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KST - Appenzell Ausserrhoden
Kay Baumann
Physik Formelsammlung
Allgemeine Berechnung:
v = delta s/delta t
-> Durchschnittsgeschwindigkeit / für delta t -> 0: Momentanbeschl.
a = delta v/delta t
-> Durchschnittsbeschleunigung / für delta t -> 0: Momentanbeschl.
t = delta v/a
Berechnung einer Gleichförmigen Bewegung:
x
=
v0 * t + x0
v
=
v0 -> konstant
a
=
0
:
Falls v0 und x0 = 0, dann x = 0
Berechnung einer gleichmässig beschleunigten Bewegung:
x
=
½(a) * t2 +(v0 * t + x0)
:
Falls v0 oder/und x0 = 0 -> je nach dem weglassen
v
=
a * t + v0
:
Falls v0 = 0, dann weglassen
a
=
konstant und geradlinig
Zeit-Weg-Gesetz:
x
=
½(g) * t2
Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz:
v
=
g*t
Berechnung der Fallzeit:
t
=
√(2 * x)/g
Senkrechter Wurf nach unten:
x
=
x0 + v0 * t + ½(g) * t2
v
=
v0 + g * t
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Senkrechter Wurf nach oben:
x
=
x0 + v0 * t + ½(g) * t2
v
=
v0 + g * t
t
=
-v0/g
h
=
v0 * t + ½(g) * t2
-> h = Höhe (wie hoch kommt der Körper)
Dynamik-Formeln:
F
=
m*a
-> [F] = 1 kg * m/s2 = 1 N
Fres
=
F12 + F22 + 2(F1*F2) * cos(α)
-> cos= Kosinus, F1 + F2= Kräfte 1+2, α= Alpha
Ffed
=
D*s
-> Ffed
G
=
m*g
g
=
G/m
D
=
F/s
fh,max
=
fh * G
fgl
=
fg * G
s
=
G/D
->
= Federkraft (Keine offizielle Variabel!)
-> Dies braucht man um die Strecke, um die sich ein
Federkraftmesser verlängert, zu berechnen
Gleichförmige Kreisbewegung:
v
=
Umfang/Umlaufdauer
-> (2*π*r)/T = konstant
a
=
v2/r
-> konstant vom Betrag aber nicht vom Vektor
f
=
Umläufe/Zeit
T
=
Zeit/Umläufe
ω
=
(2*π)/T oder 2*π*f
Fz
=
m*az oder m*(v2/r)
-> Merksatz: Möchte * (viele,viele/Rüebli)
Kurvenfahrt:
Ein Körper bleibt auf der Kreisbahn wenn,
Fh,max
≥
Fz
fh*m*g
≥
m*(v2/r)
fh*g*r
≥
v2
v
=
√(fh * g * r)
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Rotor:
Ein Körper haftet an der Wand wenn,
Fh,max
≥
G
fh * FN
≥
G
fh*(m*(v2/r))
≥
m*g
v2
≥
(v*g)/fh
v
≥
√((v*g)/fh)
fh*mw2*r
≥
m*g
fh*(2π*f)2*r
≥
g
f
≥
√(g/(v*fh*4π2))
Looping:
Das Wasser fliesst nicht aus einem Behälter wenn gilt,
Fz
≥
G
m(v2/r)
≥
m*g
v
≥
(v*g)
mw2*r
≥
m*g
4π2*f2*r ≥
g
F
≥
√(g/(4π2*r))
-> Merksatz für Planetenbewegung: Planeten stürzen NICHT auf die Sonne denn es gilt, Fz=FG
Erstes Kepler-Gesetz:
Die Planetenbahnen sind Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.
Zweites Kepler-Gesetz:
Der von der Sonne nach einem Planeten gezogene Ortsvektor überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Fläche.
r 1 * v 1 = r 2 * v2
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Drittes Kepler-Gesetz:
Die Quadrate der Umlaufzeiten T zweier Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen der grossen
Halbachsen a ihrer Bahnellipsen.
Für zwei verschieden Planeten gilt also:
T12/T22 = a13/a23
Arbeit:
W
=
F*s
(Kraft * Weg)
, Ergänzend gilt: F * s * cosα
Hubarbeit/-energie:
W
=
G*h
=
m*g*h
Epot
=
Whub
=
m*g*h
=
1/
2*m*v
=
1/
2
2*D*s
Beschleunigungsarbeit/-energie:
W
=
1/
Ekin
=
Wbeschl
2*m*v
2
2
Spannarbeit/-energie:
W
=
1/
2
2*D*s
Espan
=
Wspan
Reibungsarbeit:
W
=
Fgl*s
=
fgl*m*g*s
-> Merke dabei immer ; W = ΔE
Leistung:
P
=
W/t
=
ΔE/t
Speziell gilt für die mechanische Leistung:
P
=
Merke dabei:
W/t
=
Fs/t
=
F*v
1kw/h =
3‘600‘000 J
1kcal
=
4200 J
1Ps
=
1 Pferdestärke ≈
750W
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Energieerhaltungssatz (EES):
Bei allen Prozessen mit Energieübertragung gilt dass die Summer der Einzelenergieüberträge konstant bleibt
in einem geschlossenen System.
d.h.
->
Epot + Ekin + Espan = Konstant
…oder für die zwei aufeinanderfolgenden Zuständen gilt:
Epot1 + Ekin1 + Espan1
=
Epot2 + Ekin2 + Espan2 + Q
Q
=
c * m *ΔT
=
Fgl*s
Wechselwirkung mit Hilfe von Geschwindigkeit:
m2 * Δv2
=
- m1 * Δv1
Δp2
=
- Δp1
-> Impulserhöhung Körper2 = Impulserhöhung Körper1
Wir bezeichnen dabei Geschwindigkeit
...vor dem Stoss
: v1, v2
...nach dem Stoss
: u1, u2
=> Δv2 = u2 – v2 , Δv1 = u1 – v1
Impuls:
m1u1 + m2u2
=
m1v1 + m2v2
P1‘ + P2‘
=
P1 + P2 -> Impulserhaltungssatz IES
IES:
Bei einer Wechselwirkung zweier Körper bleibt der Gesamtimpuls erhalten.
Mathematische Beschreibung der Stösse:
Vollständig unelastischer Stoss: (nach dem Stoss hängen die Körper zusammen)
Es gilt mit IES: (EES gilt hier nicht)
=>
u
=
𝑚1∗𝑣1+𝑚2∗𝑣2
𝑚1+𝑚2
Rückstossprinzip:
=>
u2
𝑚1
= -𝑚2*u1
Ergänzung zu Arbeit:
Deformationsarbeit
=
Wdeform =
Ekin1 – Ekin2
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Wärmelehre:
Spezifische Wärmekapazität
->
c = Q/(m*ΔT)
->
Q = c * m* ΔT
Der Antrieb für eine Übertragung von Wärmeenergie ist die Temperaturdifferenz. Wärme geht freiwillig nur
von warm nach kalt so lange bis ΔT = 0K.
Berechnung von Mischungstemperaturen
Bei jedem Mischungsvorgang gilt der EES:
Qab
=
Qauf
c1*m1* ΔT1
=
c2*m2* ΔT2
Tm
=
𝑇1𝑚1𝑐1 + 𝑇2𝑚2𝑐2
𝑚1𝑐1 + 𝑚2𝑐2
Schmelzwärme
spezifische Schmelzwärme:
qs
=
Qs/m
Die spezifische Schmelzwärme gibt an, wieviel Energie pro kg Stoff man benötigt, um den Stoff zu schmelzen,
ohne dass dabei die Temperatur (=Schmelztemperatur) erhöht wird. (Für Eis z.B.: qs = 334 kJ/kg)
Allgemeine Zahlen:
gErde
=
9.81 m/s2
gMond
=
1.62 m/s2
gJupiter
=
26.0 m/s2
cEis
=
2093 J/(kg*K)
cWasser
=
4187 J/(kg*K)
cDampf
=
1840 J/(kg*K)
Sonstige Formeln:
−𝑏±√𝑏2 −4𝑎𝑐
=
ABC - Formel
− 2 ± √ (2 ) − 𝑞
=
PQ – Formel
𝑎2 + 𝑏2 = 𝑐 2
=
Satz des Pythagoras
2𝑎
𝑝
𝑝 2
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