Basiswissen Physik - 9. Jahrgangsstufe (G9)

Basiswissen Physik - 9. Jahrgangsstufe (G9)
Mechanik
Reibung:
Entsteht bei festen Körpern durch Verzahnung der Unebenheiten in der
Oberfläche und ist in der Realität immer vorhanden ! Sie kann
erwünscht oder unerwünscht sein.
Reibungskräfte:
Reibungskräfte sind immer der Bewegungsrichtung entgegengesetzt
und zum Gewicht (bzw. allgemein: Normalkraft) proportional, zumeist
aber unabhängig von Fläche und Geschwindigkeit (Ausnahmen:
Gummireifen, Luftreibung).
Reibungskraft:
(µ = Gleit- oder Rollreibungszahl)
Formel gilt auch für die Haftkraft:
(µΗ = Haftzahl)
FR = µ FG
FH = µΗ FG
Goldene Regel der Mechanik:
Das Produkt aus Kraft und Weg in Kraftrichtung ist für reibungsfreie
Kraftwandler konstant, d.h. eine kleinere Kraft erkauft man sich mit
einem größeren Weg.
Arbeit:
Für konstante Kräfte F in Wegrichtung gilt:
speziell:
Arbeit W = F s
Einheit:
Reibungsarbeit:
WR = µmgs
Hubarbeit:
Wh = mgh
1
Wsp = Ds 2
s
Spannarbeit:
Energie:
Nm = Joule J
m
Merke: N = kg 2
s
verrichtet man an einem Körper Arbeit, so ist diese in Form von
Energie in ihm gespeichert. Ein Körper, der Energie besitzt vermag
Arbeit zu verrichten. Diese ist gleich der Energieänderung:
W = ΔE
Speziell:
Lageenergie (potentielle E.):
Epot = mgh
1
E sp = Ds 2
Spannenergie:
2
1
Bewegungsenergie (kinetische E.): E kin = mv 2
2
© Michael Patzke, Louise-Schroeder-Gymnasium, München
!
Energieerhaltung:
Für ein abgeschlossenes System gilt: die Summe aller Energien bleibt
konstant (Energieerhaltungssatz), einzelne Energiearten können in
einander umgewandelt werden.
Leistung:
Die pro Zeit verrichtete Arbeit oder umgesetzte Energie
P=
Wirkungsgrad:
W "E
Einheit:
=
t
t
J
= Watt (W )
s
In realen Systemen gilt die goldene Regel der Mechanik bzw. der
Energieerhaltungssatz nie exakt, es gibt immer nicht nutzbare Arbeit
! bzw. Energie. Der Bruchteil der nutzbaren Arbeit/Energie/Leistung an
der aufgewandten heißt Wirkungsgrad.
"=
W Nutz
P
= Nutz
W Aufwand PAufwand
Es gilt stets:
η<1
Wärmelehre (nur mat.-nat Zweig)
!
Celsiustemperatur:
Absolute Temperatur:
Einheit:
Einheit:
θ
T
Umrechnung:
Absoluter Nullpunkt:
T=
1°C
1 Kelvin K
# "
%
+273 K
$ 1°C
&
T=0K
bzw. θ = −273 °C
(kleinste sinnvolle Temperatur)
!
Brownsche Bewegung:
Eigenbewegung, die alle Teilchen eines Körpers oberhalb des absoluten
Nullpunktes ausführen.
Wärme:
Die Summe der kinetischen Energien der Teilchen
eines Körpers ist gleich seiner inneren Energie bzw. Wärme.
Änderung der inneren Energie eines Körpers bei Erwärmung / Abkühlung:
Ei = c m Δθ
c = spezifische Wärmekapazität, Einheit
Aggregatszustände: fest, flüssig, gasförmig gekennzeichnet
durch abnehmende Ordnung
J
kgK
!
Aggregatszustandsänderungen:
Um einen höher geordneten Aggregatszustand anzunehmen
(z.B. erstarren) ist Energiezufuhr nötig, ansonsten wird
Energie abgegeben (z.B. schmelzen)
© Michael Patzke, Louise-Schroeder-Gymnasium, München