Physik der Oberstufe – Naturwissenschaften

Elektrische Ladung

Elektrisches Ladungsmaterial

Betrachten Sie einen Gegenstand in Ihrer Umgebung. Zerstört man einen Gegenstand, beispielsweise einen Stein, zerfällt dieser in viele kleinere Stücke. Wird der Stein erneut zerdrückt, zerfällt er in noch kleinere Stücke. Was passiert, wenn die Steinstücke wieder zerdrückt werden? Natürlich werden sie erneut zerdrückt und zerfallen in noch kleinere Stücke. Können Steine in unendlich viele kleine Teile zerlegt werden? Die Tatsache, dass jeder Gegenstand, wenn er in kleinere Teile zerlegt wird, irgendwann einen Punkt erreicht, an dem der kleinste Teil des Gegenstands nicht weiter zerteilt werden kann. Dieser kleinste Teil eines Gegenstands, der nicht weiter zerlegt werden kann, wird Atom genannt. Ein Atom ist also der kleinste Bestandteil aller Materie im Universum.

Hukum Newton

Die Newtonschen Bewegungsgesetze bestehen aus drei Gesetzen, nämlich dem ersten Newtonschen Gesetz, dem zweiten Newtonschen Gesetz und dem dritten Newtonschen Gesetz.

Newtons erstes Gesetz

Das erste Newtonsche Gesetz besagt, dass jeder Körper, der sich in Ruhe befindet, in Ruhe bleibt oder dass jeder Körper, der sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, sich weiterhin geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wenn die auf den Körper wirkende Gesamtkraft null ist.

Reibungskraft

Reibung ist eine Kraft, die die Bewegung eines Objekts hemmt. Diese Kraft wirkt zwischen sich berührenden Oberflächen. In diesem Abschnitt wird die Reibung zwischen zwei festen, sich berührenden Oberflächen betrachtet, beispielsweise die Reibung zwischen der Unterseite eines Blocks und dem Boden, die Reibung zwischen der Schuhsohle und dem Boden oder die Reibung zwischen einem Autoreifen und der Straße.

Impuls und Kraft

Linearer Impuls
Der lineare Impuls, üblicherweise als Impuls abgekürzt, ist definiert als das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit.
p = mv
Beschreibung: p = Impuls, m = Masse (Kilogramm), v = Geschwindigkeit (Meter/Sekunde)
Der Impuls ist eine vektorielle Größe und besitzt daher neben seinem Betrag auch eine Richtung. Die Richtung des Impulses entspricht der Richtung der Geschwindigkeit oder der Bewegungsrichtung des Objekts.

Gesetz der Erhaltung der mechanischen Energie

Der Arbeits-Energie-Satz besagt, dass die gesamte Arbeit, also der Aufwand, den eine resultierende Kraft an einem Objekt verrichtet, gleich der Änderung der kinetischen Energie des Objekts ist. Verrichtet die resultierende Kraft positive Arbeit (wirkt sie in Richtung der Verschiebung), so erhöht sich die kinetische Energie des Objekts. Verrichtet die resultierende Kraft hingegen negative Arbeit (wirkt sie entgegen der Verschiebung), so verringert sich die kinetische Energie des Objekts.

Anstrengung und Energie

Wenn man ein Buch auf einem Tisch schiebt, bis es sich bewegt, verrichtet man Arbeit am Buch. Wenn ein Gegenstand aufgrund der Schwerkraft zu Boden fällt, verrichtet die Schwerkraft Arbeit an dem Gegenstand. Umgekehrt: Wenn man einen Gegenstand mit aller Kraft schiebt, bis man schweißgebadet ist, er sich aber nicht bewegt, hat man keine Arbeit an ihm verrichtet. Im Alltag sagen andere oft, man habe Arbeit verrichtet oder sich angestrengt, um den Gegenstand zu schieben, aber physikalisch gesehen hat man keine Arbeit verrichtet, da sich der Gegenstand nicht bewegt.

gleichförmige Kreisbewegung

Im Alltag begegnen uns häufig Gegenstände, die sich kreisförmig bewegen. Ein Beispiel dafür sind die Zeiger einer analogen Uhr: Sekunden-, Minuten- und Stundenzeiger. Der Sekundenzeiger legt in 60 Sekunden (einer Minute) immer einen Winkel von 360 ^{° zurück, also 6}^° pro Sekunde. Der Minutenzeiger legt in 60 Minuten (einer Stunde) ebenfalls immer einen Winkel von 360 ^° zurück , also 6 ^° pro Minute. Auch der Stundenzeiger legt in 24 Stunden (einem Tag) immer einen Winkel von 360 ^° zurück . Bewegen sich Objekte wie Sekunden-, Minuten- oder Stundenzeiger regelmäßig kreisförmig, spricht man von einer gleichförmigen Kreisbewegung . Kennst du ein Beispiel für eine regelmäßige Kreisbewegung, die du schon einmal beobachtet oder dir vorgestellt hast?

Hookesches Gesetz

Wenn man ein Gummiband oder einen Gummireifen bis zu einem gewissen Punkt dehnt, dehnt er sich. Lässt man die Spannung nach, kehrt er in seine ursprüngliche Länge zurück. Genauso verhält es sich mit einer Feder: Dehnt man sie, dehnt sie sich ebenfalls und kehrt nach dem Loslassen in ihre ursprüngliche Länge zurück. Federn und Gummi dehnen sich beim Dehnen und kehren nach dem Loslassen der Spannung in ihre ursprüngliche Länge zurück, weil sie elastisch sind. Elastizität ist die Fähigkeit eines Objekts, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn die auf es einwirkende Kraft entfernt wird.

Regeln für signifikante Stellen

Artikel über die Regeln für signifikante Stellen

Signifikante Stellen sind Zahlen, die durch Messungen gewonnen werden und aus bestimmten signifikanten Stellen (die am Messgerät abgelesen werden) und einer abschließenden, geschätzten Stelle bestehen.

Angenommen, wir messen die Länge eines Objekts mit einem Lineal (Genauigkeit: 1 mm bzw. 0,1 cm) und geben das Ergebnis mit drei signifikanten Stellen an, beispielsweise 4,55 cm. Wird die Länge des Objekts mit einem Messschieber (Genauigkeit: 0,1 mm bzw. 0,01 cm) gemessen und das Ergebnis mit vier signifikanten Stellen angegeben, beispielsweise 4,485 cm, und wird die Länge mit einer Mikrometerschraube (Genauigkeit: 0,01 mm bzw. 0,001 cm) gemessen, wird das Ergebnis mit fünf signifikanten Stellen angegeben, beispielsweise 3,4845 cm. Dies zeigt, dass die Anzahl der signifikanten Stellen eines Messergebnisses dessen Genauigkeit widerspiegelt. Je mehr signifikante Stellen angegeben werden können, desto genauer ist die Messung. Die Längenmessung eines Objekts mit einer Mikrometerschraube ist natürlich genauer als mit einem Messschieber und einem Lineal.

Keplers Gesetze

Keplers Gesetz Material

Erinnerst du dich an deine erste Autofahrt (nicht als Baby)? Im fahrenden Auto hattest du den Eindruck, als würden sich Bäume oder Gebäude bewegen. Damals dachtest du vielleicht, die Bäume oder Gebäude bewegten sich, während du und das Auto stillstanden. In Wirklichkeit bewegten sich aber ihr und das Auto, während die Bäume oder Gebäude stillstanden. Diese scheinbare Bewegung erleben wir tatsächlich jeden Tag. Jeden Morgen geht die Sonne am östlichen Horizont auf, wandert dann nach Westen und geht am Nachmittag am westlichen Horizont unter. Genauso sieht man nachts oft den Mond von Osten nach Westen wandern. Hast du jemals darüber nachgedacht oder vermutet, dass sich Sonne und Mond um die Erde bewegen, während die Erde stillsteht?