Physik am Samstagmorgen 2007 – Physik und... Vorlesungsreihe zur modernen Physik für...

Physik amSamstagmorgen2007 –Physik und...

Vorlesungsreihe zur modernen Physikfür Schülerinnen und Schüler der Oberstufe

Das Veranstaltungsprogramm

Samstag · 21.April 2007 · 9:30 UhrWas ist Physik?Heinz-Georg Sander

Samstag · 28 April 2007 · 9:30 UhrPhysik und AtmosphäreStephan Borrmann

Samstag · 5.Mai 2007 · 9:30 UhrPhysik und SportLars-Patrick May

Samstag · 12.Mai 2007 · 9:30 UhrPhysik und MedizinWerner Heil

Samstag · 19.Mai 2007 · 9:30 UhrPhysik, Klima und EnergieKonrad Kleinknecht

Was ist Physik?

physis ( gr. ) : die NaturPhysik ist die Naturwissenschaft

überhaupt

spezieller: Physik ist die Wissenschaft von der MaterieÜbergänge fließend:- Chemie ( phys. Chemie)- Biologie ( Biophysik)- Geographie ( Geophysik)- Astronomie ( Astrophysik)- Medizin (med. Physik)- Ingenieurwissenschaften….

allgemein: Die Physik ist für die grundlegenden Fragen der Natur zuständig!

Ziel der Physik:

Beschreibung der Natur mit Hilfe mathematischer Modelle ( Rätsel, dass das funktioniert)

Arbeitsteilung:

Experimentalphysik Theoretische Physik(gezielte Experimente (Formulierung von Gesetz- bzw Beobachtungen mässigkeiten in der Sprache unter kontrollierten der Mathematik) Bedingungen)

Geschwindigkeit einer Pistolenkugel

25 Hz

α

t / T = α / 360°

Beispiel: Allgemeine Relativitätstheorie

Experiment: alle Körper erfahren die gleiche Beschleunigung durch die Gravitation

Äquivalenzprinzip: Beschleunigung und Gravitation sind (lokal) ununterscheidbar (Einstein 1905)

Gravitation verändert die Struktur von Raum und ZeitMathematische Formulierung:

R - ½ R g + Λ g = 8 π G / c T

(Einstein 1916)

Vorhersage: Ablenkung von Licht im Gravitationsfeld

μν μν μν μν

Ablenkung von Sternenlicht im Gravitationsfeld der Sonne

Θ

Erde Mond

Sonne Stern

klassische Rechnung: Θ = 0,87 ″

jedoch ART: Θ = 1,75 ″ ( Einstein 1916)

bestätigt durch Eddington bei Sonnenfinsternis 1919

Schwarzes Loch von 3 Millionen Sonnenmassen in Zentrum unserer Milchstraße

Quelle: ESO Video Clip 02/02

Teilgebiete der Physik

klassische Physik:

- Mechanik

- Akustik

- Wärmelehre

- Elektrizitätslehre

- Magnetismus

- Optik

moderne Physik:

- Relativitätstheorie

- Quantenphysik

- Atomphysik

- Molekülphysik

- Festkörperphysik

- Kernphysik

- Elementarteilchenphysik

Die Newtonschen Gesetze

1. Ein kräftefreier Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit

2. Beschleunigung = Kraft / Masse

3. Kraft = - Gegenkraft

Erhaltungsgrößen beim elastischen Stoß

1. Impuls p = Masse m · Geschwindigkeit v

2. kinetische Energie E = ½ · m · v²

Brachistochrone

Johann Bernoulli ( 1696 ):Auf welchem Weg kommt man am schnellsten von A nach B ?

A

B

Zykloide

Kräfte in rotierenden Systemen

- Zentrifugalkraft ( z.B. Karussell )

- Corioliskraft ( z.B. auf der Nordhalbkugel dreht der strömende Wind entgegen dem Uhrzeigersinn )

Elektrizitätslehre Magnetismus

Elektromagnetismus ( Maxwell )

elektromagnetische Wellen

Optik

Ladungstransport

- negative Elektronen

- positive und negative Ionen

Pb + 2 e Pb++ -

Magnetismus

- Diamagnetismus

- Paramagnetismus

- Ferromagnetismus

Schwebendes Graphitplättchen

Spektralzerlegung des Lichts

d

λ

L

D

d/λ = L/D

Strukturbestimmung durch Beugung von Licht

Compact Disc ( CD )

Struktur-bestimmungvon Atomkernenan MAMI(Mainzer Mikrotron)

Was ist Physik?

….. auf jeden Fall eine spannende Sache!