Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis 3
Inhaltsverzeichnis
1
Die Physik –
eine Naturwissenschaft
Physik in Natur und Technik
7
Verschiedene Kräfte – unterschiedliche
Wirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Auf dem Mond ist alles leichter . . . . . . . . . . . . . . 45
Reibung beim Autofahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Gewusst · Gekonnt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 50
1.1 Gegenstand und Teilgebiete der Physik . . . . 8
Die Naturwissenschaft Physik . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Physik, Technik und Alltag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Die Teilgebiete der Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2 Denk- und Arbeitsweisen in der Physik . . . . 14
Beobachten und Beschreiben . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Das Experiment – eine Frage an
­­ die Natur . . . . 16
Protokoll eines Experiments (Muster) . . . . . . . . 17
Sicheres Experimentieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Rechnen mit physikalischen Größen . . . . . . . . . 18
Messen bedeutet Vergleichen . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Erfassen und ­Darstellen von ­Messwerten . . . . . 20
Arbeiten mit Modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Das Teilchenmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Erklären in der Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Strukturen und Analogien nutzen . . . . . . . . . . . . 23
Die galileische Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Physikalische Gesetze anwenden . . . . . . . . . . . . 25
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 26
2
Kräfte und ihre Wirkungen
27
Kräfte bewegen oder verformen . . . . . . . . . 28
Wirkungen von Kräften auf Körper . . . . . . . . . . . 29
Mosaik: Plastische und elastische
Verformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Messen und Darstellen von Kräften . . . . . . . . . . 31
Physik-Klick: Messen von Kräften und
Dehnungen bei Federn
und Gummibändern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Methode: Vorgehen beim Messen
von Kräften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Zusammensetzung von Kräften . . . . . . . . . . . . . . 35
Zerlegung einer Kraft in zwei
­­
Teilkräfte . . . . . . . 36
Die Gewichtskraft von Körpern . . . . . . . . . . . . . . 37
Wechselwirkung und Kräfte­gleichgewicht . . . . . 38
Reibungskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Wind- und Wasserkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Methode: Hinweise für
die Arbeit an Projekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Projekt: Reibung im Straßenverkehr . . . . . . . . . 42
3
Mechanische Arbeit und Energie
51
Kräfte, mechanische Arbeit und Energie . . . 52
Mechanische Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Mosaik: Diagramme in Wissenschaft
und Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Was sind kraftumformende
Einrichtungen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Hebel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Rollen und Flaschenzüge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Mosaik: Unser Arm – ein Hebel . . . . . . . . . . . . . . 56
Geneigte Ebenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Die Goldene Regel der Mechanik . . . . . . . . . . . . 57
Was ist Energie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Methode: Erstellen einer Mindmap . . . . . . . . . . 60
Arten der mechanischen Energie . . . . . . . . . . . . 61
Zusammenhang zwischen Arbeit
und Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Energie und Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Speicherung, Transport und
Über­tragung von Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Umwandlung von Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Entwertung von Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Erhaltung von Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Mosaik: J. R. Mayer – Arzt und Entdecker . . . . . 66
Projekt: Energiewandler Mensch . . . . . . . . . . . . 67
Physik in Natur und Technik
Bungee-Springer in Aktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Auch ein Bergsteiger verrichtet Arbeit . . . . . . . . 69
Wie viel Energie braucht ein Mensch? . . . . . . . . 70
Glühlampe gegen Energiesparlampe . . . . . . . . . 71
Energieflussdiagramm
einer Windkraft­anlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Eine geniale Erfindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Mosaik: Ein Perpetuum mobile . . . . . . . . . . . . . . 73
Gewusst · Gekonnt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 78
4 Inhaltsverzeichnis
4
Temperatur, thermische
Energie und Wärme
Physik in Natur und Technik
Eine Thermoskanne hält heiß oder kalt . . . . . . . 115
Überall Luftströmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Warmes Wasser für das ganze Haus . . . . . . . . . . 116
Warmes Wasser vom Dach . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Ein seltsamer Kochherd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Mosaik: Die Thermografie – ein Hilfsmittel
in Medizin und Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Projekt: Wärmeübertragung
bei Häusern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Gewusst · Gekonnt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 122
79
4.1Thermisches Verhalten von Körpern . . . . . . 80
Die Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Temperatur und Teilchenbewegung . . . . . . . . . . 81
Absoluter Nullpunkt und Kelvinskala . . . . . . . . . 82
Mosaik: Weitere Temperaturskalen . . . . . . . . . . 82
Mosaik: Verschiedene Thermometer
für unterschiedliche Anwendungen . . . . . . . . . . 83
schuelerlexikon.de: Körpertemperaturen . . . . 84
Volumen- und Längenänderung
von festen Körpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Volumenänderung von Flüssigkeiten . . . . . . . . . 86
Mosaik: Flüssigkeitsthermometer . . . . . . . . . . . . 86
Mosaik: Die Anomalie des Wassers . . . . . . . . . . . 87
Temperatur, Energie und Wärme . . . . . . . . . . . . . 88
Die spezifische Wärmekapazität . . . . . . . . . . . . . 89
Grundgleichung der Wärmelehre . . . . . . . . . . . . 90
Mosaik: Die Bedeutung der
spezifischen Wärmekapazität des Wassers . . . . 90
Körper in verschiedenen
Aggregatzuständen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Schmelzen und Erstarren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Sieden und Kondensieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Schmelzwärme und Verdampfungswärme . . . . 93
Verdunsten von Flüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Die Luftfeuchtigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Physik-Klick: Präsentieren
von Informationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Projekt: Heizen und Kochen . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5
Elektrische Stromkreise
und Magnetismus
123
Elektrischer Strom, geladene ­Körper,
­Magnete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
Quellen elektrischer Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Projekt: Tragbare Spannungsquellen . . . . . . . . . 126
Wirkungen des elektrischen Stroms . . . . . . . . . . 127
Methode: Regeln für einen sicheren Umgang
mit elektrischem Strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
Elektrisch geladene Körper . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Kräfte zwischen geladenen Körpern . . . . . . . . . . 128
Die elektrische Ladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Das elektrische Feld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Mosaik: Experimentelle Untersuchung
elektrischer Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Leitungsvorgang in metallischen ­Leitern . . . . . . 131
Einfache Stromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Dauermagnete und Elektromagnete . . . . . . . . . . 133
Physik in Natur und Technik
Physik in Natur und Technik
Ein selbst gebautes Thermometer . . . . . . . . . . . . 100
Vorsicht beim T
­ anken im Sommer . . . . . . . . . . . 100
Feuermelder in Aktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
Immer cool bleiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Mosaik: Destillation – ein Verfahren
zur Stofftrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Ein Schrank zum Kühlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Gewusst · Gekonnt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 108
Das Elektroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Ladungstrennung durch Influenz . . . . . . . . . . . . 135
Elektrofilter gegen Staub . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Blitz und Donner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Der Blitzableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Die Fahrradbeleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Elektromagnete in der Technik . . . . . . . . . . . . . . . 140
Gewusst · Gekonnt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.2 Arten der Wärmeübertragung . . . . . . . . . . . 110
Arten der Wärmeübertragung . . . . . . . . . . . . . . . 111
Mosaik: Reflexion und Absorption
von Wärmestrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Körper im Strahlungsgleichgewicht . . . . . . . . . . 113
Mosaik: Lebewesen geben
Körperwärme ab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
6
Gesetzmäßigkeiten in
­elektrischen Stromkreisen
145
Stromstärke, Spannung, Widerstand,
elektrische Leistung und Energie . . . . . . . . . 146
Inhaltsverzeichnis 5
Bestandteile eines Stromkreises . . . . . . . . . . . . . . 147
Die elektrische Stromstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Die elektrische Stromstärke
in unverzweigten und
verzweigten Stromkreisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Methode: Voraussagen physikalischer
­Erscheinungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Die elektrische Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Die elektrische Spannung
in unverzweigten und
verzweigten Stromkreisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Mosaik: Schaltung von
elektrischen Quellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Zusammenhang zwischen
Spannung und Stromstärke –
das ohmsche Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Der elektrische Widerstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Methode: Lösen physikalisch-mathematischer Aufgaben am Beispiel . . . . . . . . . . . . . 154
Das Widerstandsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Mosaik: Technische Widerstände . . . . . . . . . . . . 155
Der elektrische Widerstand in
unverzweigten und
verzweigten Stromkreisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Methode: Theoretisches Herleiten von
­Gleichungen in der Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Elektrische Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Elektrische Leistung bei Reihen- und
­Parallelschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Mosaik: Akkus als Energiespeicher . . . . . . . . . . . 158
Elektrische Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Wirkungsgrad elektrischer Geräte . . . . . . . . . . . . 160
Die Spannungsteilerschaltung . . . . . . . . . . . . . . . 161
Projekt: Der Mensch – ein
elektrischer Leiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
7
Gleichförmige Bewegungen
175
Bewegungsarten, Bahnformen,
gleichförmige Bewegungen . . . . . . . . . . . . . 176
Bewegung und Ruhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Das Modell Massepunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Bahnformen und Bewegungsarten . . . . . . . . . . . 178
Die Geschwindigkeit von Körpern . . . . . . . . . . . . 179
Messen und Berechnen der ­
Geschwindigkeit von Körpern . . . . . . . . . . . . . . . 180
Darstellung gleichförmiger
Bewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Mosaik: Beschleunigte Bewegungen . . . . . . . . . 181
Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Methode: Interpretieren von
Diagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Physik in Natur und Technik
Ein etwas anderer Fahrplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Wie genau ist der Tachometer? . . . . . . . . . . . . . . . 184
O Schreck – die „Schrecksekunde“ . . . . . . . . . . . 184
Gewusst · Gekonnt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 188
8
Wahlbereich
189
Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen . . . . . . . . . . 190
Luftdruck und Wetter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
Mosaik: Otto von Guericke – Bürgermeister
und Naturforscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Spezielle Kräfte in der Physik . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Physik in Natur und Technik
Elektrischer Strom in der Tasche –
die Taschenlampe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Schukostecker – Schukodose: zwei,
die zueinander passen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Methode: Lesen und Auswerten
von Texten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Projekt: Schaltungen im Haushalt . . . . . . . . . . . 166
Die Glühlampe und ihr Widerstand . . . . . . . . . . 167
Widerstände als Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
Eine Zählerscheibe dreht sich . . . . . . . . . . . . . . . 169
Mosaik: Gleiche Leistung –
unterschiedliche Spannung . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Gewusst · Gekonnt  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Das Wichtigste im Überblick  . . . . . . . . . . . . . . . 174
Z
Ziel erreicht
207
Kennst du dich aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
Basiskonzept Materie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
Basiskonzept Wechselwirkung  . . . . . . . . . . . . . . . 210
Basiskonzept System  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Basiskonzept Energie  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
Teste dich selbst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Ziel erreicht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
Register  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
Bildquellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224