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Version vom 20. September 2006, 16:16 Uhr

Was ist Physik?

In diesem Kapitel wird die Physik selbst thematisiert. Es geht um:

• Grenzen und Möglichkeiten
• Erkenntnisgewinn
• Vorgehensweise
  • induktiv
  • deduktiv
• Abbildung der Realität mit Modellen
• Einschränkungen der Modelle
• Experimente und Fehler

Die Physik ist die Wissenschaft der in der Natur vorhandenden einzelnen Bausteine und der Gesetze nach welchen diese sich verhalten. Generell kann man die Physik in zwei große Kategorien einteilen, die Theoretische Physik und die Experimentalphysik, Diese bauen jedoch zwangsläufig stark aufeinander auf. Auf Grund dessen gibt es zwei Arten von physikalischer Forschung, oder physikalischen Experimenten. Zum einen kann man bei einem Experiment deduktiv oder induktiv vorgehen. Bei einer Deduktion forscht man zuerst mit Hilfe von Messinstrumenten, wobei man die enstandene Erkenntnis aufzeichnet und erst nach dem Versuch mit einer aufgestellten These oder einem Modell vergleicht. Bei einer Induktion wird ein Versuch nach einem zuvor konzipierten Modell oder einer Idee erarbeitet und durchgeführt. Experimente generell könnten aber überhaupt nicht gemacht werden, wenn es nicht zuvor einheitlich geregelte Maßvoragaben und Maßeinheiten gäbe. Die Erfassung jeglicher Daten kann deshalb nur durch Instrumente erfolgen die von der [|Physikalisch-Technischen Bundesanstalt] geeicht und geprüft wurden.

Energie, Energieträger und Potential - Ein zentrales Modell

Wiederholung und Zusammenfassung des Wissens aus Klasse 8-11.

Das Wasserbehältermodell

Anwendungen des Wasserbehältermodells

Mechanik

Wiederholung in Stichworten von Klasse 8 bis 11

Kinematik

Beschreiben von Bewegungen in einem Koordinatensystem, das man gewählt hat

Dynamik

Die Kraft

• Woran man Kräfte erkennt
• Kraftmessung mit Federkraftmessern
• Erdanziehungskraft
• Kräfteaddition/Vektoraddition
• Kräftegleichgewicht

Kraft und Impuls

• Massenträgheit und Bewegungszustand
• Zusammenhang zwischen Kraft und Impuls
• Impulserhaltung / "actio gleich reactio"

Kraft und Energie

• Energieübertragung mit Kräften
• s-F-Diagramm / E=Fs
• Lageenergie, Bewegungsenergie, Spannenergie
• Energieerhaltung und Energiebilanzen

Grundlagen über Felder

• Kraftübertragung
• Fern- und Nahwirkungstheorie
• Massen und Gravitationsfeld Wikipedia: Gravitation
• elektrische Ladung und elektrisches Feld
• magnetische Pole und magnetisches Feld
• Wikipedia: magnetische Monopole
• Stromfluss und Magnetfeld ???

Das Gravitationsfeld

Graphische Darstellung

• Feldlinien unter Zugspannung
• Feldflächen

Messung der Feldstärke

• Konzept des Probekörpers
• Stetige Verkleinerung des Probekörpers
• Unabhängigkeit von der Größe des Probekörpers

Das Potential

• Berechnung der Energie durch Wegintegrale
• Veranschaulichung durch Potentialgebirge
• Script Uni-Tübingen

Felderzeugende Masse und Feldstärke

• Newtonsches Gravitationsgesetz
• Cavendish-Experiment (Gravitations-Drehwaage)
• Gravitationskonstante

Das Zentralfeld

Links

• Wikipedia: Kategorie: Gravitation

Wiederholung elektrischer Grundbegriffe

• Energietransport
• Ladung
• Potential
• Spannung
• Stromstärke
• Widerstand

Elektrisches Feld

Einführung in die Elektrostatik

• Anziehung und Abstoßung
• Graphische Darstellung von elektrischen Feldern
• Grieskörnchenversuche
• Feldlinien / Zugspannung
• Feldflächen / Druckspannung
• Influenz
• Abschirmung (Faradayscher Käfig)

Messung der Feldstärke

• Konzept des Probekörpers
• Stetige Verkleinerung des Probekörpers
• Unabhängigkeit von der Größe des Probekörpers

Das Potential des elektrischen Feldes

• Script Uni Tübingen: Vergleich zwischem elektrischem und mechanischen Potential

Felderzeugende Ladung und Feldstärke

• Flächenladungsdichte
• Das Coulombsche Gesetz Wikipedia: Coulombsches Gesetz

Das Zentralfeld

Kondensatoren

• Plattenkondensator
• Kapazität eines Kondensators
• Energie elektrischer Felder
• Materie im elektrischen Feld

Milikanversuch

• Quantisierung der Ladung

Geladene Teilchen in elektrischen Feldern

• Oszilloskop

Magnetisches Feld

Ströme erzeugen Magnetfelder

Uni München, Elektromagnetismus

• Magnetfeld um einen Leiter
• Stromdurchflossenene Spule
• Feldstärke

Geladene Teilchen in magnetischen Feldern

• e/m-Bestimmung eines Elektrons
• Fernsehröhre
• Lorentzkraft (Kraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld)

Elektromotor

[1]

Halleffekt

• Hallsonde

Geschwindigkeitsfilter für bewegte Teilchen

• Wienfilter

Elektromagnetische Induktion

Das Induktionsgesetz

Energieerhaltung und Lenzsche Regel

Selbstinduktion

Induktivität einer Spule

Energie des magnetischen Feldes

Dynamo (Wechselstromgenerator)

Schwingungen

Grundbegriffe und Beispiele von Schwingungen

Hier werden anhand von wichtigen Beispielen die zentralen Begriffe einer Schwingung erläutert.

Mathematische Beschreibung von Schwingungen

Erzwungene Schwingungen

Mechanische Wellen

Grundbegriffe und Beispiele zu mechanischen Wellen

• Wellenlänge
• Ausbreitungsgeschwindigkeit
• Amplitude
• Energie

Dopplereffekt

• Dopplereffekt anhören
• Dopplereffekt erklärt
• Dopplereffekt, Machkegel und Überschall

Überlagerung (Interferenz) von Wellen

• wikipedia: Interferenz
• Einfache Überlagerung
• Videos von Wassertropfen und Wasserwellen
• Applet mit Interferenz zweier Kreis- oder Kugelwellen
• Applet, das eine Wellenwanne simuliert. Beeindruckend!
• Zwei Quellen Interferenz
• Phasenzeiger: Interferenz zweier Wellen

Stehende Wellen

• Orgelpfeifen, Blasinstrumente
• Applet mit Erklärung durch Überlagerung mit der reflektierten Welle
• Applet mit stehenden Längswellen in Musikinstrumenten

Elektromagnetische Wellen

Radio: Sender-Empfänger

Hertzscher Dipol

• Animation der elektrischen und magnetischen Feldstärken

Verknüpfung elektrischer und magnetischer Wechselfelder

Mikrowellen

• Experimente mit der Haushaltsmikrowelle
• Noch mehr Experimente...

Licht

Übersicht und Sammlung bisherigen Wissens

• Wellen- kontra Teilchenmodell
• Farben
• Lichtgeschwindigkeit
• geometrische Optik

Welleneigenschaften des Lichts

• Hygensches Prinzip
• Beugungs- und Interferenzerscheinungen

Teilcheneigenschaften des Lichts

• Fotoeffekt

Erzeugung von Licht (Lampen)

• Glühlampen (heiße Körper)
• leuchtende Gase
• LASER

Spezielle Relativitätstheorie

Quanten- und Atomphysik

Doppelspaltexperiment

• Das Photon am Doppelspalt; Teilchen oder Welle?

Beschreibung von Teilchen mit Wellenfunktionen

• Aufenthaltswahrscheinlichkeit
• Superposition

Elektronenbeugung

Das Unschärfeprinzip

• Heisenbergsche Unschärferelation

Atommodelle

• Energiesprünge
• Elektronium/Orbitale
• 3D-Animation eines Atommodells
• Der Quantensprung
• Programme zur Simulation des Wasserstoffatoms herunterladen