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Questions and Answers

Was beschreibt die Bewegung eines Körpers im Vakuum?

  • Die Bewegung ist unabhängig von der Erdbeschleunigung.
  • Die Bewegung führt immer zu einer konstanten Geschwindigkeit.
  • Die Bewegung wird durch die Luftwiderstände beeinflusst.
  • Die Bewegung ist eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung. (correct)

    • Die zurückgelegte Strecke eines Körpers auf gerader Bahn ist immer gleich der Formel s = at.

    True

    Wie lautet der Wert der Erdbeschleunigung g in Metern pro Sekunde Quadrat?

    9,81 m/s²

    Die Geschwindigkeit kann durch die Formel v = ___ * t berechnet werden.

    <p>a</p> Signup and view all the answers

    Ordne die Begriffe den entsprechenden Erklärungen zu:

    <p>Symmetrische Gyroskope = Verhalten unter Drehimpuls Präzession = Änderung der Rotationsachse bei einem rotierenden Körper Trägheitsmoment = Widerstand eines Körpers gegen Änderungen seiner Bewegung Nutation = Schwingung um die Rotationsachse</p> Signup and view all the answers

    Was passiert bei der Nutation eines symmetrischen Kreisels?

    <p>Der Kreisel rotiert auf einem Kegelmantel.</p> Signup and view all the answers

    Ein Drehmoment wirkt dauerhaft auf einen Kreisel, wodurch der Drehimpulsvektor ständig in seiner Richtung verändert wird.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was bewirkt eine schiefe Startposition eines symmetrischen Kreisels bei der Rotation?

    <p>Eine Präzessionsbewegung.</p> Signup and view all the answers

    Die Bewegung, die durch das andauernd wirkende Drehmoment entsteht, wird als ________ bezeichnet.

    <p>Präzession</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Begriffe den richtigen Erklärungen zu:

    <p>Symmetrischer Kreisel = Bewegt sich über einen Kegelmantel. Präzessionsbewegung = Änderung der Richtung des Drehimpulsvektors. Nutation = Zusätzliche Bewegung über die Präzession hinaus. Drehmoment = Kraft, die Rotation bewirken kann.</p> Signup and view all the answers

    Welche Bedingung führt zu einer Nutationsbewegung bei einem Kreisel?

    <p>Der Kreisel wird unter einem bestimmten Winkel α angestoßen.</p> Signup and view all the answers

    Der Drehimpulsvektor eines Kreisels präzediert nur, wenn alle drei Achsen zusammenfallen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welches physikalische Konzept in der Atomphysik ist mit dem mechanischen Kreisel vergleichbar?

    <p>Magnetresonanzbildgebung (MR).</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Translation eines Körpers?

    <p>Die fortschreitende Bewegung eines Körpers.</p> Signup and view all the answers

    Die Geschwindigkeit ist definiert als der Verhältnis von zurückgelegter Weglänge zu der benötigten Zeit.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Ortsvektor?

    <p>Ein Vektor, der die Position eines Punktes in einem Koordinatensystem beschreibt.</p> Signup and view all the answers

    Die Bewegungen eines Körpers setzen sich aus _____ und Rotation zusammen.

    <p>Translation</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Begriffe den richtigen Definitionen zu:

    <p>Drehbewegung = Rotation um einen Punkt Translation = Fortschreitende Bewegung Geschwindigkeit = Verhältnis von Weg zu Zeit Ortsvektor = Position in einem Koordinatensystem</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Punktkinematik?

    <p>Die Bewegung eines Körpers, dessen Form keinen Einfluss hat.</p> Signup and view all the answers

    Die Bahnkurve eines Massepunkts kann unabhängig von der Zeit beschrieben werden.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Unterschied zwischen Translation und Rotation?

    <p>Translation ist eine fortschreitende Bewegung, während Rotation eine Drehbewegung ist.</p> Signup and view all the answers

    Ein Körper in gleichförmiger Bewegung hat eine _____ Geschwindigkeit.

    <p>konstante</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie den Bewegungsarten die korrekten Begriffe zu:

    <p>Gleichförmige Bewegung = Konstante Geschwindigkeit Beschleunigte Bewegung = Veränderliche Geschwindigkeit Rotationsbewegung = Drehung um eine Achse Translation = Fortbewegung entlang einer Linie</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Zentripetalbeschleunigung?

    <p>Der Betrag der Geschwindigkeit ist konstant</p> Signup and view all the answers

    Die Zentripetalbeschleunigung ist umso kleiner, je kleiner der Krümmungsradius r ist.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Einheit der Winkelgeschwindigkeit ω?

    <p>s-1 oder rad/s</p> Signup and view all the answers

    Die Formel für die Zentripetalbeschleunigung lautet |𝑎| = ______.

    <p>𝑣²/𝑟</p> Signup and view all the answers

    Ordne die Begriffe den richtigen Beschreibungen zu:

    <p>ω = Winkelgeschwindigkeit α = Winkelbeschleunigung F = Kraft v = Geschwindigkeit</p> Signup and view all the answers

    Wie verändert sich die Zentripetalbeschleunigung bei doppelter Geschwindigkeit?

    <p>Sie vervierfacht sich.</p> Signup and view all the answers

    Die Änderungen des Bewegungszustandes erfordern keine Kraft, wenn der Körper in Ruhe ist.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nenne die Gleichung für die Winkelbeschleunigung α.

    <p>α = dω/dt</p> Signup and view all the answers

    In einer gleichförmigen Bewegung ist die ___________ gleich Null.

    <p>Tangentialbeschleunigung</p> Signup and view all the answers

    Was ist entscheidend für die Berechnung der Zentripetalbeschleunigung?

    <p>Die Geschwindigkeit und der Krümmungsradius</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt das Drehmoment?

    <p>Die Drehwirkung einer Kraft auf einen Körper.</p> Signup and view all the answers

    Ein Kräftepaar besteht aus zwei Kräften, die in die gleiche Richtung wirken.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Wie lautet die Formel für das Drehmoment?

    <p>T = F * l</p> Signup and view all the answers

    Der Betrag des Drehmoments T ist gleich dem Produkt aus ______ und ______.

    <p>Kraft, Hebelarm</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden Begriffe den passenden Erklärungen zu:

    <p>Nutation = Schwingung eines Körpers um seine Gleichgewichtslage Präzession = Langsame Rotation der Drehachse eines gyroskopischen Körpers Trägheitssatz = Zustand der Ruhe oder gleichförmigen Bewegung Moment of Inertia = Maß für den Widerstand eines Körpers gegen Winkelbeschleunigung</p> Signup and view all the answers

    Welche Einheit wird häufig für das Drehmoment verwendet?

    <p>Nm</p> Signup and view all the answers

    Ein Körper ist im Gleichgewicht, wenn die resultierenden Kräfte Null sind, aber das Drehmoment nicht.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit einem Körper, wenn die Vektorsumme der Drehmomente nicht Null ist?

    <p>Der Körper wird rotieren.</p> Signup and view all the answers

    Das Kreuzprodukt zweier Vektoren ergibt einen Vektor, der ______ auf beide Vektoren steht.

    <p>senkrecht</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt der Begriff 'Rotationsachse'?

    <p>Die Linie, um die ein Körper rotiert.</p> Signup and view all the answers

    Was muss berücksichtigt werden, wenn ein Körper auf eine Platte fällt und zurückgeworfen wird?

    <p>Die Elastizität und Verformbarkeit</p> Signup and view all the answers

    Wie werden die Größen einer Größenart benannt?

    <p>Sie werden mit einem Größensymbol beschrieben.</p> Signup and view all the answers

    Wie kann eine Größe quantitativ erfasst werden?

    <p>Durch die Kombination von Zahlen mit einer Einheit.</p> Signup and view all the answers

    Was ist eine Basiseinheit?

    <p>Eine Grundeinheit mit einer definierten Arbeitsvorschrift.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt eine abgeleitete Einheit?

    <p>Eine Einheit, die aus der Kombination von Basiseinheiten entsteht.</p> Signup and view all the answers

    Woran erkennt man Einheiten in der Formelsprache?

    <p>Das Größensymbol wird in eckigen Klammern geschrieben.</p> Signup and view all the answers

    Wie nennt man die Beziehung zwischen verschiedenen Größen in der Physik?

    <p>Größengleichung</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Wellenlänge λ in einer Wellenbewegung?

    <p>Den Abstand zweier aufeinanderfolgender Pendel mit gleicher Phase.</p> Signup and view all the answers

    Welche Gleichung beschreibt die Auslenkung eines Punktes in Abhängigkeit von der Zeit und der Entfernung?

    <p>$x(z, t) = x.sin(ω(t - \frac{z}{c}))$</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit der Phase eines Pendels in der Entfernung z im Vergleich zu einem Pendel an einem Referenzpunkt?

    <p>Es hat eine um die Zeit z/c spätere Phase.</p> Signup and view all the answers

    Was bezeichnet die Phasengeschwindigkeit c in einer Welle?

    <p>Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle, berechnet durch $c = \nu.λ$.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Momentangeschwindigkeit?

    <p>Die Geschwindigkeit in einem infinitesimalen Zeitintervall.</p> Signup and view all the answers

    Wann spricht man von einer gleichförmigen Bewegung?

    <p>Wenn in gleichen Zeiten immer gleiche Wegstrecken zurückgelegt werden.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Transversalwelle?

    <p>Die Auslenkung erfolgt senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Beschleunigung definiert?

    <p>Änderung der Geschwindigkeit über einen bestimmten Zeitraum.</p> Signup and view all the answers

    Was wird durch den Punkt über der Größenart in der Notation gezeigt?

    <p>Die erste Ableitung nach der Zeit.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Einheit m/s²?

    <p>Eine Einheit für Beschleunigung.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert bei einer ungleichförmigen Bewegung?

    <p>Die Geschwindigkeit ändert sich im Laufe der Zeit.</p> Signup and view all the answers

    Wie wird die Momentanbeschleunigung definiert?

    <p>Sie wird in einem infinitesimalen Zeitintervall ermittelt.</p> Signup and view all the answers

    Was bezeichnet die Geschwindigkeit v in der Gleichung v = ds/dt?

    <p>Die Ableitung des Weges nach der Zeit.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die Folge einer konstanten Beschleunigung?

    <p>Die Bewegung ist gleichmäßig beschleunigt.</p> Signup and view all the answers

    Was passiert mit der Geschwindigkeit der gestoßenen Kugel, wenn sie vor dem Stoß in Ruhe ist und sie eine gleich schwere Kugel trifft?

    <p>Sie übernimmt die Geschwindigkeit der stoßenden Kugel.</p> Signup and view all the answers

    Wie verhält sich die Geschwindigkeit der geschlagenen Kugel, wenn die stoßende Kugel schwerer ist?

    <p>Sie bewegt sich mit einer größeren Geschwindigkeit nach dem Stoß.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Impulsübertragung beim Stoß gegen eine Wand mit unendlicher Masse?

    <p>Der doppelte Impuls wird übertragen.</p> Signup and view all the answers

    In welchem Fall hat die stoßende Kugel nach dem Stoß eine umgekehrte Bewegungsrichtung?

    <p>Masse 1 &lt; Masse 2.</p> Signup and view all the answers

    Welches physikalische Beispiel beschreibt die Wechselwirkung von Protonen mit Materie?

    <p>Ein Stoß einer schwereren Kugel gegen eine leichtere Kugel.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt die Energieübertragung während eines elastischen Stoßes von Neutronen an Atomkernen?

    <p>Neutronen verlieren aufgrund der Massenähnlichkeit viel Energie.</p> Signup and view all the answers

    Wie verändert sich die kinetische Energie einer Kugel nach einem Stoß, wenn sich die Masse der stoßenden Kugel ändert?

    <p>Sie hängt vom Verlauf der Kollision ab.</p> Signup and view all the answers

    Wann hat der Stoß einer Kugel mit einer Wand den größten Impuls?

    <p>Wenn die Kugel mit der größten Geschwindigkeit auf die Wand trifft.</p> Signup and view all the answers

    Welches dieser Beispiele zeigt die Anwendung der Impulsübertragung in der Reaktortechnik?

    <p>Ein Stoß zwischen Neutronen und Wasserstoffkernen.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Beziehung zwischen Haft- und Gleitreibung?

    <p>Die Reibungszahl der Gleitreibung ist kleiner als die der Haftreibung.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die innere Reibung?

    <p>Reibungskräfte zwischen Atomen oder Molekülen.</p> Signup and view all the answers

    Was ist die korrekte Einheit für Arbeit gemäß der Definition?

    <p>Joule (J)</p> Signup and view all the answers

    Was passiert, wenn die Gravitationskraft und die Reibungskraft eines fallenden Regentropfens gleich groß sind?

    <p>Der Tropfen fällt mit konstanter Geschwindigkeit.</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage beschreibt die Arbeit, die unter einer nicht konstanten Kraft verrichtet wird?

    <p>Die Arbeit muss in infinitesimalen Schritten summiert werden.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Beziehung zwischen Reibungskraft und Geschwindigkeit v bei langsam bewegten Körpern?

    <p>Die Reibungskraft ist proportional zur Geschwindigkeit.</p> Signup and view all the answers

    Welche Formel beschreibt die Arbeit, wenn die Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt?

    <p>W = 0</p> Signup and view all the answers

    Wie zeigt sich der Unterschied in der Fallgeschwindigkeit zwischen großen und kleinen Regentropfen?

    <p>Große Tropfen erreichen schneller die konstante Fallgeschwindigkeit.</p> Signup and view all the answers

    Was benötigt man für die Definition der Arbeit?

    <p>Die Kraft und die Richtung der Verschiebung.</p> Signup and view all the answers

    Was beschreibt die Beziehung zwischen der Normalkraft und der Gewichtskraft?

    <p>Die Normalkraft ist gleich der Gewichtskraft, solange der Körper ruhend ist.</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Angewandte Medizinphysik 1, Teil 1

    • Vorwort: Die Vorlesung vermittelt Grundlagen der Physik, insbesondere Mechanik, Schwingungen, Wellen, Elektrizitätslehre und Magnetismus. Die ausgewählten Kapitel sollen für das weitere Studium hilfreich sein. Neben den Grundlagen werden Querverbindungen zur medizinischen Physik hergestellt. Mathematische Herleitungen und Berechnungen sind ergänzender Natur.

    1. Grundsätzliches

    • Naturwissenschaften: Physik ist ein Teilgebiet der Naturwissenschaften, das Vorgänge in der Natur mathematisch beschreiben möchte.

    • Vorgänge beschreiben: Vorgänge werden mithilfe von Experimenten, Messungen und Gesetzmäßigkeiten beschrieben. Diese Gesetzmäßigkeiten, die für verschiedene Situationen gültig sind, werden durch Experimente verifiziert.

    • Modellbildung: Die Natur wird vereinfacht, um unerwünschte Einflüsse zu eliminieren und ein Modell zu erstellen, das die Vorgänge beschreibt. Beispielsweise wird beim freien Fall häufig der Luftwiderstand vernachlässigt.

    2. Größenarten – Größen – Einheiten

    • Größenarten: Länge, Zeit, Masse sind qualitativ unterscheidbare Größenarten.

    • Größen: Unendlich viele Quantitäten können innerhalb einer Größenart gemessen werden. Diese werden als Größen bezeichnet.

    • Einheiten: Eine Einheit stellt die Bezugsgröße dar, anhand derer eine Größe zahlenmäßig angegeben werden kann. Einheiten können Basiseinheiten (z. B. Meter, Sekunde, Kilogramm) oder abgeleitete Einheiten sein (z.B. für Arbeit= kgm²s⁻²).

    • Basiseinheiten: (SI): Meter (m), Sekunde (s), Kilogramm (kg), Ampere (A), Kelvin (K), Mol (mol), Candela (cd) etc.

    • Geschwindigkeit: Länge durch Zeit. Einheit: m/s.

    • Beschleunigung: Änderung der Geschwindigkeit durch Zeit. SI-Einheit: m/s²

    3. Kinematik – Die Lehre von der Bewegung

    • Bezugssystem: Zur Beschreibung der Bewegung ist ein Koordinatensystem notwendig.

    • Translation: Fortbewegung eines Körpers ohne Drehung.

    • Rotation: Drehung eines Körpers um einen festen Punkt.

    • Gesamtbewegung: Kombination aus Translation und Rotation.

    • Bewegung auf geradliniger Bahn: Geschwindigkeit und Beschleunigung, gleichförmige und ungleichförmige Bewegung.

    • Bewegung auf krummliniger Bahn: Ortsvektor, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung, Zentripetalbeschleunigung, Tangentialbeschleunigung

    4. Kraft - Masse

    • Trägheit: Trägheit ist ein Maß für die Tendenz eines Körpers, seinen Bewegungszustand beizubehalten.

    • Schwerkraft: Kraft auf einen Körper aufgrund der Gravitationskraft der Erde.

    • Spezifische Masse (Dichte): Masse pro Volumeneinheit. Einheit: kg/m³

    • Gravitationskraft: Die gegenseitige Anziehung zwischen zwei Massen.

    • Trägheitskräfte: Kräfte, die in beschleunigten Bezugssystemen auftreten (z.B. Fliehkraft im Karussell, Zentrifugalkraft).

    5. Arbeit und Energie

    • Arbeit: Eine Kraft, die eine Verschiebung bewirkt. Einheit: Joule (J)

    • Energie: Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

    • Potentielle Energie: Energie aufgrund der Lage.

    • Kinetische Energie: Energie aufgrund der Bewegung.

    • Mechanischer Energiesatz: In einem geschlossenen System ohne Energieverluste bleibt die gesamte Energie (potentielle + kinetische) konstant.

    6. Leistung (P)

    • Leistung: Änderung der Arbeit über Zeit

    7. Wirkung (S)

    •  Wirkung: Produkt aus Leistung und Zeit.

    8. Kraftstoß (K) – Impuls (p)

    • Kraftstoß: Produkt aus Kraft und Zeit.

    • Impuls: Masse mal Geschwindigkeit.

    • Impulssatz:  Der Gesamtimpuls eines abgeschlossenen Systems bleibt konstant.

    9. Dynamik an starren ausgedehnten Körpern

    • Drehimpulserhaltung:  In einem abgeschlossenen System bleibt der Drehimpuls konstant.

    • Drehmoment: Kraft * Hebelarm; Maß für die Drehkraft.

    • Trägheitsmoment: Maß für die Rotationsinertie eines Körpers.

    • Drehimpuls: Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit

    • Kräftepaar: Eine aus zwei Kräften bestehende Kraftwirkung

    • Kreiselbewegung:  Präzession (Rotation der Drehachse).

    • Symmetrische Kreisel: Spezialfälle von Kreiseln mit besonderen Eigenschaften bezüglich Drehachsen.

    10. Schwingungen

    • Harmonische Schwingung: Regelmäßige Oszillation.

    • Amplitude: Maximale Auslenkung.

    • Frequenz: Anzahl der Schwingungen pro Sekunde (Einheit: Hz).

    • Periodendauer: Zeit für eine vollständige Schwingung.

    • Phasenwinkel: Beschreibt die Position einer Schwingung in ihrer Schwingungsperiode.

    • Überlagerung harmonischer Schwingungen: Zwei oder mehr Schwingungen können sich addieren und ergeben ein komplexeres Schwingungsverhalten.

    11. Wellen

    • Mechanische Wellen: Wellen, die eine Materie benötigen, um sich auszubreiten (z.B. Schallwellen, Wellen an einer Schnur)
    • Transversalwellen: Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (z.B. Lichtwellen, Wellen auf einer Saite)
    • Longitudinalwellen: Schwingung parallel zur Ausbreitungsrichtung (z.B. Schallwellen in Luft)
    • Wellenlänge: Die Entfernung zwischen zwei Punkten mit gleicher Phase.
    • Frequenz: Die Anzahl der Wellen, die pro Sekunde einen bestimmten Punkt passieren.
    • Schallgeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit, mit der sich Schallwellen im Medium ausbreiten.

    11.2 Elektromagnetische Schwingung

    • Elektromagnetisches Feld: Die zeitliche Änderung von elektrischen und magnetischen Feldern erzeugt elektromagnetische Wellen.
    • Schwingkreis: Ein elektrischer Schwingkreis besteht aus einem Kondensator und einer Spule.

    11.3 Schallwelle

    • Druckwelle: Dichteschwankungen, die sich durch ein Medium fortbewegen.

    • Schallintensität: Energie, die pro Flächeneinheit und Zeiteinheit transportiert wird.

    • Wellenwiderstand; Schallkennimpedanz:  Parameter, der die Wechselwirkung zwischen Schallwelle und Medium beschreibt.

    11.4 Allgemeine Eigenschaften von Wellen

    • Reflexion: Rückprall einer Welle an einer Grenze (z.B. Spiegel).

    • Brechung: Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle, wenn sie von einem Medium in ein anderes übergeht.

    • Interferenz: Überlagerung von Wellen, die sich addieren (konstruktiv) oder auslöschen (destruktiv).

    • Dispersion: Abhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Wellenlänge.

    • Beugung: Umbeugung einer Welle um ein Hindernis.

    • Absorption: Energieverlust einer Welle beim Durchgang durch ein Medium.

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