EP: ExperimentalPhysik - Einführung in die Physik

EP: ExperimentalPhysik - Einführung in die Physik
Dozenten:
Versuche:
Prof. W. Dünnweber und Prof. M. Faessler
P. Koza
Hörer:
Studenten der Tiermedizin (≈ 300) und Geowissenschaften
(≈200) mit Physik als Nebenfach (1-semestrige Einführung)
→Änderung Vorlesungsbeginn: Mittwoch 12h05 im gr. Physik-Hörsaal
(Montag 11h25 unverändert im gr.Ph.-H.)
Übungen:
Übungsaufgaben, schriftliche Lösungen:
siehe www.physik.lmu.de →Lehrangebot, EP
Besprechung der Aufgaben:
Montag 13h05 – 13h50 Geowissenschaftler?
Mittwoch 11h15- 12h00, Hörsaal E7 !! Tiermediziner ?,
Klausur**:
schriftlich, Datum: 6.2.2008 im Großen Physikhörsaal
**
Kann mündliche Vorphysikumsprüfung in Physik ersetzen (Freischuss!)
EP WS 2007/08 Dünnweber und Faessler
LITERATUR:
Hellenthal
Thieme Verlag 370 S.
„Physik für Pharm., Med. u. Biol.
Haas
„Physik für Pharm. u. Mediziner.“
Wissensch. Verlags Ges. 470 S.
Seibt
Edition Medizin VCH 440 S.
„Physik für Mediziner“
Stuart-Klages
Springer Verl. 370 S.
„Kurzes Lehrbuch der Physik“
Westphal
Springer Verl. 265 S.
„Kleines Lehrbuch d. Physik“
EP WS 2007/08 Dünnweber und Faessler
Kamke et al.
Teubner Verl. 640 S.
Trautwein et al.,
W. De Gruyter Verlag
„Physik für Mediziner“
„Physik für Medizinier“
520 Seiten
Vertiefende Bücher:
Gerthsen + Kneser + Vogel
Springer Verl. 900 S.
„Physik“
Tipler
Spektrum Akademischer Verlag1 520 S.
„Physik“
EP WS 2007/08 Dünnweber und Faessler
Wozu soll man dann noch in die Vorlesung gehen?
Mehrere Vorteile:
•Vorlesung muss sich kürzer fassen als Bücher
•Demonstrationsversuche
•Dozent beantwortet Fragen
•Man bekommt Hinweise zum Bestehen der Klausur
•...
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Einleitung:
Gegenstand, Ziel und Methode der
Physik, ihr Vokabular und ihre Grammatik
Maßeinheiten,
Basisgrößen und – einheiten (Vorausblick)
EP WS 2007/08 Dünnweber und Faessler
Gegenstand, Ziel und Methode der Physik
• Ursprung des Wortes:
Physis (griech.) = materielle Natur, Welt
Physik = Die Naturwissenschaft (ehemals)
• Ziel der Naturwissenschaften:
Aufbau der Materie und Wechselwirkungen zwischen materiellen
Objekten zu beschreiben und verstehen. Quantitative Voraussagen
• Womit befasst sich die spezielle Naturwissenschaft „Physik“ heute:
• Grundlagendisziplinen wie Mechanik, Thermo-, Elektrodynamik.......
und Sachgebiete wie Atom-, Kern-, Geo-, Biophysik.....
(dem Namen nach abtrünnige Gebiete: Chemie, Biologie, Geologie,
Astronomie, ...... Medizin)
• Physik ist a) quantitative (= „exakte“)
b) empirische
Wissenschaft
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Zur Methode der Physik
„Physik ist eine exakte, quantitative Wissenschaft“
Physik als „Sprache“ gedeutet verwendet als Vokabular nur
quantitative Begriffe = physikalische Größen
Wissenschaftstheorie unterscheidet zwischen qualitativen,
komparativen und quantitativen Begriffen.
Die Umgangssprache verwendet alle 3 Arten von Begriffen:
e.g. Qualitativer Temperaturbegriff:
heiß, kalt ...
komparativer
Begriff : heißer als, ...
Quantitativer
Begriff: T=18 Kelvin,..
Nicht nur solche aus der Physik übernommen:
Z.B:
Preis von XY = teuer, teurer als …. 5.- Euro
Mengenangaben: a weng, ..,weniger… 1 Maß Bier)
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„Physik ist eine empirische Wissenschaft“
• Physikalische Begriffe dienen der Beschreibung von
(empirisch) beobachtbaren Vorgängen in unserer
materiellen Welt
• Verwendung quantitativer Begriffe impliziert
Meßvorgang, d.h. Vergleich mit Referenzmaß, wie
Längenmaß, Temperaturskala → Maßeinheiten
• Quantitativer Begriff (= physikalische Größe)
ist Kürzel für Meßvorschriften
⇒ Versuche zu qualitativen Sinneswahrnehmungen
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Die Grammatik der Sprache Physik:
Physikalische Aussagen sind meist Gleichungen, die einfachsten:
PHYSIKALISCHE GRÖSSE = (ZAHL ± FEHLER) ⋅ EINHEIT
z. B.
T = (18.0 ± 1.0) K
Temperatur
Kelvin
Kompliziertere Aussagen (Gesetze oder auch Definitionen von neuen
phys. Größen) sind meist Gleichungen für Zusammenhänge zwischen
phys. Größen.
z. B.
Definition der Größe „mittlere Geschwindigkeit“
Newtonsches 2. Axiom (Gesetz oder Definition von Kraft)
x 2 − x1
vx =
= mittlere Geschwindigkeit
t 2 − t1
r
r
F = Kraft = m a = Masse mal Beschleunigung)
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Bei Zusammensetzung von Definitionen und Gesetzen zu Theorien
und Umformung von Gesetzen werden die Regeln der Logik und
Mathematik benötigt.
Bei der Verifizierung von Aussagen oder ganzen Theorien ist ein
wesentliches Kriterium die quantitative Übereinstimmung von
theoretischen Voraussagen mit experimentellen
Messergebnissen.
Naturwissenschaften sind das gewaltigste intellektuelle Gebäude
der Menschheit.
Eine Realisierung des Turms von Babel im geistigen Bereich mit
entsprechend gigantischen Anwendungen im praktischen Bereich
unseres Lebens (moderne Zivilisation) dank einer einheitlichen
Sprache.
→ Film „Powers of Ten“
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Maßeinheiten
• Standard (SI =Système International) Einheiten:
z. B. m, s, kg, Joule
• (nicht Standard z. B. feet, inch, Kalorie..)
• Man unterscheidet zwischen abgeleiteten und
Basiseinheiten
Die 7 Basiseinheiten werden Sie gleich sehen, alle
anderen sind abgeleitet
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Basisgröße (Symbol) Name f. SI- Basiseinheit
(Symbol für Einheit)
Länge (l)
Meter
(m)
Zeit (t)
Sekunde
(s)
Masse (m)
Kilogramm
(kg)
El. Stromstärke (I)
Ampère
(A)
Temperatur (T)
Kelvin
(K)
Lichtstärke ()
Candela
(cd)
Stoffmenge (n)
Mol
(mol)
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Präfixe und ihre Abkürzung () für Zehnerpotenzen von Einheiten
101
102
103
106
109
1012
1015
1018
deka
hekto
kilo
Mega
Giga
Tera
Peta
Exa
(da)
(h)
(k)
(M)
(G)
(T)
(P)
(E)
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
10-18
dezi
centi
milli
mikro
nano
pico
femto
atto
(d)
(c)
(m)
(µ)
(n)
(p)
(f)
(a)
z. B. 5 ⋅ 10-15 m = 5 fm (typischer Kerndurchmesser)
300 000 Kilometer = 300 000 km = 3 ⋅ 108 m *
1 ⋅ 1019 Joule = 10 EJ **
* Strecke, die Licht in einer Sekunde zurücklegt
** Energieverbrauch in Deutschland pro Jahr (2002)
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Es gibt keine Messung ohne Messfehler
•Ablesegenauigkeit
•Streuung des Messwertes bei Wiederholung der Messung
(statistischer Fehler)
•systematische Fehler
z. B. Messung der Zeit mit Armbanduhr: Ablesegenauigkeit 1 s
Quarzuhren: Streuung von 1/30000 [s/s]
Atomuhren: besser als 1/100000000000000
Man unterscheidet:
Präzisionsmessungen und explorative Messungen
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