Präsentation	Inhalt und Anmerkungen
Gliederung_Vorlesung_Exp_Phys_1.ppt	Blockdiagramm zum Aufbau der Vorlesung "Mechanik und Wärmelehre" mit Grundlagen der Elektriziätslehre und des Aufbaus der Materie (Voraussetzung zum Verständnis der Materialeigenschaften)
Ein Blick in die Kosmologie.ppt	Vom Zeitpunkt der Entstehung des Weltalls vor 13 10^9 Jahren bis jetzt gilt, gemäß dem „Standardmodell“:
	•Die Energie des gesamten Systems ist konstant
	•Beim „Big Bang“ entsteht eine dichte Wolke identischer Teilchen mit Temperatur von 10^32K und einer einheitlichen Kraft,
	–nach 10^-43 s  erscheint die Gravitationskraft,
	–nach 10 s (10^10 K) Beginn der „Strahlungs-Ära“:
	•Die Strahlung enthält mehr Energie als die Materie, die durch Umwandlungen aus Strahlung entsteht
	•Rekombination von Materie mit Antimaterie erzeugt wieder Strahlung
	–Nach 300 000 Jahren (3000 K) bis heute: Materie enthält mehr Energie als Strahlung
	•Es entstehen Atome, Galaxien, und, auf (mindestens) einem Planeten mit besonders günstigen Bedingungen (Temperaturen um 273 K ± 50 K), organisches Leben mit Pflanzen, Tieren und – sogar –  Menschen
	•Die Strahlung der ersten 10^-43 s erscheint noch jetzt als kosmische Hintergrundstrahlung, allerdings:
	–Die Expansion des Weltalls verlängerte die Wellenlänge in den Mikrowellen-Bereich
Grundgroessen_Startpaket.ppt	Zeit, Länge, Masse
Skalare_u_Vektoren.ppt	•Skalare enthalten nur eine Information
	•Vektoren enthalten mehrere Informationen:
	–In der Physik: Betrag und Richtung in zwei (R2) oder drei Komponenten (R3)
	–Aber auch z. B. zur Bezeichnung von Farben, RGB Codierung
	•Darstellung eines Vektors in Komponenten:
	– erfordert die Definition von Basis-Vektoren
Vektoren_Summe.ppt	•Vektoren werden addiert oder subtrahiert, indem man ihre Komponenten addiert oder subtrahiert
	•Maß für die Länge eines Vektors:
	•Sein Betrag, sein Quadrat die Summe über die Quadrate der Komponenten
	•Dieses Quadrat ist das „Skalarprodukt des Vektors mit sich selbst“
Geschwindigkeit_Licht.ppt	•Die Geschwindigkeit ist ein Quotient,
	–Zähler: Weg,
	–Nenner: Zeit
	•Die Lichtgeschwindigkeit ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum
	–Höchste Geschwindigkeit, c = 3 · 108 m/s
	–Nicht erreichbar mit Masse tragenden Teilchen
Grundgroessen_Vollversion.ppt	Zeit, s, Sekunde
	Länge, m, Meter
	Masse, kg, Kilogramm
	Elektrische Stromstärke, A, Ampère
	Lichtstärke, cd, Candela
	Temperatur, K, Kelvin
	Stoffmenge, mol, Mol
Geradlinige_Bewegung_Geschwindigkeit.ppt	•Weg: zusammenhängende Folge von Punkten im Raum
	•Geschwindigkeit:  Quotient
	–Zähler: Änderung des Wegs
	–Nenner: Änderung der Zeit
	Speziell, wenn der Weg als Funktion der Zeit bekannt ist:
	•Die Geschwindigkeit ist die Ableitung des Wegs nach der Zeit
	•Weg und Geschwindigkeit sind über ihre zeitlichen Ableitungen – bzw. Integrale – miteinander verknüpft
Geradlinige_Bewegung_Beschleunigung.ppt	•Beschleunigung: Quotient
	–Zähler: Änderung der Geschwindigkeit
	–Nenner: Änderung der Zeit
	Speziell, wenn der Weg als Funktion der Zeit bekannt ist:
	•Geschwindigkeit: Ableitung des Wegs nach der Zeit
	•Beschleunigung: Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit
	–Das ist die zweite Ableitung des Wegs nach der Zeit
	•Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind über ihre zeitlichen Ableitungen – bzw. Integrale - miteinander verknüpft
UeEx_1_062406_two_in_one.doc	Übung zu Definitionen, Translationsbewegung
Kreisbahn_Bewegung.ppt	•Fahrstrahl: Vektor vom Mittelpunkt zu einem Punkt auf dem Kreisumfang
	•Die Komponenten des Fahrstrahls sind Funktionen von Radius r und Winkel φ:
	–x = r · cos φ
	–y = r · sin φ
	•Drehung um des Fahrstrahls um den Mittelpunkt ändert den Winkel, der Radius bleibt konstant
	•Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit verhalten sich die Komponenten des Fahrstrahls wie Schwingungen in Form von Sinus- bzw. Kosinus Funktionen der Zeit
Kreisbahn_Beschleunigung.ppt	•Die Komponenten des Fahrstrahls sind Funktionen von Radius r und Winkel ω·t:
	–x = r · cos ω·t
	–y = r · sin ω·t
	•Bahn Geschwindigkeit und Zentripetalbeschleunigung folgen bei erster und zweiter Ableitung der Komponenten nach der Zeit
	•Beträge beider Vektoren:
	–Bahngeschwindigkeit:   v=ω·r [m/s]
	–Zentripetalbeschleunigung: a= ω2·r [m/s2]
	•Harmonische Schwingung: Variation einer physikalischen Größe in Form einer Sinus-Funktion der Zeit
	–Alle Ableitungen führen auf Funktionen gleicher Gestalt
Masse_Kraft_Traegheit.ppt	•Masse: elementare Eigenschaft eines jeden Körpers
	•Kraft: vermittelt die „Wirklichkeit“
	•Die Kraft ist proportional zur Beschleunigung:
	–Proportionalitätskonstante ist die Masse
	–Aussage der Newtonschen Axiome, dient der Definition der Kraft
Massenmittelpunkt.ppt	•Bei Bewegung ohne Drehung („Translationen“) verhalten sich räumlich ausgedehnte oder mehrere zusammenhängende Objekte wie ein einziger Massenpunkt:
	–Ort dieses Punktes ist der Massenmittelpunkt, auch  „Schwerpunkt“ genannt
	–Die Masse an diesem Punkt ist die Summe aller Teil Massen
	•Ausblick: Zur Berechnung von Drehbewegungen ist weitere Information erforderlich
	–Lage der Drehachse
	–Verteilung der Massen  „das Trägheitsmoment“
Jean le Rond D‘ Alemberts Prinzip.pps	Ein Beispiel zur Wirkung der Trägheitskraft
Kreisbahn_Zentrifugalkraft.ppt	•Bewegung auf einer Kreisbahn mit Winkelgeschwindigkeit ω:
	•Die zur Zentripetalbeschleunigung erforderliche  Haltekraft heißt  „Zentripetalkraft“
	•Die dieser Kraft entgegengesetzt gleichgroße Trägheitskraft heißt „Zentrifugalkraft“
	•Betrag beider Kräfte:  F = m · r · ω^2  [N]
Kreisbahn_Corioliskraft.ppt	•Eine gleichförmige Bewegung entlang einer Bahn in einem ruhenden System erscheint bei Beobachtung aus einem rotierenden System, dessen Drehachse senkrecht zur Bahn liegt, beschleunigt:
	–Coriolis-Beschleunigung
	•Die beschleunigende Kraft heißt
	–Coriolis-Kraft, eine Trägheitskraft („Scheinkraft“)
	•senkrecht zur Drehachse
	•senkrecht zur Richtung der Bahn
	•Aber: Bewegt sich ein Massenpunkt in einem rotierenden System entlang einer geraden Bahn senkrecht zur Drehachse, dann ist eine reale Kraft erforderlich, um ihn auf seiner Bahn zu halten:
	–Diese Kraft ist entgegengesetzt gleich groß der Coriolis-Kraft
	–(Die „skalare“ Herleitung genügt, wenn die gleichförmige Bewegung senkrecht zur Drehachse erfolgt, sonst ist Vektorrechnung erforderlich)
Kreisbahn_Entstehung_eines_Hurrikans.ppt	•Luft strömt von Gebieten mit hohem Luftdruck zu Gebieten mit tiefem Luftdruck
	•Von der rotierenden Erde aus betrachtet wirkt auf diese Strömungen die Coriolis- Beschleunigung
	–Auf der Nordhalbkugel werden die Strömungen im Uhrzeigersinn abgelenkt
	–Bei extremen Druckunterschieden über Wasser, das bis in 50 m Tiefe auf mindestens 27° erwärmt ist, können dadurch die Wirbel eines Hurrikans angeregt werden
Masse_Gravitation.ppt	•Massen ziehen sich an: Die Kraft errechnet sich aus dem Gravitationsgesetz:  F=G·m1·m2/r^2
	•Die Gravitationskraft ist proportional zu einer – neben der trägen Masse – weiteren Eigenschaft, der „schweren Masse“
	•Masse kann in Energie umgewandelt werden
Kreisbahn_mit_Gravitation_u_Trägheitskraft.ppt	•Für zwei Massen gibt es Kreisbahnen mit Gleichgewicht zwischen Gravitations- und Trägheitskraft
	•Für Umlaufzeit und Radius der Bahnen gilt:
	–Die Quadrate der Umlaufzeiten verhalten sich wie die dritten Potenzen der Bahnradien
	(Inhalt des dritten „Keplerschen Gesetzes“)
Gravitation_Freier_Fall.ppt	•Ohne Reibungskräfte fallen alle Körper gleich schnell:
	–Deshalb ist die träge Masse gleich der schweren Masse
	•Bei Bewegung im „viskosen Medium“ , z. B. in Luft, gibt es eine der Beschleunigung entgegengesetzte Reibungskraft,
	–proportional zur Geschwindigkeit
	–Abhängig von der Form
	–Schneller fallen an Luft oder in Flüssigkeiten:
	•bei gleicher Größe und Form Körper höherer Dichte
	•bei gleicher Dichte und Form größere Körper
Gravitation_Wurfparabel.ppt	•Die „Wurfparabel“ folgt bei Überlagerung einer gleichförmigen mit einer dazu senkrechten beschleunigten Bewegung
Arbeit_Kraft_mal_Weg.ppt	•Arbeit ist Kraft mal Weg
	• Skalar: W = F · s   [1 J]
	–Kraft F wirke entlang des Weges s
	•Die Arbeit wird zu „Kinetischer Energie“, wenn die Kraft zur Beschleunigung einer Masse verwendet wird:
	–Eine Masse m, mit Geschwindigkeit v bewegt, hat die kinetische Energie Ekin=m·v^2/2
	•Diese Formen der Arbeit sind in vollem Umfang in andere Formen der Energie umwandelbar
	–Im Gegensatz zur Wärme, die nicht vollständig in „Kraft mal Weg“ für eine einzelne Masse verwandelt werden kann
Arbeit_Def_u_Energieerhaltung.ppt	•Satz von der Erhaltung der Energie: Die Gesamtenergie bleibt konstant, sie kann aber ausgetauscht oder in andere Formen umgewandelt werden
	•Als „Verrichten von Arbeit“, kurz „Arbeit“,  bezeichnet man Austausch von Energie zwischen zwei Systemen
	–Analogie zwischen Begriffen: Es verhält sich Arbeit zu Energie wie Kontobewegung zu Kontostand*
	•In vielen Anwendungen gilt: Arbeit ist Kraft mal Weg
	•Besonders wertvoll sind in der Mechanik kinetische und potentielle Energie einzelner Massen, weil sie vollständig austauschbar sind
	* Aber: Keine Überziehung möglich
Arbeits_Austausch_auf_der_schiefen_Ebene.ppt	•In zwei Systemen mit unterschiedlichen Wegen erreicht man durch geeignete Wahl der Massen gleiche Hub-Arbeiten
	•Zwischen diesen Systemen kann die Hubarbeit – ohne weitere Energiezufuhr -beliebig oft ausgetauscht werden
	•Anwendung:
	–Aufzüge mit Gegengewicht
	–Schrägaufzüge
	–Wasser Transport in „Speicher Seen“: Wasser wird auf Berge in „Speicher Seen“ gepumpt, um bei Bedarf dessen Hub Energie durch ablaufendes Wasser wieder abzurufen
	•In zwei Systemen mit unterschiedlichen Wegen erreicht man durch Wahl der Massen gleiche Hub-Arbeiten
Skalarprodukt_zB_Arbeit.ppt	•Das Skalarprodukt ist ein Produkt zwischen zwei Vektoren: Das Ergebnis ist eine Zahl, ein „Skalar“
	•Rechenvorschrift: F·s = F·s·cos α
	–α ist der Winkel zwischen den Vektoren F und s
	–In Worten: Erster Vektor mal Projektion des zweiten auf den ersten
	•Oder, wenn die Koordinaten (F1,F2,F3), (s1,s2,s3) in R3 bekannt sind: F·s = F1·s1+ F2·s2 + F3·s3
	•Eine wichtige Anwendung:
	–Mechanische Arbeit: Skalarprodukt zwischen Kraft- und Weg-Vektor
Fundamentalkraefte.ppt	Die vier Fundamentalkräfte sind:
	•Die Gravitationskraft
	–Immer anziehend
	•Die Coulombkraft, die elektromagnetische Kraft
	–Anziehend oder abstoßend
	–Aktiv bei chemischer Bindung, Wechselwirkung zwischen Atomen
	•Starke Wechselwirkung: Kräfte zwischen Protonen und Neutronen
	–werden bei Kernreaktionen aktiv
	•Schwache Wechselwirkung: Kraft zwischen schweren und leichten Teilchen
	–Zerfall des Neutrons in Proton, Elektron und Antineutrino
	•Die bei Beschleunigung auftretenden Trägheitskräfte bezeichnet man – im Gegensatz zu den Fundamentalkräften- als Scheinkräfte
UeEx_1_061107_two_in_one.doc	Übung zu mechanischer Energie, Kinematik
Ladung_Coulombgesetz.ppt	•Einheit der Ladung: 1 Coulomb [1 C ]
	•Kräfte zwischen Ladungen
	–Gleichnamig:  abstoßend
	–Ungleichnamig: anziehend
	–Coulombgesetz, F=1/(4πε0)·q1 ·q2/r^2  [N]
	•Es gibt eine kleinste Ladung:
	– Die Elementarladung, e=1,602 10^(-19) C
	•Jede Ladung ist mit Masse verbunden
	•Nicht jede Masse trägt eine Ladung
Feld_E_Ladung.ppt	•An einem Ort mit elektrischer Feldstärke wirkt auf eine Ladung eine Kraft
	•Die Feldstärke ist eine vektorielle Eigenschaft:
	–Quotient: Kraft F durch Ladung q,  E = F / q  [N/C]
	•Ursachen elektrischer Feldstärke:
	–Materiell: Statisch im Raum angeordnete Ladungen
	–Ohne Materie: Sich zeitlich ändernde magnetische Felder
Feld_Arbeit_Austausch.ppt	•Die Verschiebung einer Ladung im elektrischen Feld ist mit Arbeit verbunden
	•Diese Arbeit ist das Produkt  W = q · E · s  [J]
	–Kraft auf die Ladung im elektrischen Feld F = q · E
	–und dem Weg s
	•Die Arbeit an der Ladung im Feld kann gegen Arbeit an Massenpunkten ausgetauscht werden
	–in Kinetische Energie der im Feld beschleunigten Ladung
	–oder in Hubarbeit an beliebigen Massen
Feld_Arbeit_Spannung.ppt	•Mit der Arbeit im elektrischen Feld ist die elektrische Spannung zwischen zwei Punkten definiert, ein Quotient: U = W / q   [V] („Volt“)
	– Zähler: Arbeit W zur Verschiebung einer positiven Ladung von einem Punkt zum andern
	–Nenner: Betrag der positiven Ladung q
	•Die elektrische Spannung ist
	–immer zwischen zwei Punkten definiert
	–Zentrale Größe der Elektrizitätslehre, sie zeigt die zwischen zwei Punkten zu gewinnende Arbeit
Feld_konservativ_Potential_Spannung.ppt	•Der Potentialunterschied zwischen zwei Punkten 2 und 1 ist die elektrische Spannung: U = φ2 – φ1 [V]
	•In konservativen Feldern ist die Arbeit zur Verschiebung eines Körpers zwischen zwei Punkten unabhängig vom Weg
	•Bei Verschiebung auf „geschlossenen Wegen“ ist daher die Arbeit Null
	•Nur deshalb ist es sinnvoll, jedem Punkt ein „Potential“ zuzuordnen: φ = W / q   [V]
	•Im Gegensatz dazu: Nicht konservativ sind Wirbelfelder,
	–Sichtbar z. B. ist die nicht verschwindende Arbeit auf geschlossenem Weg an einem Holzstück, das im Strömungswirbel eines Flusses im Kreis schwimmt
Feld_B_Strom_Lorentz.ppt	•Elektrische Stromstärke: Quotient, transportierte Ladung q durch Zeit t : I = q / t  [A]
	•Jeder Strom ist von kreisförmigen Magnetfeldlinien umgeben
	•An einem Ort mit magnetischer Feldstärke B wirkt auf eine mit Geschwindigkeit v bewegte Ladung q eine Kraft F = v · q · B   [N]
	–Richtung der Kraft („Lorentzkraft“) für eine positive Ladung: Senkrecht sowohl zu B als auch zu v (Rechte Hand Regel)
	•Magnetische Feldstärke: Quotient B = F / ( v · q )  [T]
	–Zähler: Lorentzkraft auf die bewegte Ladung
	–Nenner: Ladung mal Geschwindigkeit
Feld_B_Biot_Savart.ppt	•Biot-Savart Gesetz beschreibt die Kraft, die zwei kurze, von Strömen I1 , I2 durchflossene Leiterstücke der Länge dl durch ihre magnetische Wechselwirkung aufeinander ausüben:
	•F = μ0 / (4π) · I1 dl · I2 dl / r2   [ N ]
	•Analog zum Coulomb Gesetz: Anstelle der Ladungen stehen im Biot Savart Gesetz die Produkte aus Strömen und Längen der Leiterstücke
Feld_El_Mag_Sender.ppt	•Elektrische Schwingkreise
	–Technischer Wechselstrom bis Mikrowelle
	•Beschleunigte Ladungen
	–Röntgenstrahlung, Synchrotronstrahlung Molekülschwingungen, Schwingungen von Atomen in Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern
	–Infrarotstrahlung
	Gemeinsame Grundlage: Maxwellsche Gleichungen (Induktion, Ausbreitung der Feldstärken)
	•Elektromagnetische Strahlung bei elektronischen Übergängen
	–Äußere Schalen: IR-, sichtbares Licht, UV-Strahlung
	–Innere Schalen: Röntgenstrahlung
	•Elektromagnetische Strahlung bei Kernreaktionen
	–Gamma Strahlung
	Die Emission bei elektronischen Übergängen und bei Kernreaktionen erfordert Neues: Die Quantenmechanik
Impuls_Erhaltung.ppt	•Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit  p = m · v  [mkg/s]
	–Die Impuls Änderung ist das Produkt Kraft mal Zeit    Δp = F · Δ t  [mkg/s]
	•Es gilt die Impulserhaltung: Wirken auf ein abgeschlossenes System von Massenpunkten keine äußeren Kräfte, dann bleibt die Summe der Impulse zeitlich konstant
Impuls_R2_gleiche_Massen.ppt	•Bei Bahnen in R2 oder R3 gilt die Impulserhaltung komponentenweise:
	–für jede Komponente i=1,2,3 bleibt die Summe der entsprechenden Impuls Komponenten konstant
	–Speziell: bei elastischem Stoß gleicher Massen stehen die Impulse der auslaufenden Teilchen im rechten Winkel zueinander,
	•Anwendung z. B. beim Stoß der Kugeln beim Billiard oder Boule Spiel
Impuls_Compton_Effekt.ppt	•Photonen erscheinen beim Stoß auf Materie als Teilchen mit Impuls p=h/λ und Energie W=hc/λ
	–Beim Stoß bleibt die Geschwindigkeit konstant c, es ändert sich die Wellenlänge, bei Ablenkung unter dem Winkel Φ gilt:
	– Δλ=h/(mc)·(1-cosΦ)  (h=6,6E-34 Js, m=9,1E-31 kg)
	•Ergebnisse beim Stoß eines 120 keV Photons (med. Röntgen) auf ein ruhendes Elektron, Streuwinkel des Photons sei 90°:
	–Das Elektron wird auf 1/3 c beschleunigt
	–Die Wellenlänge des gestreuten Photons vergrößert sich um 20%
	•Stoß mit Photonen kleinerer Wellenlänge als der halben „Compton Wellenlänge (h/(mc)=0,024 nm, 512 keV)“ führt zur Paarbildung