Grundwissen Physik - Peter-Henlein
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Grundwissen Physik 7. Klasse I Größen in der Physik Physikalische Größen sind alle messbare Eigenschaften eines Körpers. Dabei gibt es Grundgrößen, deren Einheit der Mensch willkürlich, also beliebig festlegt. Diese Größen sind von anderen unabhängig z.B. Länge l, Masse m. Für die Messung dieser Größen benötigt man die Definition der Gleichheit, der Vielfachheit und der Einheit, sowie ein Messgerät. Außerdem gibt es abgeleitete Größen, die von anderen Größen abhängig sind, wie z.B. Fläche A, Volumen V, Geschwindigkeit v, Dichte, Beschleunigung, Arbeit, Leistung, Druck,... Gültige Ziffern Man kann generell nur so viele gültige Ziffern angeben, wie man sie auch wirklich messen kann. Z.B. kann man mit dem Zollstock auf Millimeter genau messen (z.B. 13,5 cm oder 74 mm), mit der Schieblehre auf ein Zehntel Millimeter (z.B. 3,45 cm oder 5,34 mm). Messergebnisse bei Längen werden folgendermaßen angegeben: ℓ = ℓ Mittelwert ± Δℓ, wobei ℓ Mittelwert der Mittelwert ist und Δℓ der absolute Fehler, d.h. die größte Abweichung vom Mittelwert. Beim Rechnen mit Größen bei Multiplikationen und Divisionen hat das Ergebnis so viele gültige Ziffern, wie die am ungenauesten gemessene bzw. angegebene Größe. Beispiele: 3,47 m : drei geltende Ziffern ; 0,00034 m : zwei geltende Ziffern 12,00 m : vier gültige Ziffern Die letzte Ziffer ist die unsichere, die anderen von den gültigen davor die sicheren Ziffern. Angabe von Messergebnissen: Physikalische Größe = Maßzahl ∙ Maßeinheit Festlegung der einzelnen Größen. 1. Die Länge ℓ Die Einheit der Länge ℓ ist ein Meter, kurz: [ ℓ ]= 1 m (Urmeter in Paris) 2. Die Masse m eines Körpers als Grundgröße Jeder Körper ist "schwer", d.h. er wird von der Erde angezogen und zieht seinerseits die Erde an. Jeder Körper ist "träge", d.h. er möchte gerne den Ruhezustand oder den derzeitigen Bewegungszustand (Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung) beibehalten, bis ihn einwirkende Kräfte zwingen, diesen zu ändern. Beide Eigenschaften fasst man unter dem Begriff der Masse zusammen. Die Einheit der Masse m ist ein Kilogramm, kurz [m] = 1 kg (Urkilogramm in Paris) Messgeräte: Waagen Merke: Die Masse eines Körpers ist überall dieselbe, sie ist ortsunabhängig. 3. Die Kraft F als Grundgröße Kräfte können einen Körper verformen oder seinen Bewegungszustand ändern (Geschwindigkeit oder Richtung ändern). Die Kraft ist eine gerichtete Größe, sie ist eine vektorielle Größe. Kräfte sind gekennzeichnet durch Angriffspunkt, Richtung und Betrag, diese nennt man Bestimmungsstücke. Zwei Kräfte, die an einem Körper angreifen, sind im Gleichgewicht, wenn ihre Angriffspunkte auf derselben Wirkungslinie liegen, sie dieselben Beträge und entgegen gesetzte Richtungen haben. Die Gewichtskraft eines Körpers wirkt senkrecht zur Erdoberfläche, also zum Erdmittelpunkt hin, sie ist ortsabhängig. ACTIO = REACTIO oder Wechselwirkungsgesetz: Greift ein erster Körper an einem zweiten mit einer bestimmten Kraft an, so wirkt gleichzeitig der zweite auf den ersten Körper eine gleichgroße Gegenkraft aus. Beispiele: Gravitation (alle Körper ziehen sich gegenseitig an), Raketenantrieb Die Einheit der Kraft F ist ein Newton. [F] = 1 N (Gewichtskraft einer normalen 100g Tafel Schokolade an einem Normort, z.B. Zürich) Messgeräte: Kraftmesser Kräfteaddition und Zerlegung Kräfte werden als Pfeile dargestellt. Man addiert und zerlegt Kräfte mit Hilfe von Kräfteparallelogrammen. Kräfteaddition: Die Resultierende FR ergibt sich als Diagonale im Kräfteparallelogramm mit den Komponenten F1 und F2 . Kräftezerlegung: Man ergänzt die zu zerlegende Kraft als Diagonale in einem Kräfteparallelogramm, wobei die Richtungen der Komponenten bekannt sind. FR F2 . F1 3. Besondere Kraft: Die Gewichtskraft FG Die Gewichtskraft FG auf einen Körper entsteht durch die gegenseitige Anziehung (Gravitation) von Erde und Körper, die mit wachsender Entfernung vom Erdmittelpunkt abnimmt. (Bei uns gilt: 1 kg Masse entspricht ungefähr 10 N Gewichtskraft) N Genauer gilt: FG = m · g (g ist der Ortsfaktor, bei uns gilt g = 9,81 ) kg Die Gewichtskraft ist ortsabhängig! Das Teilchenmodell Alle Körper bestehen aus kleinsten Teilchen. Diese schwingen im Festkörper um ihre Ruhelage, wobei die Teilchenabstände gering sind und die Kohäsionskräfte sehr groß sind. Die Form und das Volumen sind gleich bleibend. In Flüssigkeiten sind die Teilchen verschiebbar, sie bewegen sich innerhalb der Flüssigkeit. Die Kohäsionskräfte sind geringer, die Form richtet sich nach dem Gefäß, das Volumen ist nahezu gleich bleibend, da die Teilchenabstände zwar etwas größer als oben, aber immer noch recht gering sind. In Gasen verteilen sich die Teilchen frei im ganzen Raum, der ihnen zur Verfügung gestellt wird. Die Teilchenabstände sind sehr groß, deshalb sind Gase kompressibel. Die Kohäsionskräfte sind nicht mehr vorhanden. Proportionalitäten Kennzeichen Graphische Auswertung Rechnerische Auswertung direkte Je größer x, desto größer y Doppeltes, dreifaches…x bewirkt doppeltes, dreifaches y Ursprungsstrecke indirekte Je größer x, desto kleiner y Doppeltes, dreifaches…x bewirkt halbes, ein Drittel y Hyperbelast Der Quotient ist y konstant: = konstant x Das Produkt ist konstant: x∙y = konstant Lesen von Graphen: 1. β - ε - Diagramm bei der Brechung β ε 2. b - g - Diagramm für Sammellinsen b g 3. FG ~ m 4. FG ~ 1 r² FG m
