung

Anwendungen von Elektromagneten

• Heben von Gegenständen (z.B. auf Schrottplätzen).
• Schreiben von Daten (z.B. auf Festplatten).
• In Elektromotoren.

Erhöhung der Stärke eines Elektromagneten

• Mehr Energie zuführen (höhere Stromstärke).
• Mehr Windungen um den Draht wickeln.

Aufbau und Funktionsweise eines Motors

Bestandteile eines Motors

• Welle.
• Drahtspule (Rotor).
• Magnet (Stator).

Funktionsweise eines Motors

• Spannungsquelle.
• Kommutator.
• Welle.
• Permanentmagnet.
• Elektromagnet (Drahtspule).

Das Bernoulli-Prinzip in der Luftfahrt

Bestimmte Formen von Flugzeugflügeln (Tragflächenprofile) bewirken, dass die Luft über der oberen Tragfläche schneller strömt als die Luft unter der Tragfläche. Dies führt zu einem Druckunterschied, der Auftrieb erzeugt.

Wärmeübertragung: Leitung, Konvektion, Strahlung

Leitung

Ist der Prozess, bei dem Energie von einem Objekt zum anderen übertragen wird, wenn sie sich berühren.

• Beispiel: Erhitzen von Tacos auf einem Herd.

Konvektion

Ist der Prozess, bei dem Energie durch die Bewegung einer großen Anzahl von Teilchen in die gleiche Richtung innerhalb einer Flüssigkeit oder eines Gases übertragen wird.

• Beispiel: Backen von Keksen oder Kuchen im Ofen.

Strahlung

Ist Energie, die sich als elektromagnetische Wellen bewegt.

• Beispiel: Erhitzen von Popcorn in der Mikrowelle.

Optik: Spiegel und Linsen

Spiegel

Spiegel lenken Licht durch Reflexion (Zurückwerfen des Lichts) um.

Linsen

Linsen lenken Licht durch Brechung (Änderung der Lichtrichtung beim Durchgang durch ein Medium) um.

Wichtige physikalische Definitionen

Elektrisches Feld

Ein Bereich, der ein geladenes Objekt umgibt, innerhalb dessen das Objekt eine elektrische Kraft auf ein anderes Objekt ausüben kann, ohne es zu berühren.

Elektromagnet

Ein Magnet, der durch das Einlegen eines Stücks Eisen oder Stahl in eine Drahtspule erzeugt wird.

Druck

Ein Maß dafür, wie viel Kraft auf eine bestimmte Fläche wirkt.

Bernoulli-Prinzip

Besagt, dass bei einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit der Druck innerhalb der Flüssigkeit sinkt.

Temperatur

Ist ein Maß für die mittlere kinetische Energie aller Teilchen in einem Objekt.

Physikalische Formeln

• Druck: p = F / A (Kraft pro Fläche)
• Temperaturumrechnung:
  • °C zu °F: (°C × 9/5) + 32 = °F
  • °F zu °C: (°F - 32) × 5/9 = °C

Spiegeltypen und ihre Eigenschaften

• Konvexspiegel: Erzeugt ein verkleinertes, aufrechtes Bild.
• Hohlspiegel: Kann je nach Objektabstand ein vergrößertes oder verkleinertes, aufrechtes oder umgekehrtes Bild erzeugen. (Oft umgekehrt bei Objekten außerhalb des Brennpunkts)

Linsentypen und ihre Eigenschaften

• Konkavlinse (Zerstreuungslinse): Erzeugt ein verkleinertes, aufrechtes Bild.
• Konvexlinse (Sammellinse): Kann je nach Objektabstand ein vergrößertes oder verkleinertes, aufrechtes oder umgekehrtes Bild erzeugen. (Oft umgekehrt bei Objekten außerhalb des Brennpunkts)