Experimentalphysik E1 !
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Experimentalphysik E1! Prof. Joachim Rädler ! Paul Koza (Vorlesungsbetreuung) ! Alle Informationen zur Vorlesung unter :! http://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/index.html! Anmeldung zu den Übungen über das LSF System bis 17.Okt! Vorbesprechung zum Übungsbetrieb Do. 18.Okt 16 Uhr gr. HS! Inhalte! ! ! ! ! ! Mechanik - Schwingungen und Wellen! ! * Mechanik eines Massepunktes! Bewegungen, Kräfte, Drehbewegungen, Impuls, Energie, ! Spezielle Relativitätstheorie! * Systeme von Massepunkten, Dynamik starrer Körper! * Schwingungen und Wellen, " * Hydrostatik, Hydrodynamik" * Akustik! ! ! Literatur:! W. Demtröder, Experimentalphysik 1 Springer Lehrbuch P. A. Tipler, „Physik“, Spektrum Akad. Verlag Meschede, Gerthsen „Physik“, Springer Verlag Bergmann, Schäfer : „Lehrbuch der Experimentalphysik“ R.W. Pohl „Mechanik, Akustik und Wärmelehre“ The Feynman Lectures on Physics, Vol.1, Addison Wesley "Man kann einem Menschen nichts lehren;! man kann ihm nur helfen, es in sich selbst zu finden."! ! Galileo Galilei (1564-1642)! italienischer Mathematiker, Physiker ! und Philosoph! Richard Feynman! „Science is a way to teach how something gets to be known, what is not known, to what extent things are known ! (for nothing is known absolutely), ! how to handle doubt and uncertainty, ! what the rules of evidence are, ! how to think about things so that judgements can be made, ! how to distinguish truth from fraud, and from show.“! Nach welchem Gesetz fallen Körper ?" Vom Experiment widerlegte „historische Theorien“! Aristoteles (4. Jahrh. v. Chr.) ! Erde ist der niedrigste natürliche Ort, also fallen alle Körper, die aus Erde sind, auf die Erde. Schwere Körper, die mehr Erde enthalten, fallen schneller als leichte.! Albert von Sachsen (14 Jhr n. Chr.) : Nicole Oresme (14 Jhr n. Chr.) : v~s! v~t! Leonardo da Vinci (15 Jhr n. Chr.) : ! Die in gleichen Zeitintervallen zurückgelegten Strecken sind proportional den ganzen Zahlen (1,2,3 ...)! Galileo unter anderen (16 Jhr n. Chr.) : ! Die in gleichen Zeitintervallen zurückgelegten Strecken sind proportional den ungeraden ganzen Zahlen (1,3,5, ...)! Galilei führte die ersten systematischen Messungen aus. Sein Trick : Verlangsamung des „freien Falls“ durch schiefe Ebene! Richard Feynman! The Key to Science! http://www.youtube.com/watch?v=S3Rvy-ft1bI! Längenmessung! Die menschliche Wahrnehmung ist für physikalische Messungen nur bedingt brauchbar. ! Messverfahren und Normale! Messen heißt immer zwei Größen miteinander zu vergleichen. Für einen einheitlichen, zahlenmäßigen Vergleich werden Standards, sogenannte Normale festgelegt. Der Messvorgang sollte folgende Kriterien erfüllen :! Forderungen an eine physikalische Messung:! 1. reproduzierbar (Invarianz der Naturgesetze)! 2. quantitativ (d.h. zahlenmäßig in Maßeinheiten)! 3. genau (unter Angabe eines Messfehlers)! Forderungen an ein Normal: ! Normale müssen mit genügender Genauigkeit, reproduzierbar und mit vertretbarem technischen Aufwand mit zu messender Größen vergleichbar sein.! Die menschliche Wahrnehmung ist für physikalische Messungen nur bedingt brauchbar. (siehe Demonstrationen)! Einheit der Masse! Heute gültige Definition : Kilogramm [kg]! 1 Kilogramm (kg) ist die Masse eines Platin-Iridium-Zylinders, der als Massennormal in Paris aufbewahrt wird. ! => Relative Messunsicherheit : 10-9! Das Kilogramm ist durch die Masse eines Einheitskörpers festgelegt (Urkilogramm), das in Sevres bei Paris (Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) aufbewahrt wird (seit 1889).! Eine Kopie des Urkilogramms befindet sich an der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Braunschweig.! ! Vorarbeiten zu Definition über feste Zahl von Atomen (Si-Einkristall)! Das „Urkilogramm“! Siliziumkugel als neuer Massestandard ?! Die Avogadro-Kugel aus dem Silizium-Isotop-28 könnte zur Neudefinition des Urkilogramms herangezogen werden. ! Abzählen der Atome notwendig! Einheit der Länge! 1875 : Das Urmeter (Paris)! Wurde so gewählt, dass die Strecke vom Nordpol über Paris zum Äquator 107m beträgt.! 1960 Definition über die Wellenlänge des KryptonIsotops 86! Seit 1983 ist die Lichtgeschwindigkeit auf c0=299 792 458 m/s festgelegt.! Heute gültige Definition : Meter [m]! 1 Meter ist die Länge der Strecke, die Licht im Vakuum während der Dauer von 1/299 792 458 Sekunden durchläuft.! => Relative Messunsicherheit : 10-14! GPS! Triangulation mit Radiosignalen! Vorsilben ! (SI - Vorsätze)! zur Bezeichnung von dezimalen Vielfachen und Teilen! Massen und Längen im Universum! Einheit der Zeit! Ursprüngliche Definition:! 1s = 1/(60 60 24)! = 1/86400 eines mittleren! Sonnentages! Heute gültige Definition : Sekunde [s]! 1 Sekunde ist das Zeitinterval, während dessen die Cäsiumuhr ! 9 192 631 770,0 Schwingungen macht. ! => Relative Messunsicherheit : 10-14! Atomuhren gehen auf 20 Millionen Jahre 1 s falsch.! bis 100 GHz mit elektronischen Zählern! Frequency ! Comb! http://nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=858! Zeitenskalen! sec! 1015 1012 109 106 103 1 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 ! !Alter des Universums! !Alter der Erde! !Erste Menschen / alter der Pyramiden! !1 Jahr = 3,15 107 s , 1 Tag 8,64 104 s! !Zeit die Licht von der Sonne zur Erde benötigt! !Abstand zwischen Herzschlägen! !Periode einer Schallwelle! !Periode einer Radiowelle! !Licht legt 30cm zurück! !Periode einer Molekülschwingung! !Periode einer Atomschwingung! !Licht legt Atomdurchmesser zurück! !Periode einer Kernschwingung! !Licht legt Kerndurchmesser zurück! Die 7 Basisgrößen und SI-Basiseinheiten der Physik Basisgrösse (Symbol) SI-Einheit Symbol Länge (l) Meter [m] Zeit (t) Sekunde [s] Masse (m) Kilogramm [kg] El. Stromstärke (I) Ampère [A] Temperatur (T) Kelvin [K] Lichtstärke (I) Candela [cd] Stoffmenge (n) Mol [mol] Zur Unterscheidung der Abkürzungen, d.h. der Symbole, für die Einheiten von anderen Abkürzungen setzen wir in dieser Vorlesung die Symbole für die Einheiten in eckige Klammern Stoffmengeneinheit! Definition! 1 mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensovielen Teilchen besteht, wie Atome in 0,012kg des Kohlenstoffnuklids 12C enthalten sind.! Die Anzahl Teilchen in einer Stoffmenge von 1 Mol ist die! Avogadro-Konstante NA= 6.022 1415(10) × 1023/mol! N n= NA N : Teilchenzahl [einheitenlos]! n : Stoffmenge ![mol]! In der Atomphysik und Chemie werden auch Atommasseneinheiten benutzt.! Dem Isotop 12C wird die Atommassezahl 12 zugeordnet! 1 12 m C = 1,66053 ⋅10 − 27 kg Eine Atomare Masseneinheit (amu) =! 12 ( )
