1.1 Grundlagen der Mechanik 1.2 Grössenordnungen in der Physik

2
1.1 Grundlagen der Mechanik
1.2 ModellBildung und Schwerpunkt
1.1 Grundlagen der Mechanik
2.1 Modellbildung und Massenmittelpunkt
Formeln:(physikalische) Größen
• 7 Basisgrößen
Symbol
Modell: einfacher, physikalischer Prozess in Maßstab zur Realität
Bsp.: Klimamodell
7 Basisgrößen
SI - Basis Einheit
Einheitszeichen
Englische Bezeichnung
l
Länge
Meter
[m]
length
m
Masse
Kilogramm
[kg]
mass
t
Zeit
Sekunde
[s]
time
T
Temperatur
Kelvin
[K]
temperature
I
Stromstärke
Ampere
[A]
electric current
n
Stoffmenge
Mol
[mol]
amount of substance
Lu
Lichtstärke
Candela
[cd]
cuminous intensity
Athmosphäre
E
einfaches Klimamodell:
Sonne
komplexes Klimamodell:
• mehrere Subsysteme:
- Ozeane
- chemische Prozesse
- Strahlung
- Wind
v = s/t
Geschwindigkeit =Weg/Zeit
2.2 Freiheitsgrade
3 Translationsbewegungen
3 Rotationsbewegungen
S
F: m . a
Kraft: Masse . Beschleunigung
Fg = m . g m/s
3
Gravitationsbeschleunigung
1.2 Grössenordnungen in der Physik
Masse der Erde: MErde = 5 973 600 000 000 000 000 000 000 kg / ME = 5,973 . 1024 kg
Beispiel:1000 = 1 . 103
100 = 1 . 102
1500 = 1,5 . 103
bei Zahlen <1:
0,1 = 1 . 10-1
0,01 = 1 . 10-2
Vielfaches
der Einheit
Vorsilbe
Abkürzung
1012
Tera
T
109
Giga
G
106
Mega
M
10
Kilo
K
10
Deka
da
10-1
Dezi
d
10
Centi
c
10
Milli
m
10-6
Micro
k
10-9
Nano
n
10-12
Pico
p
3
-2
-3
• Wann wurde der Meter definiert?
1790
• Wie lautete diese Definition?
40 millionste Teil der Länge zum Erdmeridian | Heute: Licht im Vakuum 299 792 488 m/s
• Was ist ein Natur-/ Kunstmaß? Es ist individuell wählbar. / Es ist genormt.
• Was war das erste Hilfsmittel zur Zeitrechnung?Sonnenuhr
• Wo befindet sich das Urkilogram?
In Paris.
Dario SOMMER, 5a
i
1 Freiheitsgrad
3. Bewegung, Geschwindigkeit und
Beschleunigung
Geschwindigkeit = Weg/Zeit
/t = V bzw. ∆s/∆t
s
Delta (= Unterschied, Differenz)
Einheit der Geschwindigkeit = [ m/s ]
Weg - Zeit - Diagramm
7
Hier:
gleichförmige Bewegung
konstante Bewegung
6
5
Wertetabelle
t1= 0s
s1= 0m
3
t2= 2s
s2= 10m
2
t3= 4s
s3= 20m
1
t4= 6s
s4= 30m
4
0
0
Mitschrift Physik
5
10
15
20
25
30
35
Dario SOMMER, 5a
i
Mitschrift Physik
3. Bewegung, Geschwindigkeit
und Beschleunigung
4
3.3 Beschleunigung im freien fall
3.3 Beschleunigung im freien fall
v - t - Diagramm
Wertetabelle
14
12
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
Freier Fall ohne Luftwiderstand
t1= 0s
v1= 0 m/s
t2= 2s
v2= 5 m/s
t3= 4s
v3= 5 m/s
t4= 6s
v4= 5 m/s
t5= 8s
v5= 30m/s
t6= 10s
v6= 5 m/s
t7= 12s
v7= 0m/s
Wertetabelle
70
60
t1= 0s
v1= 0 m/s
50
t2= 1s
v2= 10 m/s
t3= 2s
v3= 20 m/s
t4= 3s
v4= 30 m/s
t5= 4s
v5= 40m/s
40
30
20
10
0
0
3.1 Bremsverzögerung
s=v ²/2a
3
4
Distanz: v . t. t/2
Beschleunigung: v/t = s/t²
Wertetabelle
80
2
5
6
7
v6= 50 m/s
vs7= 60 m/s
Erdanziehung: ~ 10 m/s²
Mondanziehung:~ 2 m/s²
Bremsverzögerung eines normalen Autos (4,5 m/s)
90
1
t6= 5s
t7= 6 s
Fläche unter der v.t. Kurve => Weg
Bremsverzögerung
Freier Fall mit Luftwiderstand
U1= 0 km/h
t1= 0 s
U2= 20 km/h
t2= 3,61 s
140
40
U3= 40km/h
t3= 13,1 s
120
t1= 0s
30
U4= 60km/h
t4= 30,8 s
100
t2= 1s
s2= 5 m
U5= 80km/h
t5= 54,87s
80
t3= 2s
s3= 20 m
U6= 100km/h
t6= 85,7 s
60
t4= 3s
s4= 45 m
t5= 4s
s5= 80 m
t6= 5s
s6= 125 m
70
60
50
20
10
0
0
20
40
60
80
100
120
Wertetabelle
40
20
0
Bremsverzögerung eines F1-Autos (~40 m/s)
90
0
Wertetabelle
80
t1= 0 s
U2= 20 km/h
t2= 0,36 s
40
U3= 40km/h
t3= 1,34 s
30
U4= 60km/h
t4= 3,08 s
U5= 80km/h
t5= 5,48 s
U6= 100km/h
t6= 8,57 s
60
50
20
10
0
0
20
40
60
80
100
1
2
3
4
5
s1= 0 m
6
a.t/2 = s
U1= 0 km/h
70
5
120
<
Spitze = Orientierungsachse
3.2 Begriffe
Vektoren:
Größe, die als ein in bestimmter Richtung mit bestimmter Länge verlaufender Pfeil dargestellt wird
Orientierung: Ausrichtung der Spitze eines Diagramms
120
Betrag (Länge): Vektorenergebnis (immer positiv)
100
Richtung:
Orientierung
Nullvektor:
Wenn z.B. a + (-a) = 0 => 0 = Nullvektor
80
Vektorenzerlegung (v.add.):Vektor in Einzelteile zerlegen (vektor in vektor1,2)
60
Skalar: Eine Größe, die durch einen Zahlenwert def. ist.
40
Skalarprodukt: Verknüpfung zweier Vektoren
Vektorprodukt: Bei Bsp. Nullvektor z.B. 0
20
Dario SOMMER, 5a
i
Schaft/Betrag -> Länge
0
0
Mitschrift Physik
20
40
60
80
100
120
Dario SOMMER, 5a
i
Mitschrift Physik
3.4 ungleichmässig beschleunigte
bewegung
6
7
4. Kräfte und ihre Wirkung
3.4 ungleichmässig beschleunigte
bewegung
Regentropfen:
s = 10.000 m
ges.: v
t = √2s/a
v = a . t = 10 . 45 = 450 [m/s] = 1224 [km/h]
Ekosphäre
500 km
Termosphäre
85 km
Fg (Gravitations-/ Gewichtskraft | 10 m/s)
Felix Baumgartner
Fw (Luftwiderstand | ab ca. 15 km)
99 % der Luftmasse
Mesosphäre
50 km
Stratosphäre
Troposphäre
15 km
Fw = 0.5ΡcwAv ²
v = √(2mg/ΡcwA)
Ρ (Rho): Dichte der Luft
A: Fläche
cw:
Widerstandswert (von der Form abhänig)
V:
Geschwindigkeit
4. Kräfte und ihre wirkung
Die drei Grundgesetze der Mechanik (Newton´sche Gesetze):
• 1. Gesetz (Trägheitsgesetz): Ein Körper, auf den keine Kräfte wirken, bleibt immer im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung
• 2. Gesetz (Bewegungsgleichung): Je größer die Masse eines Körpers ist, desto mehr Kraft muss aufgewendet werden, um diesen zu beschleunigen.
F = m . a (Bewegungsgleichung)
• 3. Gesetz (Wechselwirkungsgesetz): Kraft und Gegenkraft sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet.
Versuch: Messung der Kraft mit einer Feder
Hook´sche Gesetz (F = k . ∆x)
0,6 [N] = 0,06 [kg]
4.1 Bezugssysteme
• Beschleunigte Bezugssysteme: man spürt Scheinkräfte (z.B. wenn man in einem Auto sitzt, dass Beschleunigt)
• unbeschleunigte Bezugssysteme: Inertialsyteme |man spürt keine Kräfte (z.B. wenn man beim zugfahren aus dem Fenster schaut)
Dario SOMMER, 5a
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Mitschrift Physik
Dario SOMMER, 5a
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Mitschrift Physik