Grundlagen der Physik: Gravitation, Kosmologie, Energie und Mechanik
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Thema 5: Gravitation und Kosmologie
Gravitation
Die Beschleunigung eines frei fallenden Körpers. Ihr Wert hängt von der Masse und dem Radius des anziehenden Planeten ab.
Kosmologie
Ein Teilgebiet der Astronomie, das die Entstehung, Struktur und Entwicklung des Universums studiert.
Thema 6: Energie, Arbeit und Maschinen
Energie
Die Fähigkeit eines Systems, eine Veränderung an sich selbst oder an der Umwelt hervorzurufen.
Arbeit
Energie, die durch die Verrichtung einer Kraft übertragen wird. Eine Kraft verrichtet Arbeit, wenn sie Energie überträgt. Die Arbeit, die eine Kraft an einem Körper verrichtet, ist gleich dem Produkt aus Kraft und der Verschiebung des Angriffspunkts der Kraft in Richtung der Bewegung. W = F * Δx. Ihre Einheit im Internationalen System der Einheiten (SI) ist wie bei der Energie das Joule (J).
Maschine
Geräte oder Vorrichtungen zur Übertragung einer Kraft oder zur Veränderung der Arbeitsweise. Die Arbeit, die die treibende Kraft bereitstellt, ist gleich der Arbeit, die von der Widerstandskraft geleistet wird.
Bei einer einfachen Maschine gibt es nur eine treibende Kraft und eine Widerstandskraft. Die wichtigsten einfachen Maschinen sind der Hebel, die schiefe Ebene und die hydraulische Presse.
Hebel
Eine einfache Maschine, die aus einem starren Stab besteht, der um einen festen Punkt, den Drehpunkt (Fulcrum), drehbar ist. Es gibt drei Arten von Hebeln:
- Hebel erster Art: Der Drehpunkt befindet sich zwischen der treibenden Kraft und der Widerstandskraft.
- Hebel zweiter Art: Die Widerstandskraft befindet sich zwischen dem Drehpunkt und der treibenden Kraft.
- Hebel dritter Art: Die treibende Kraft befindet sich zwischen dem Drehpunkt und der Widerstandskraft.
Leistung
Eine Größe, die die Arbeit in Bezug zur Zeit setzt. Sie wird definiert als die pro Zeiteinheit verrichtete Arbeit: P = W / t. Ihre Einheit im Internationalen System der Einheiten (SI) ist das Watt (W).
Kinetische Energie
Die Energie, die Körper aufgrund ihrer Bewegung besitzen. Sie wird auch als Bewegungsenergie bezeichnet. Ekinetisch = 1/2mv2.
Potenzielle Energie
Die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Position oder seines Zustands besitzt.
- Gravitationspotenzielle Energie: Epotenziell = mgh
- Elastische potenzielle Energie: Epotenziell = 1/2kx2
Prinzip der Erhaltung der mechanischen Energie
Wenn in einem System nur elastische und Gravitationskräfte wirken, bleibt die mechanische Energie des Systems konstant. Emechanisch = Ekinetisch + Epotenziell = konstant.