Grundlagen der Physik: Energie, Wellen und Licht

Grundlagen der Mechanik und Energie

Arbeit und Kraft: Die durch eine Kraft übertragene Energie bewirkt eine Energieübertragung. Die Arbeit, die durch eine Kraft auf einen Körper verrichtet wird, entspricht dem Produkt aus der Kraft und der Verschiebung des Angriffspunkts der Kraft in die gleiche Richtung der Bewegung.

• Leistung: Eine physikalische Größe, welche die Arbeit betrifft; sie wird als die in einer Zeiteinheit verrichtete Arbeit definiert.
• Kinetische Energie (Ec): Die Energie, die ein sich in Bewegung befindlicher Körper besitzt.
• Potenzielle Energie (Ep): Die Energie, die alle Körper aufgrund ihrer Position besitzen.
• Erhaltungsprinzip der mechanischen Energie (Em): Wenn auf ein System nur Gravitationskräfte und elastische Kräfte wirken, bleibt die mechanische Energie des Systems konstant.

Thermodynamik: Wärme und Temperatur

Wärme: Energie, die übertragen wird; sie geht als Folge einer Temperaturdifferenz von einem Körper auf einen anderen über. Wärme ist Energie im Übergang.

Temperatur: Ein Maß für die durchschnittliche Geschwindigkeit der Teilchen, die einen Körper bilden.

Latente Wärme: Die Energie, die pro Kilogramm eines Stoffes ausgetauscht wird, um eine Zustandsänderung bei konstanter Temperatur herbeizuführen.

Wellenlehre und Akustik

Welle: Eine Störung, die sich von einem Ort zum anderen ausbreitet. Diese Störungen sind normalerweise Schwingungen der Teilchen eines materiellen Trägers; eine Welle ist die Ausbreitung einer Schwingung im Raum.

• Longitudinalwellen: Wellen, bei denen die Schwingungsrichtung der Teilchen und die Ausbreitungsrichtung der Welle zusammenfallen; die Teilchen des Mediums schwingen parallel zur Ausbreitungsrichtung.
• Transversalwellen: Wellen, bei denen die Schwingungsrichtung der Teilchen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle steht.
• Echo: Das wiederholte Hören desselben Tons; es tritt erst nach dem direkten Schall durch Reflexion an einer ausreichend weit entfernten Fläche auf.

Optik: Licht und seine Eigenschaften

Licht: Eine transversale elektromagnetische Welle, die kein materielles Medium zur Ausbreitung benötigt; es breitet sich im Vakuum mit einer Geschwindigkeit von ca. 300.000 km/s aus.

Brechung: Tritt auf, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht, in dem seine Ausbreitungsgeschwindigkeit unterschiedlich ist.

Dispersion (Lichtzerlegung): Die Zerlegung von komplexem Licht in seine einfacheren Bestandteile; die Trennung des Lichts in die Wellenlängen, aus denen es sich zusammensetzt.