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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 (A)

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. (A)</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 (A)</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. (D)</p> Signup and view all the answers

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

<p>False (B)</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. (B)</p> Signup and view all the answers

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

<p>True (A)</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. (B)</p> Signup and view all the answers

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

<p>False (B)</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 (D)</p> Signup and view all the answers

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

<p>False (B)</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. (A)</p> Signup and view all the answers

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

<p>False (B)</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 (B)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt das Drehmoment?

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

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

<p>False (B)</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 (B)</p> Signup and view all the answers

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

<p>False (B)</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. (C)</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 (B)</p> Signup and view all the answers

Wie werden die Größen einer Größenart benannt?

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

Wie kann eine Größe quantitativ erfasst werden?

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

Was ist eine Basiseinheit?

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

Was beschreibt eine abgeleitete Einheit?

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

Woran erkennt man Einheiten in der Formelsprache?

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

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

<p>Größengleichung (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Wellenlänge λ in einer Wellenbewegung?

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

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

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

Was bezeichnet die Phasengeschwindigkeit c in einer Welle?

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

Was beschreibt die Momentangeschwindigkeit?

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

Wann spricht man von einer gleichförmigen Bewegung?

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

Welche der folgenden Aussagen beschreibt eine Transversalwelle?

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

Wie wird die Beschleunigung definiert?

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

Was beschreibt die Einheit m/s²?

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

Was passiert bei einer ungleichförmigen Bewegung?

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

Wie wird die Momentanbeschleunigung definiert?

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

Was ist die Folge einer konstanten Beschleunigung?

<p>Die Bewegung ist gleichmäßig beschleunigt. (A)</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. (A)</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. (D)</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. (C)</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. (B)</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. (A)</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. (D)</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. (A)</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. (A)</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. (C)</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. (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die innere Reibung?

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

Was ist die korrekte Einheit für Arbeit gemäß der Definition?

<p>Joule (J) (D)</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. (D)</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. (B)</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. (C)</p> Signup and view all the answers

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

<p>W = 0 (C)</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. (C)</p> Signup and view all the answers

Was benötigt man für die Definition der Arbeit?

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

Flashcards

Nutation

Die Kegelbewegung der Figurenachse eines rotierenden Kreisels.

Präzession

Die Rotation des Drehimpulses, verursacht durch ein anhaltendes Drehmoment.

Drehimpulsvektor

Ein Vektor, der die Drehung eines Objekts beschreibt.

Drehmoment

Ein Maß für die Tendenz eines Kraftvektors, ein Objekt zu drehen.

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Figurenachse

Die Rotationsachse eines Kreisels.

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Drehimpulsänderung

Die zeitliche Veränderung des Drehimpulses.

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Präzessionsbewegung

Die Rotation des Drehimpulsvektors um eine Achse.

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Zusätzliche Bewegung (Kreisel)

Wenn Drehmoment und Massenmittelpunkt nicht übereinstimmen, kommt es zu Nutation und Präzession.

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Translationsbewegung

Die fortschreitende Bewegung eines Körpers.

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Rotationsbewegung

Die Drehbewegung eines Körpers um seinen Massenmittelpunkt.

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Punktkinematik

Die Beschreibung der Bewegung eines Körpers, indem die Masse in einem Punkt vereinigt wird.

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Ortsvektor

Ein Vektor, der die Position eines Punktes im Raum angibt.

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Bahnkurve

Die Kurve, die ein bewegter Punkt im Raum beschreibt.

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Geradlinige Bewegung

Bewegung entlang einer geraden Linie.

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Geschwindigkeit (v)

Die zurückgelegte Wegstrecke pro Zeiteinheit.

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Gleichförmige Bewegung

Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit.

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Bezugssystem

Ein Koordinatensystem zur Beschreibung der Bewegung.

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Ortsvektor 𝒓⃗(𝒕)

Ortsvektor, der die Position eines Punktes in Abhängigkeit der Zeit darstellt.

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Gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Eine Bewegung, bei der die Geschwindigkeit gleichmäßig über die Zeit zunimmt oder abnimmt. Die Beschleunigung ist konstant.

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Zeit-Beschleunigungs-Diagramm

Ein Diagramm, das die Beschleunigung eines Objekts in Abhängigkeit von der Zeit darstellt. Bei einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist die Kurve eine horizontale Linie.

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Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm

Ein Diagramm, das die Geschwindigkeit eines Objekts in Abhängigkeit von der Zeit darstellt. Bei einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung ist die Kurve eine gerade Linie.

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Freier Fall

Die Bewegung eines Körpers im Vakuum, der nur der Erdanziehungskraft unterliegt und keine Luftreibung erfährt.

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Ortsvektor 𝒓⃗

Ein Vektor, der die Position eines Punktes im Raum relativ zu einem bestimmten Bezugspunkt beschreibt.

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Starrer Körper

Ein Körper, dessen Punkte konstante Abstände zueinander haben und bei dem äußere Kräfte keine Deformation verursachen.

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Massepunkt

Ein idealisiertes Modell, bei dem die gesamte Masse eines Körpers in einem einzigen Punkt konzentriert ist.

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Hebelarm

Der senkrechte Abstand vom Drehpunkt zur Kraftlinie.

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Kräftepaar

Zwei Kräfte gleichen Betrags, die entgegengesetzt wirken und parallel zueinander verlaufen.

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Drehimpuls

Die physikalische Größe, die die Drehung eines Objekts beschreibt.

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Gleichgewicht

Zustand, in dem die Summe aller Kräfte und Drehmomente auf einen Körper Null ist.

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Trägheitssatz

Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig geradlinig, solange die Vektorsumme der Kräfte und Drehmomente Null ist.

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Zentripetalbeschleunigung

Die Beschleunigung, die einen Körper auf einer Kreisbahn zur Kreismitte hinzieht.

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Tangentialbeschleunigung

Die Beschleunigung eines Objekts in Richtung seiner Bewegung entlang der Kreisbahn.

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Gleichförmige Kreisbewegung

Eine Bewegung, bei der ein Objekt eine Kreisbahn mit konstanter Geschwindigkeit durchläuft.

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Winkelgeschwindigkeit

Die Änderungsrate des Winkels, den ein Objekt in einer Kreisbahn pro Zeiteinheit durchläuft.

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Winkelbeschleunigung

Die Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit eines Objekts.

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Polarkoordinaten

Ein Koordinatensystem, das die Position eines Objekts durch seinen Abstand zum Ursprung und seinen Winkel zur x-Achse angibt.

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Krümmungsradius

Der Radius des Kreises, auf dem sich ein Objekt in einer Kreisbahn bewegt.

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Kraft

Eine physikalische Größe, die zur Änderung des Bewegungszustands eines Objekts führt.

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Resultierende Kraft

Die Summe aller Kräfte, die auf ein Objekt wirken.

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Vektor

Eine physikalische Größe, die sowohl Betrag (Größe) als auch Richtung besitzt.

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Größenart

Bezeichnung für eine qualitative Eigenschaft, die gemessen werden kann, z.B. Länge, Zeit, Masse.

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Größe

Eine konkrete Quantität einer Größenart, die man messen kann, z.B. 5 Meter Länge, 2 Sekunden Zeit, 10 kg Masse.

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Einheit

Ein Referenzwert, der zur Messung und Darstellung von Größen verwendet wird, z.B. Meter für Länge, Sekunde für Zeit, Kilogramm für Masse.

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Basiseinheit

Grundlegende Einheit, die durch eine Arbeitsvorschrift definiert wird, z.B. Meter (m) für Länge, Sekunde (s) für Zeit, Kilogramm (kg) für Masse.

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Abgeleitete Einheit

Einheit, die aus Basiseinheiten durch physikalische Beziehungen (Größengleichungen) abgeleitet wird, z.B. Quadratmeter (m²) für Fläche, Kubikmeter (m³) für Volumen.

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Größensymbol

Ein Symbol, das eine bestimmte Größenart repräsentiert, z.B. s für Länge, t für Zeit, m für Masse.

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Größe = Zahlenwert x Einheit

Diese Gleichung zeigt, wie man eine Größe als Produkt aus einem Zahlenwert und einer Einheit darstellt.

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Momentangeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit eines Objekts zu einem bestimmten Zeitpunkt.

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Ableitung

Mathematische Operation, die die Änderungsrate einer Funktion darstellt. Die erste Ableitung des Weges nach der Zeit ergibt die Geschwindigkeit.

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dt

Ein infinitesimales Zeitintervall, ein unendlich kleiner Zeitabschnitt.

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Beschleunigung

Die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit.

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Momentanbeschleunigung

Die Beschleunigung eines Objekts zu einem bestimmten Zeitpunkt.

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SI-Einheit der Beschleunigung

Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s²).

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Wellenlänge (λ)

Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Punkten auf einer Welle, die sich in der gleichen Phase befinden.

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Phasengeschwindigkeit (c)

Die Geschwindigkeit, mit der sich die Wellenform einer Welle fortbewegt.

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Transversalwelle

Eine Welle, bei der die Schwingungsrichtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verläuft.

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Gleichung einer fortschreitenden Welle

Mathematische Beschreibung einer sich in z-Richtung ausbreitenden Welle, die die Auslenkung x an einem Ort z zur Zeit t angibt.

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Was ist die Auslenkung einer Welle?

Die maximale Entfernung, um die ein Teilchen auf einer Welle von seiner Ruhelage abweicht. Es beschreibt die Amplitude der Welle.

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Impulserhaltungssatz

Der Impuls eines abgeschlossenen Systems bleibt konstant. Bei einem Stoß geht der Impuls von einem Körper auf den anderen über.

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Elastischer Stoß

Ein Stoß, bei dem die kinetische Energie des Systems erhalten bleibt. Der Stoß von zwei idealen Billardkugeln ist ein Beispiel.

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Unelastischer Stoß

Ein Stoß, bei dem die kinetische Energie des Systems nicht erhalten bleibt. Ein Beispiel wäre eine Kugel, die auf Ton trifft.

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Impuls

Das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit eines Körpers. Zeigt die Bewegungsmessung an.

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Stoß zweier gleich schwerer Kugeln

Die stoßende Kugel überträgt ihren gesamten Impuls auf die gestoßene Kugel. Die gestoßene Kugel bewegt sich mit der Geschwindigkeit der stoßenden Kugel.

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Stoß einer schwereren gegen eine leichtere Kugel

Die gestoßene Kugel bewegt sich nach dem Stoß mit größerer Geschwindigkeit als die stoßende Kugel.

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Stoß einer leichteren gegen eine schwerere Kugel

Die stoßende Kugel hat eine kleinere Geschwindigkeit und eine umgekehrte Bewegungsrichtung. Die gestoßene Kugel bewegt sich mit geringerer Geschwindigkeit als die stoßende.

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Kraftstoß

Die Änderung des Impulses eines Körpers. Die Kraft wirkt über eine bestimmte Zeit.

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Kinetische Energie

Die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Bewegung besitzt. Je größer die Geschwindigkeit, desto größer die Energie.

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Abbremsen von Neutronen

Neutronen werden in Kernreaktoren durch Stöße mit Wasserstoffkernen (Wasser) abgebremst, um eine Spaltung der Kerne zu ermöglichen.

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Reibungskraft

Die Kraft, die der Bewegung eines Körpers entgegenwirkt, wenn dieser an einer Oberfläche entlang gleitet oder daran haftet.

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Gleitreibung

Die Reibungskraft, die auftritt, wenn sich zwei Oberflächen aneinander vorbei bewegen.

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Haftreibung

Die Reibungskraft, die auftritt, bevor sich zwei Oberflächen in Bewegung setzen.

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Reibungszahl

Ein dimensionsloser Wert, der die Reibung zwischen zwei Oberflächen beschreibt.

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Normalkraft

Die Kraft, die senkrecht auf eine Oberfläche wirkt.

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Innere Reibung

Die Reibung zwischen Atomen und Molekülen innerhalb eines Körpers.

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Arbeit

Ein Maß für die Energie, die aufgewendet wird, um einen Körper zu bewegen.

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Joule (J)

Die SI-Einheit der Arbeit oder Energie.

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Potenzielle Energie

Die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Lage im Gravitationsfeld besitzt.

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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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