Astronomische Weltbilder Newtonsche Mechanik
Werbung
Grundwissen Physik 10. Klasse Astronomische Weltbilder Geozentrisches Weltbild der Antike: Die Erde ist der Mittelpunkt des Weltalls. Heliozentrisches Weltbild von Kopernikus/Galilei/Kepler/Newton ab 1500: Die Sonne steht im Mittelpunkt der Welt. Keplersche Gesetze 1. Bahnform von Planeten: Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen. In einem gemeinsamen Brennpunkt steht die Sonne. A 2. Bewegung eines Planeten um die Sonne: = konstant ∆t Grundwissen Physik 10. Klasse Newtonsche Mechanik 1. Newtonsches Gesetz (Trägheitsgesetz): Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger Bewegung, solange die Summe der auf ihn wirkenden Kräfte null ist. 2. Newtonsches Gesetz (Grundgesetz der Mechanik): Wirkt auf einen Körper der Masse m die Kraft F, so erfährt er die Beschleunigung a. F = m⋅a 3. Newtonsches Gesetz (Wechselwirkungsgesetz): Wirken zwei Körper aufeinander ein, so wirkt auf jeden Körper eine Kraft. Die Kräfte sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Die Verbindungslinie Sonne-Planet überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen. F1 = −F2 „actio gegengleich reactio“ 3. Zusammenhang zwischen Umlaufzeiten und großen 2 3 T a Halbachsen für zwei Planeten: 1 2 = 1 3 T2 a2 Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen der großen Halbachsen ihrer Bahnen. Newtons Gravitationsgesetz F =0; a =0; v = s = kons tan t t Gleichförmig beschleunigte Bewegung: a = konstant, Anfangsgeschwindigkeit 0: Die Ursache für die Bewegung der Planeten um die Sonne oder von Satelliten um die Erde ist die Gravitation. Die Gravitationskraft wirkt als die Kraft, die Planeten oder Satelliten auf ihrer Bahn hält. m ⋅M F = G⋅ 2 r Die Gravitationskonstante G ist eine allgemeine Naturkunstante. Moderne Kosmologie Das Universum entstand vor ca. 15 Milliarden Jahren durch eine gewaltige Explosion (Urknall) und besteht aus einer Vielzahl von Sternsystemen (Galaxien). Unser Sonnensystem ist in der Galaxie „Milchstraße“. Seite 1 von 6 Gleichförmig geradlinige Bewegung: Gymnasium Casimirianum Coburg F = m⋅a v = a ⋅ t v2 s = 2a s = 21 at 2 Erhaltungssätze: Energieerhaltung: Impulserhaltung: In einem abgeschlossenen In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie System bleibt der Gesamtimpuls E erhalten: p erhalten: E = E 1 + E 2 + ... = konstant p = p1 + p 2 + ... = konstant Seite 2 von 6 Gymnasium Casimirianum Coburg Grundwissen Physik 10. Klasse Grundwissen Physik 10. Klasse Waagrechter Wurf Spezielle Bewegungen Horizontal: Gleichförmige Bewegung Harmonische Schwingung v x = v 0 (konstant) x = v0 ⋅ t Vertikal: v y = −g ⋅ t Rücktreibende Kraft F ist proportional zur Auslenkung y. 2π ⋅ t ) = A ⋅ sin(ωt ) T 2π : Kreisfrequenz T: Schwingungsdauer ω = T Bewegungsgleichung: y = A ⋅ sin( A: Amplitude Federpendel: T = 2π m D (hängt von Masse und Federhärte ab) Fadenpendel: T = 2π l g (hängt von Pendellänge und Ortsfaktor ab) Gleichförmige Kreisbewegung T: Zeit für eine Umdrehung v= Als Bahnkurve ergibt sich ein Teil einer Parabel. Beschleunigende Kraft: Gewichtskraft FG = m ⋅ g Aussagen der speziellen Relativitätstheorie Gesetze der newtonschen Mechanik gelten für Geschwindigkeiten, die wesentlich kleiner als die Lichtgeschwindigkeit sind. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Grenzgeschwindigkeit. Bei sehr großen Geschwindigkeiten gelten die Gesetze der speziellen Relativitätstheorie. Grundgedanke: Die Lichtgeschwindigkeit hängt nicht von der Bewegung des Beobachters ab. Eine relativ zum Beobachter bewegte Uhr geht langsamer. Längenkontraktion 2πr = ωr T Ein relativ zum Beobachter bewegter Körper ist in Bewegungsrichtung verkürzt. Relativität der Masse Beschleunigende Kraft: Zentripetalkraft FZ = y = − g2 t 2 Zeitdilatation ∆ϕ 2π = Winkelgeschwindigkeit: ω = T ∆t Bahngeschwindigkeit: Freier Fall mit Beschleunigung a = −g Je näher die Geschwindigkeit eines Körpers der Lichtgeschwindigkeit kommt, desto größer wird seine Masse. m ⋅ v2 = m ⋅ ω2 ⋅ r r Zusammenhang Masse – Energie E = m ⋅c2 Seite 3 von 6 Gymnasium Casimirianum Coburg Seite 4 von 6 Gymnasium Casimirianum Coburg Grundwissen Physik 10. Klasse 10. Klasse Licht als Welle und Teilchen Wellenphänomene Beugung und Interferenz von Licht => Wellencharakter Welle: Ausbreitung einer Auslenkung in einem Medium Ausbreitungsgeschwindigkeit: v = λ ⋅ f Longitudinalwelle: Ausbreitungsrichtung und Schwingungsrichtung stimmen überein (z.B. Schallwellen) Transversalwelle: Ausbreitungsrichtung senkrecht zur Schwingungsrichtung (z.B. Wasserwellen) Reflexion α α' Hindernisse werfen Wellen gerichtet zurück. Brechung Wellen verändern beim Übergang in ein anderes Medium ihre Ausbreitungsrichtung. Grundwissen Physik Stoff 1 Stoff 2 α β Beugung Interferenzmaxima am Doppelspalt: ∆s = 2k ⋅ λ (k = 0, 1, 2 ...) 2 Fotoeffekt: Licht ab einer bestimmten Frequenz kann aus der Oberfläche eines Körpers Teilchen herauslösen => Teilchencharakter, Photonenmodell Photonen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Ihre Energie hängt von der Frequenz (Farbe) des Lichts ab. rot: geringe Energie violett: große Energie Grundlegende Aspekte der Quantenphysik Quantenobjekte (sehr kleine Objekte: Elektronen, Photonen, Neutronen, Protonen, Atome, Moleküle) bewegen sich nicht wie makroskopische Körper auf Bahnen. Es treten Teilchen- und Welleneigenschaften auf. Wellen breiten sich hinter einem Spalt auch im Spaltschatten aus. Interferenz Bei Überlagerung von Wellen treten Bereiche der Verstärkung und der Auslöschung auf. Auslöschung Seite 5 von 6 Verstärkung Gymnasium Casimirianum Coburg Seite 6 von 6 Gymnasium Casimirianum Coburg
