Ergänzungen zu Physik 1
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PfE Klassische Physik Physik der Griechen Die 5 Gebiete der klass. Physik 7.10.2004 Vorgänge der materiellen Welt der Rest: Metaphysik Mechanik Thermodynamik Optik Elektrizität Magnetismus Statistische Mechanik Elektrodynamik 1 Physik f. Erdwissenschaften E. Kneringer Experimentalphysik 2. Vorlesung I. Mechanik Kinematik 7. Oktober 2004 Kinematik PfE die Kinematik [griechisch] (Bewegungslehre), die Untersuchung und Beschreibung von Bewegungen (Bahnkurve, Geschwindigkeit, Beschleunigung) der Körper ohne Berücksichtigung der sie verursachenden Kräfte (im Unterschied zur Dynamik). In der Technik ist die Kinematik ein wichtiger Teil der Getriebelehre. (c) Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG Zuerst nochmals qualitative Überlegungen: Latte: Mond: Pendel: Wer fällt schneller? Warum fällt er nicht auf die Erde? Was passiert bei doppelter Masse? dann mathematische Beschreibung 7.10.2004 3 PfE 1. Wer fällt schneller? Alle AlleKörper Körperfallen fallengleich gleich schnell? (kein Luftwiderstand) schnell? (kein Luftwiderstand) Was Washaben habenwir wirgelernt? gelernt? 7.10.2004 Modell Modellder derLatte: Latte: durch Federn durch Federn verbundene verbundene Massenpunkte Massenpunkte Trotz Trotzdes deslängeren längeren Weges ist die Weges ist dieSpitze Spitze der Latte schneller der Latte schneller am amBoden, Boden,weil weildie die Latte Lattegebogen gebogenwird wird und unddadurch dadurch zusätzlich zusätzlichzur zur Gravitationskraft Gravitationskraft elastische elastischeKräfte Kräfte auftreten, auftreten,die diedie die Massenpunkte Massenpunktean an der Spitze der Latte der Spitze der Latte beschleunigen. beschleunigen. 4 2. Warum fällt der Mond nicht auf die Erde? oder Newton's Apfel und das Gravitationsgesetz 7.10.2004 PfE 5 PfE Newton's Apfel und das Gravitationsgesetz Ein örper wird EinKKörper wirdim imGravitationsfeld Gravitationsfeldder derErde Erdemit miteiner einer bestimmten Anfangsgeschwindigkeit weggeschleudert . bestimmten Anfangsgeschwindigkeit weggeschleudert. 7.10.2004 Der örper mmöchte öchte auf DerKKörper aufden denBoden Bodenfallen. fallen. Da die Erde jedoch rund ist , gelingt ihm Da die Erde jedoch rund ist, gelingt ihm dies . diesbei beizu zugrosser grosserGeschwindigkeit Geschwindigkeitnicht nicht. 6 PfE Newton's Apfel und das Gravitationsgesetz Ein Einfallender fallenderApfel Apfelund und der kreisende Mond der kreisende Mondsind, sind, physikalische gesehen, physikalische gesehen, dasselbe dasselbePhänomen. Phänomen. 7.10.2004 Der örper befindet . DerKKörper befindetsich sichim imdauernden dauerndenfreien freienFall Fallauf aufdie dieErde Erde. Da änkt ist , fäfällt llt der örper Dadie dieErde Erdeininder derAusdehnung Ausdehnungbeschr beschränkt ist, derKKörper immer . immeran ander derErde Erdevorbei vorbei. 7 PfE Newton’s Berg Diese DieseAbbildung Abbildungstammt stammtaus ausNewtons Newtonsberühmten berühmten Principia, Principia,genauer: genauer:aus ausdem dem3.3.Buch, Buch,das dasvom vom Weltsystem Weltsystemhandelt. handelt. Die Abbildung Die Abbildungzeigt zeigtden denZusammenhang Zusammenhangzwischen zwischen der Wurfbewegung und der Satellitenbewegung. der Wurfbewegung und der Satellitenbewegung. Newtons NewtonsBeschreibung Beschreibunglautet lautet(in (ineiner einerÜbersetzung Übersetzung von von1872): 1872): 7.10.2004 8 PfE 3. Pendelkette Was passiert wenn die stossende Kugel die doppelte Masse besitzt? z mrot = 2⋅mblau A: 2 Kugeln fliegen weg? B: nur eine Kugel fliegt weg, dafür entsprechend weiter? C: alle Kugeln ein wenig? D: ein paar Kugeln, aber verschieden weit? Lösung: D Erklärung? 7.10.2004 9 Erklärung PfE Da das Ergebnis der Simulation mit dem physikalischen Experiment übereinstimmt, kann man zur Erklärung die in die Simulation eingebaute Physik verwenden: d.h., es finden praktisch nur elastische Stösse zwischen 2 Kugeln statt. Die schwere Kugel (2m) wird beim Stoss mit der ersten leichten Kugel (m) nur abgebremst (auf v/3). z Die erste leichte Kugel gibt ihren Impuls an die zweite leichte Kugel (gleiche Masse) weiter und bleibt daher stehen. Die letzte Kugel fliegt dann zuerst alleine weg (mit 4v/3). z Inzwischen stösst die jetzt langsamere schwere Kugel nochmal auf die erste leichte Kugel und wird erneut abgebremst (auf v/9). Die vorletzte Kugel fliegt daher nur mit 4v/9 weg. z usw. (siehe folgende Simulation) z 7.10.2004 10
