Physik I - Ubicampus
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Physik I Prof. Dr. E. Tiemann Universität Hannover, Institut für Quantenoptik Studienfach „Physik“ für Medizin-, Biologie- und Gartenbaustudierende notwendig? Naturwissenschaftliches Studium Physik ist Grundlage von Naturvorgängen: mikroskopisch (Zelle, Nervenleitung, Energieumsatz, ...) makroskopisch (Statik, Bewegung, Strömung, Atmung, ...) Grundlagenkenntnisse der Naturwissenschaften notwendig! Vorbereitung neuer Erkenntnisse, neuer Methoden, neuer Modellbildungen, … Beruflicher Einsatz Diagnostik, Therapie (physikalische Methoden, Apparate, ...) Studienfach Physik Vorlesung systematischer Durchgang des Wissenschaftsgebiets Physik • mit für Studienfach relevanten Schwerpunkten • aber Verbindung zwischen den einzelnen Bereichen erstellen • Vorbereitung zum Verständnis zukünftiger Entwicklungen in den medizinischen und biologischen Disziplinen Vorlesung erstreckt sich über Winter- und Sommersemester: Physik I und Physik II Tutorium Angebot zur Nacharbeit und Vertiefung, Begleitung neben Vorlesung Tu Praktikum Physik zum Anfassen, Messen, Auswerten und Umgang mit Geräten Me Bi Sprechstunde nach der Vorlesung, so lange der Hörsaal A frei danach eventuell im Praktikumsraum auf der linken Seite Sprechstunde im Hauptgebäude der Universität Welfengarten 1 Raum D130 Zeit: donnerstags 13.30 bis 14.30 Uhr Elektronische Sprechstunde Treffpunkt: IP 130.75.103.245 Zeit: nach Vereinbarung Sprechstunde nach Vereinbarung Tel. 0511 762 2231 oder 2589 Email: [email protected] www.mh-hannover.de/einrichtungen/physik Forum zur Physik Notebook University Fo Pilotstudie wurde gefördert durch BMBF Notebook als Werkzeug während des Studiums Einsatz von elektronischen Medien und Hilfsmitteln Funklan im „Hochschulgelände“ Zugangsberechtigung über Account Lehrmaterialien und Beispielsammlung www.ubicampus.mh-hannover.de/~physik/ Leistungsnachweise Humanmediziner: Zahnmediziner: Kurs im SS 2005, WS2005/06 und SS2006 Kurs im SS 2005 Voraussetzungen zur Scheinvergabe für Kurs Physik 1. Erfolgreiche Bearbeitung der Praktikumsversuche 2. Erfolgreiche Teilnahme an Teilklausuren während des laufenden Kurses Biologen, Gartenbauer und Pflanzenbiotechnologen : 2 Semester im 14-tägigen Rhythmus Voraussetzungen zur Scheinvergabe für Fach Physik 1. Erfolgreiche Bearbeitung der Praktikumsversuche 2. Erfolgreiche Teilnahme an Kurzklausuren Voraussichtliche Termine: 1.12.04 und 9.2.05 Lehrbücher Vorschläge •Harten, Physik für Mediziner, Springer 2002 •Trautwein, Kreibig, Hüttermann, Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten, de Gruyter 2004 Beide ergeben einen hinreichend vollständigen Überblick. •Kamke, Walcher, Physik für Mediziner, Teubner 1994 •Haas, Physik für Pharmazeuten und Mediziner, Wiss. Verlagsgesellschaft Stuttgart 2000 sehr viel umfangreicher, vielfältige Ergänzungen •Pelte, Physik für Biologen, Springer 2004 sehr viel anspruchsvoller, mathematische Strukturen Prüfungskataloge ? Repetitorien ? Nomenklatur Physik Physiologie Kraft (force) F K Fläche (area) A F a b Beschleunigung (acceleration) Einheit Druck Pascal Pa mm Hg 1. Grundbegriffe der Bewegung von Körpern (Mechanik) 1.1 Physikalische Größen und Messungen Beobachtungen: objektive subjektive Täuschungen ? Geometrie Helligkeit und Farbe dynamische Einflüsse Quadrate und Kreise Sternscheibe drehende Spirale Q/K S P Messen zur quantitativen Beschreibung Vergleich mit Maßstab liefert Wert Bericht: Protokoll zum Meßvorgang und Ergebnis physikalische Meßgröße = (Wert ± Fehler) ∙ Einheit Fehlerintervall: z.B. (5,6 ± 0,5) m Wahrscheinlichkeit Interpretation 5,1m ≤ L ≤ 6,1m Internationales Maßsystem SI-Einheiten Größe Einheit Zeichen zur Definition Zeit 1 Sekunde 1s Vielfaches einer atomaren Schwingungsperiode Länge 1 Meter 1m Laufstrecke von Licht in einer vorgegebenen Zeit Masse 1 Kilogramm 1 kg individueller Block (von 1889) aus Pt / Ir elektrischer 1 Ampere Strom 1A Kraftwirkung zwischen stromdurchflossenen Leitern Temperatur 1 Kelvin 1K Tripelpunkt von Wasser Stoffmenge 1 Mol 1 mol Zahl der Atome in 12 g Kohlenstoff 12C Lichtstärke 1 cd Lichtstrom („Strahlungsleistung”) in den Raumwinkel 1 Candela dekadische Vielfache und Teile durch Vorsilben: ..., G(Giga), M(Mega), k(kilo) m(milli), 109 106 103 1 10-3 Größenordnung m(mikro), n(nano), ... 10-6 10-9 zusammengesetzte Größen aus den Grundgrößen und -einheiten nach mathematischen Rechenregeln Fläche: z.B. Rechteck Volumen: z.B. Quader A= l1 ∙ l2 in m∙m entspricht m2 V= A ∙ l in m3 Physikalische Gleichungen fassen Aussagen aus Messungen zusammen m=r∙l∙A Einheiten kg kg/m3 m Fehlerrechnung siehe Praktikum m2 Gleichung in Zahlen und Einheiten 1.2 Raum und Zeit, Bewegung (Kinematik) 3 Dimensionen 3 Koordinaten x y z orthogonale Richtungen Ort gleich Raumpunkt Koordinatensystem (x,y,z) mit Ursprung (0,0,0) Ortsvektor r x, y, z z mit Länge Abstand vom Ursprung r y x r x y z 2 2 2 Messung einer Bewegung Tabelle von Beobachtungszeiten ti und Ortsvektoren (xi,yi,zi) t1 t2 t3 ... ... tn (x1, y1, z1) (x2, y2, z2) (x3, y3, z3) ... ... (xn , yn , zn) Orts-Zeit-Kurve Bahnkurve r t xt , yt , z t z Orts-Zeit-Kurve t r t 1 y t2 Ortsvektoren Vektoraddition t3 t8 t5 t3 t4 t2 t5 t1 t7 t4 t6 t9 t10 x Geschwindigkeit Änderung des Ortes in einem Zeitintervall von t1 nach t2 s1 s2 s3 s4 s5 t1 t2 t3 t5 t4 v ist mittlere Geschwindigkeit in diesem Intervall s v t v s2 s1 s t 2 t1 t m 1 m s Einheit s benutze Index zur genauen Bezeichnung: v12 Meßvorgang für Geschwindigkeit für einen Ort: Meßreihe mit kleiner werdenden t Grenzübergang t0 Schreibweise: s ds v lim s t 0 t dt Tachometer Beschleunigung Änderung der Geschwindigkeit in einem Zeitintervall v12 v23 v34 v45 s1 s2 s3 s4 s5 t1 t2 t3 t5 t4 v s v 23 v12 v a t23 t12 t t m 2 m s Einheit s 2 mittlere Beschleunigung im Zeitintervall Grenzübergang wie bei Geschwindigkeit für Angabe zu einer Zeit Schreibweise: mathematisch: v dv d 2s a lim v 2 s t 0 t dt dt 1. Ableitung 2. Ableitung Bewegung und Vektor Änderung der Bewegung 3 Raumrichtungen möglich Geschwindigkeit Beschleunigung s x s y s z v , , t t t Vektoren v x v y v z a , , t t t Typen von Bewegungsformen v = 0 und a = 0 Körper an festem Ort, in Ruhe r t konstant v = v0 und a = 0 Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit xt x0 v 0 t Bewegung mit konstanter Beschleunigung a a a = konstant v t v vo+a 2 t vo +a t vo to to+t to+2t allgemein: v n v0 a n t t vt v0 at t0 Bewegung mit konstanter Beschleunigung x x2 x v t x1 x0 t0 t0 + t t0 +2t t x1 x0 v01 t x0 12 ( v 0 v 0 a t )t x0 v 0 t 12 a t 2 x0 v 0 1 t 12 a 12 t 2 v1 x2 x1 v12 t x0 v 0 t 12 a t 2 12 ( v 0 a t v 0 a 2t )t v1 v2 x0 v 0 2t 12 a 4t 2 allgemein xn x0 v 0 nt 12 a n 2 t 2 xt x0 v0 t t0 12 a t t0 2 Freier Fall Fallzeit relativ 36 6t1 1,2s 720cm 120cm 5t1 1,1s 25 Animation 16 9 Zeitintervalle kürzer werdend Messung der Zeitintervalle g = 9,81 m/s2 4t1 1,0s 2 Zeitintervalle gleich bleibend s gt 1 2 500cm 320cm 180cm 4 80cm 1 0 20cm 0 3t1 0,85s 2t1 0,7 s t1 0,5s n s 12 gn t12 g 1 2 n t1 2 Drehbewegung Körper Achse Marke =0 1 t s 1 t s 2 Winkelgeschwindigkeit Winkelbeschleunigung Ortskurve: Drehbewegung zurück 2 0 vorwärts t Periodische Bewegung xo x(t) xt x0 sin x0 sin t t xo x(t) mit konstanter Winkelgeschwindigkeit / t -xo Kreisfrequenz Frequenz 2 Überlagerte Bewegung: z.B. Translation und Drehung komplexe Bewegung Herzzyklus beim Hund mmHg Kraft www.ubicampus.mh-hannover.de/forum/ Tutoren Henning Rehbein Email [email protected] Erstes Treffen und Verabredung der regelmäßigen Termine: Di 26.10.04 18.00 Uhr Hörsaal C Gebäude I2 Praktikum Medizin Humanmedizin: Beginn 2. Hälfte SS2005 Zahnmedizin: Beginn SS2005 Räume: Geb. I2 rechts und links neben Hörsaal A Termine siehe WWW-Seite www.mh-hannover.de/einrichtungen/physik/index.htm Leiter: Dr. D. Wendlandt Tel. 532 2975 Dr. B. Lücke Tel. 532 4060 P. Dittmann Tel. 532 9175 Email: [email protected] MHH Geb. I3 Ebene 3 Räume 3300 und 3290 Praktikum Biologie und Gartenbau Ort: Institut für Quantenoptik, Welfengarten 1 Raum D123 Leiter: Dr. R. Gaul Institut für Quantenoptik, Tel. 762 2850 Email [email protected] Termine vierzehntägig donnerstags 14.00 – 18.00 Uhr: Gartenbau/Pflanzenbiotechnologie Beginn 04.11.2004 Biologie Beginn 28.10.2004 Listen zur Gruppeneinteilung: Aushang ab Freitag an Praktikumstür http://www.iqo.uni-hannover.de/ap/ Kreise, Quadrate Tor Drehende Scheiben Fluktuierende Punkte
