Grundlagen der Physik

Wellenbrechung

Artikel über Wellenbrechung

Eine charakteristische Eigenschaft von Wellen ist die Brechung. Brechung tritt auf, wenn sich eine Welle, die sich ursprünglich durch ein Medium ausgebreitet hat, in ein anderes Medium eintritt. Beispielsweise breitet sich eine Schallwelle zunächst durch die Luft aus und trifft dann auf eine Wand. Ein Teil der Schallwellen wird von der Wand reflektiert, ein anderer Teil gebrochen. Brechung bedeutet, dass Schallwellen in der Wand absorbiert oder durchgelassen werden, sich aber ihre Ausbreitungsrichtung ändert. Diese Änderung der Ausbreitungsrichtung entsteht dadurch, dass sich die Schallgeschwindigkeit beim Übergang in ein anderes Medium ändert.

Definitionsformel und Arten von mechanischen Wellen

Artikel über die Definitionsformel und die Arten von mechanischen Wellen

Definition von mechanischen Wellen

Hält man ein Ende eines Seils fest und bewegt es auf und ab, entsteht eine Welle, die sich entlang des Seils ausbreitet. Wirft man einen Stein ins Wasser, bilden sich Wellen auf der Wasseroberfläche. Seil und Wasser schwingen nur auf und ab, bewegen sich aber nicht horizontal. Wellen auf einem Seil und Wellen im Wasser sind Beispiele für mechanische Wellen.

Mechanische Wellen sind Wellen, die sich durch ein Medium ausbreiten. Beispiele hierfür sind Wellen in Seilen oder Saiten, Wellen im Wasser, Schallwellen in der Luft und Erdbebenwellen im Boden. Wellen können sich über weite Strecken ausbreiten, solange sich das Medium, durch das sie schwingen, in der Nähe seiner Ruhelage befindet.

Reflexion von Wellen

Definition von Reflexion und Beispiele im Alltag

Eine Eigenschaft von Wellen ist die Reflexion. Meerwasserwellen breiten sich im Meer aus; wenn sie auf einen Felsen treffen, kehrt sich die Wellenrichtung um. Dasselbe gilt für Wasserwellen in der Badewanne: Wenn sie auf eine Wand treffen, kehren sie sich in die Richtung um, aus der sie kamen.

Beispiele für Schallreflexionen sind Echos und Nachhall. Nachhall entsteht, wenn Schall reflektiert wird, während die Schallquelle noch erklingt. Echos treten üblicherweise in geschlossenen Räumen auf. Nachhall hingegen entsteht, wenn Schall reflektiert wird, nachdem die Schallquelle verstummt ist. Echos treten typischerweise im Freien auf und sind nicht störend, Nachhall hingegen ist oft lästig, da beispielsweise die Reflexion der Stimme einer Person an den Wänden in einem geschlossenen Raum zu einer undeutlichen Sprachverständlichkeit führt. Um dies zu vermeiden, werden in geschlossenen Räumen wie Auditorien oder Musikstudios häufig Luftschwingungsdämpfer installiert, die den Schall so übertragen, dass keine Schallreflexionen entstehen.

Elektrischer Strom, elektrische Ladung, Magnetfeld, magnetische Kraft

Artikel über elektrischen Strom, elektrische Ladung, Magnetfeld und magnetische Kraft

Im Jahr 1819 entdeckte der dänische Wissenschaftler Hans Christian Ørsted (1777–1851) den Zusammenhang zwischen Magnetismus und elektrischen Strömen bzw. bewegten Ladungen. Er fand heraus, dass eine Kompassnadel abgelenkt wird, wenn sie sich in der Nähe eines stromführenden Drahtes befindet. Fließt kein Strom, zeigt die Kompassnadel nach Norden.

Eine Kompassnadel ist ein Magnet und kann daher durch eine magnetische Kraft bewegt werden. Woher kommt diese magnetische Kraft (F)? In der Nähe der Kompassnadel befindet sich ein stromdurchflossener Draht, sodass die magnetische Kraft vom Stromfluss ausgehen muss.

Dielektrikum

Ein Dielektrikum ist ein Isolator, der die beiden Platten oder Schichten des Leiters auf einem Kondensator trennt. Isolatoren sind Materialien, die keinen elektrischen Strom leiten, beispielsweise Kunststoff, Glas, Papier oder Holz. Die dielektrische Funktion besteht darin, die Kapazität zu erhöhen, sodass der Kondensator mehr elektrische Ladung und elektrische potenzielle Energie speichern kann.

Ein Kondensator funktioniert nur, wenn sich die beiden Leiterplatten nicht berühren und somit kein Ladungstransport zwischen den Leitern stattfindet. Ebenso muss der Raum zwischen den beiden Leitern ein Vakuum sein, damit keine Ladung vom Leiter in die Luft übergeht. Im Abschnitt über Plattenkondensatoren wurde bereits die Kapazität von Plattenkondensatoren mit Vakuum zwischen den Platten erläutert. Die Kapazität eines Kondensators im Vakuum ist begrenzt. Um sie zu erhöhen, wird ein Dielektrikum zwischen die beiden Platten eingebracht.

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Elektrische Energie wird in Kondensatoren gespeichert.

Artikel über die in Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie

Der Kondensator besteht aus zwei Leiterplatten, zwischen denen sich ein Dielektrikum befindet. Anfangs sind die beiden Leiter elektrisch neutral. Damit der Kondensator funktioniert, muss jede Leiterplatte elektrisch geladen sein, wobei die Ladungsmenge in beiden Leitern gleich groß, aber unterschiedlicher Art ist. Angenommen, einer der geladenen Leiter hat eine Ladung von Q = +10 Coulomb , der andere von Q = -10 Coulomb. Das Vorhandensein gleich großer, aber entgegengesetzter Ladungen in beiden Leitern erzeugt ein elektrisches Feld zwischen den beiden Leiterplatten. Die Feldrichtung verläuft von der positiven zur negativen Ladung. Zusätzlich besteht eine Potenzialdifferenz zwischen den beiden Leitern: Positiv geladene Leiter haben ein höheres, negativ geladene Leiter ein niedrigeres Potenzial.

Gleichung des Kondensatorschaltkreises

Artikel über die Gleichung eines Kondensatorschaltkreises

Ein Kondensator hat eine bestimmte Kapazität. Reicht diese nicht aus, können zwei oder mehr Kondensatoren miteinander verbunden werden, um die benötigte Kapazität zu erreichen. Für die korrekte Verschaltung eines Kondensators sind Kenntnisse über Kondensatorschaltungen erforderlich. 🙂

Gleichung des Kondensatorschaltkreises 1 Vor dem Studium der Kondensator Um einen Schaltplan zu erstellen, sollten Sie zunächst die folgenden Symbole verstehen. Die beiden vertikalen Linien im Kondensatorsymbol stellen zwei Leiter eines Plattenkondensators dar. Im Batteriesymbol steht eine längere vertikale Linie für ein höheres Potenzial (+) und eine kürzere für ein niedrigeres Potenzial (-). Die horizontale Linie sowohl im Kondensator- als auch im Batteriesymbol stellt das Kabel dar.

Kapazität des Kondensators

Definition der Kapazität von Kondensatoren

Ein kleines Glas fasst wenig Wasser, ein großes Glas hingegen mehr. Je größer das Volumen des Glases, desto mehr Wasser kann es enthalten. Jedes Glas hat also ein bestimmtes Fassungsvermögen für Wasser. Ähnlich wie Glas können auch Kondensatoren elektrische Ladungen und elektrische Energie speichern. Die Fähigkeit eines Kondensators , elektrische Ladung und elektrische Energie zu speichern, wird als Kapazität bezeichnet.

Faktoren, die die Kapazität beeinflussen

Die Fähigkeit eines Glases, Wasser zu speichern, wird durch sein Volumen bestimmt. Wie verhält es sich bei Kondensatoren? Wodurch wird die Fähigkeit eines Kondensators bestimmt, elektrische Ladung zu speichern?

Addition von Vektoren

Artikel über die Addition von Vektoren

1. Vektor- und Skalargrößen

Neben den fundamentalen und abgeleiteten Größen lassen sich physikalische Größen in zwei weitere Typen unterteilen: Skalare und Vektorgrößen. Größen wie Masse, Entfernung, Zeit und Volumen sind Skalare – sie besitzen nur einen Betrag, aber keine Richtung. Vektorgrößen hingegen sind Größen wie Verschiebung, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft – sie besitzen sowohl einen Betrag als auch eine Richtung.

a. Unterschied zwischen skalarer und vektorieller Größe

Wenn man sagt, die Masse eines Balls betrage 400 Gramm, genügt diese Aussage, um die Masse des Balls zu bestimmen. Man benötigt keine Richtungsangabe, um die Masse des Balls zu ermitteln. Dasselbe gilt für Zeit, Temperatur, Volumen, Dichte usw. Es gibt einige physikalische Größen, die nicht allein durch ihren Betrag ausgedrückt werden können. Wenn man sagt, ein Kind bewege sich 100 Meter weit, reicht diese Aussage nicht aus. Man könnte fragen: Wohin bewegt es sich? Nach Norden, Süden, Osten oder Westen? Ebenso verhält es sich, wenn man sagt, man schiebe den Tisch mit einer Kraft von 200 N.

Physikalische Größen in der linearen Bewegung

Artikel über die physikalischen Größen in der linearen Bewegung

1. Zeitintervall

Wenn sich ein Objekt von einem Ort zum anderen bewegt, benötigt es ein bestimmtes Zeitintervall. Das Zeitsymbol ist t (Zeit). Die internationale Zeiteinheit ist die Sekunde (s).

2. Distanz und Verschiebung

Die Entfernung ist die Länge des Weges, den ein Objekt zurücklegt. Sie ist eine skalare Größe und somit richtungsunabhängig. Das Symbol für die Entfernung ist d, die Einheit im internationalen Einheitensystem ist Meter (m).