Physik

Naturwissenschaften untersuchen die Natur durch Erfahrungen, Beobachtungen und Modelle, um Vorhersagen zu treffen.

Raum und Zeit sind relativ, d.h. sie hängen vom Bezugsrahmen des Beobachters ab.

Eine Lichtuhr misst die Zeit anhand der zurückgelegten Strecke des Lichts. In einem bewegten System muss das Licht eine längere Strecke zurücklegen, daher vergeht die Zeit langsamer.

Die Geschwindigkeit des Lichts ist konstant und unabhängig vom Bezugssystem. Sie ist die schnellstmögliche Geschwindigkeit im Universum.

Die Erde befindet sich in der Milchstraße, einer Galaxie, die aus zahlreichen Sternen, Planeten und Monden besteht. Das Universum umfasst alle Galaxien und das gesamte Raum-Zeit-Kontinuum.

Das Universum ist etwa 14 Milliarden Jahre alt, die Erde und die Sonne etwa 4,6 Milliarden Jahre.

Der Umfang der Erde beträgt etwa 40.000 Kilometer, der Radius etwa 6.700 Kilometer.

Das Universum expandiert, d.h. die Galaxien entfernen sich voneinander.

Die Sonne besteht hauptsächlich aus Wasserstoff (92,1%) und wird durch Kernfusion angetrieben. Dabei verschmilzt Wasserstoff zu Helium und erzeugt Wärme und Licht.

Die Erde dreht sich um sich selbst. Die Seite, die zur Sonne zeigt, erlebt Tag, die abgewandte Seite erlebt Nacht.

Die Erdachse ist gegenüber der Bahnebene um die Sonne geneigt. Im Sommer ist die Sonne höher am Himmel, die Strahlen treffen senkrechter auf die Erde und es ist wärmer. Im Winter ist die Sonne tiefer am Himmel, die Strahlen treffen schräger auf und es ist kälter.

Der Mond umkreist die Erde. Je nach Position wird er unterschiedlich vom Sonnenlicht angestrahlt. Nur den beleuchteten Teil des Mondes können wir sehen.

Die Anziehungskraft des Mondes bewirkt, dass sich Wassermassen Richtung Mond bewegen. Die Fliehkraft durch die Erdrotation bewirkt eine entgegengesetzte Bewegung. Beide Kräfte zusammen erzeugen Ebbe und Flut.

Bei einer Mondfinsternis steht der Mond im Kernschatten der Erde. Die Erde befindet sich direkt zwischen Sonne und Mond. Bei einer Sonnenfinsternis befindet sich der Mond zwischen Sonne und Erde und wirft seinen Schatten auf die Erde.

Licht ist eine elektromagnetische Welle. Es besteht aus verschiedenen Farben, die sich in ihrer Wellenlänge und Frequenz unterscheiden.

Die Farbe Blau hat die kürzeste Wellenlänge und die höchste Frequenz im sichtbaren Lichtspektrum.

Der absolute Nullpunkt ist die theoretische Temperatur, bei der die thermische Bewegung von Atomen und Molekülen vollständig zum Stillstand kommt. Es entspricht 0 Kelvin, was -273,15 Grad Celsius entspricht.

Eine Wärmekraftmaschine ist ein Gerät, das Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt, indem es einen Temperaturunterschied nutzt.

Eine Wärmekraftmaschine benötigt ein Wärmebad, ein Kältebad und einen Arbeitsstoff, um zu funktionieren. Das Wärmebad stellt die Wärmeenergie bereit, das Kältebad nimmt Wärme ab und der Arbeitsstoff dient zur Umwandlung der Wärme in mechanische Energie.

Eine Wärmekraftmaschine leitet die Wärmeenergie vom Wärmebad zum Kältebad und erzeugt dabei mechanische Energie. Diese kann beispielsweise in Form von kinetischer Energie verwendet werden.

Newtonsche Gesetze der Bewegung beschreiben das Verhältnis zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung.

Newtonsches Gesetz: Um die Bewegung eines Körpers zu verändern, benötigt man eine Kraft.

Newtonsches Gesetz: Die Kraft, die auf einen Körper wirkt, ist proportional zur Masse des Körpers und seiner Beschleunigung.

Newtonsches Gesetz: Zu jeder Kraft, die ein Körper auf einen anderen Körper ausübt, wirkt eine gleich große und entgegengesetzte Kraft.

Die Fähigkeit von Elektronen, Arbeit zu verrichten, wird als Spannung bezeichnet. Sie wird in Volt (V) gemessen. Man kann sich die Spannung als das Potential der Elektronen vorstellen, ähnlich wie bei einem Wasserkreislauf die potentielle Energie des Wassers.

Der Widerstand beschreibt, wie stark sich ein Stromfluss durch einen Leiter bewegt. Er wird in Ohm (Ω) gemessen. Je höher der Widerstand, desto schwieriger ist es für den Stromfluss.

Die Stromstärke gibt die Menge an elektrischer Ladung an, die pro Zeiteinheit durch einen Querschnitt fließt. Sie wird in Ampere (A) gemessen.

Ein Elektromagnet entsteht, wenn Strom durch eine Spule fließt. Dabei wird ein magnetisches Feld erzeugt, das sich entlang der Spule ausrichtet. Die Stärke des Magnetfeldes hängt von der Stärke des Stroms und der Anzahl der Windungen der Spule ab.

Elektromagnete können verwendet werden, um mechanische Arbeit zu verrichten. Durch Ein- und Ausschalten des Stroms in einer Spule wird ein Magnetfeld erzeugt und wieder abgebrochen, das wiederum eine Magnetkraft auf einen Permanentmagneten ausübt. Diese Kraft kann dann verwendet werden, um eine Bewegung zu erzeugen, wie zum Beispiel bei einem Elektromotor.

Induktion ist das Prinzip, dass ein Magnetfeld, das sich in einer Spule verändert, eine elektrische Spannung erzeugt. Dies funktioniert umgekehrt zur Funktionsweise eines Elektromagneten, bei dem ein Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt. Die Induktion ist die Grundlage für Generatoren, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.

UV-Strahlung (ultraviolette Strahlung) hat mehr Energie als sichtbares Licht. Diese hohe Energie kann Schäden in Molekülen, insbesondere in der Haut, verursachen.

Infrarotstrahlung hat weniger Energie als sichtbares Licht. Einzelne IR-Photonen können nicht genug Energie übertragen, um molekulare Schäden zu verursachen, aber sie erwärmen die Materie.

Blaues Licht hat eine höhere Frequenz als rotes Licht, daher haben blaue Photonen mehr Energie.

Der Treibhauseffekt beschreibt die Erwärmung der Erde durch die Atmosphäre. Die Atmosphäre lässt das sichtbare Licht der Sonne durch, dieses wird in Wärme umgewandelt. Die Atmosphäre hält einen Teil dieser Wärme zurück, ähnlich wie ein Treibhaus.

Interferenz ist ein Phänomen, das bei allen Wellentypen auftritt. Es entsteht, wenn sich Wellen überlagern und dabei ihre Intensität verstärken oder abschwächen. An bestimmten Stellen löschen sich die Wellenberge und Täler einer Welle aus.

Brechung des Lichts tritt auf, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht. Dabei ändert sich die Geschwindigkeit des Lichts, was zu einer Richtungsänderung führt. Brechung ist die Ursache dafür, dass ein Stift im Wasser geknickt erscheint.

Beugung des Lichts beschreibt die Ausbreitung von Lichtwellen durch ein kleines Loch. Dahinter breitet sich das Licht nicht nur geradlinig, sondern in alle Richtungen aus. Das Licht kann auch in Bereiche gelangen, in denen eigentlich ein Schatten sein sollte.

Energie kann in vielen verschiedenen Formen existieren, zum Beispiel als kinetische Energie (Bewegungsenergie), potenzielle Energie (Lageenergie), Bindungsenergie, Strahlungsenergie oder Masse.

Eisen, Nickel und Cobalt sind die einzigen Metalle, die magnetisch sind.

Ein Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Dies geschieht durch Induktion, indem ein Magnet in einer Spule bewegt wird. Die Bewegung erzeugt eine Wechselspannung, bei der sich die Polarität der Spannung periodisch ändert.

Das Hebelprinzip ist ein physikalisches Prinzip, das erklärt, wie eine Kraft mit Hilfe eines Hebels verstärkt werden kann. Eine Zange ist ein Beispiel für einen Hebel. Je länger der Hebelarm, desto weniger Kraft wird benötigt, um eine bestimmte Last zu heben.

Ein Halbleiter besitzt Bereiche, in denen Elektronen fehlen. Diese Fehlstellen werden als "Löcher" bezeichnet und tragen eine positive Ladung. Die Löcher bewegen sich im Halbleiter entgegen der Richtung der Elektronen.

Eine LED (Leuchtdiode) erzeugt Licht, wenn Elektronen aus dem Leitungsband mit Löchern aus dem Valenzband rekombinieren. Dies funktioniert nur mit Gleichstrom und in eine Richtung.

Eine Solarzelle wandelt Licht in elektrische Energie um. Licht absorbiert in einem Halbleiter und erzeugt Elektron-Loch-Paare. Diese Paare werden getrennt, Elektronen und Löcher wandern zu verschiedenen Kontakten, wodurch eine Spannung entsteht.

Ein Transistor dient als elektrischer Schalter. Die angelegte Spannung steuert den Stromfluss zwischen zwei Anschlüssen. Er kann leitend oder nicht leitend sein.

Digitale Logik verwendet Spannungssignale auf hohem oder niedrigem Pegel, um logische Operationen mit Hilfe von Transistoren durchzuführen. Hierbei werden Transistoren als logische Gatter verwendet.

Die Zahl 9 kann in binärer Schreibweise als 1001 dargestellt werden. Jede Stelle in der binären Zahl repräsentiert eine Potenz von 2, beginnend mit 2^0 für die letzte Stelle. In diesem Fall ist 9 gleich 1 * 2^3 + 0 * 2^2 + 0 * 2^1 + 1 * 2^0.