Grundlegende Konzepte der Physik

Gesetz der Gravitation

Jedes Objekt im Universum, das Masse besitzt, übt eine Anziehungskraft auf andere Objekte mit Masse aus, unabhängig von der Distanz zwischen ihnen. Nach diesem Gesetz gilt: Je massereicher die Objekte sind, desto größer ist die Anziehungskraft, und je näher sie beisammen sind, desto größer ist die Kraft, nach einem Gesetz der umgekehrten Proportionalität zum Quadrat des Abstands.

Betrachtet man zwei Massen, deren Größe klein ist im Vergleich zum Abstand, der sie voneinander trennt, können wir dies in einer Gleichung oder einem Gesetz zusammenfassen: Die Kraft, die ein bestimmtes Objekt mit der Masse m1 auf ein Objekt mit der Masse m2 ausübt, ist direkt proportional zum Produkt der Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen:

Eine Kraft ist von zentraler Bedeutung, wobei r der Ortsvektor ist, der parallel zum Vektor der Kraft F ist. Das Moment der Kraft M = r'F = 0 ist. Bezüglich der Beziehung zwischen ihnen, wenn die Kräfte auf die Partikel und den Drehimpuls (Drehimpulssatz) wirken, kommt man zu dem Schluss, dass:

Funktionsweise einer Lupe

Die Funktionsweise eines Objektivs wird im Strahlengang der Abbildung dargestellt. Das Objekt befindet sich im Brennpunkt, sodass das Bild in der Unendlichkeit gebildet wird. Schließlich wird die Bildkonstruktion vom Auge durchgeführt, und die Größe auf der Netzhaut ist größer als die Form ohne eine Lupe.

Youngs Experiment

Youngs Experiment wurde durchgeführt, um die korpuskulare oder Wellennatur des Lichts zu erkennen. Young fand ein Interferenzmuster von Licht einer entfernten Quelle, das beim Durchgang durch zwei Spalte gebeugt wurde – ein Ergebnis, das zur Theorie der Wellennatur des Lichts beitrug. Er betrachtete die Erfahrung als grundlegende Erkenntnis über die Korpuskel-Welle-Dualität, eine Eigenschaft der Quantenmechanik. Das Experiment kann auch mit Elektronen, Atomen oder Neutronen durchgeführt werden, um Interferenzmuster zu erzeugen, die denen ähneln, die mit Licht erhalten werden, was somit das duale Welle-Korpuskel-Verhalten der Materie zeigt.

Gesetz der Reflexion und Brechung

Reflexion ist die Richtungsänderung eines Strahls oder einer Welle, die auf die Grenze zwischen zwei Medien trifft, sodass sie in das ursprüngliche Medium zurückkehrt. Gängige Beispiele sind die Reflexion von Licht, Schall und Wellen im Wasser.

Gesetze der regelmäßigen Reflexion. Wenn die spiegelnde Fläche sehr glatt ist, spricht man von Spiegelreflexion oder regelmäßiger Reflexion von Licht. Für diesen Fall sind die Gesetze der Reflexion wie folgt: Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und die Normale zur spiegelnden Fläche an der Stelle des Einfalls liegen in derselben Ebene.

Der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Normalen ist gleich dem Winkel zwischen dem reflektierten Strahl und der Normalen.

Brechung ist die Richtungsänderung, die eine Welle erfährt, wenn sie von einem Medium in ein anderes übergeht. Sie tritt nur auf, wenn die Welle schräg auf die Oberfläche zwischen den beiden Medien einfällt und wenn diese unterschiedliche Brechungsindizes haben. Die Brechung entsteht durch die Veränderung der Geschwindigkeit der Welle. Ein Beispiel für dieses Phänomen ist, wenn ein Stift in ein Glas Wasser getaucht wird: Der Bleistift scheint gebrochen.