http://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/index.html!Alle Informationen zur Vorlesung unter :!

Prof. Joachim Rädler !Paul Koza (Vorlesungsbetreuung) !

Experimentalphysik E1 !

Anmeldung zu den Übungen über das LSF System bis 17.Okt!

Vorbesprechung zum Übungsbetrieb Do. 18.Okt 16 Uhr gr. HS!

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* Mechanik eines Massepunktes! Bewegungen, Kräfte, Drehbewegungen, Impuls, Energie, ! Spezielle Relativitätstheorie!* Systeme von Massepunkten, Dynamik starrer Körper!* Schwingungen und Wellen, "* Hydrostatik, Hydrodynamik"* Akustik!!!

Mechanik - Schwingungen und Wellen!

Inhalte!

Literatur:!

W. Demtröder, Experimentalphysik 1 Springer Lehrbuch P. A. Tipler, „Physik“, Spektrum Akad. Verlag Meschede, Gerthsen „Physik“, Springer Verlag Bergmann, Schäfer : „Lehrbuch der Experimentalphysik“ R.W. Pohl „Mechanik, Akustik und Wärmelehre“ The Feynman Lectures on Physics, Vol.1, Addison Wesley

"Man kann einem Menschen nichts lehren;!man kann ihm nur helfen, es in sich selbst zu finden."!

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Galileo Galilei (1564-1642)!italienischer Mathematiker, Physiker !und Philosoph!

„Science is a way to teach how something gets to be known, what is not known, to what extent things are known !(for nothing is known absolutely), !how to handle doubt and uncertainty, !what the rules of evidence are, !how to think about things so that judgements can be made, !how to distinguish truth from fraud, and from show.“!

Richard Feynman!

Nach welchem Gesetz fallen Körper ?"Vom Experiment widerlegte „historische Theorien“!

Albert von Sachsen (14 Jhr n. Chr.) : v~s!Nicole Oresme (14 Jhr n. Chr.) : v~t!Leonardo da Vinci (15 Jhr n. Chr.) : !

Die in gleichen Zeitintervallen zurückgelegten Strecken sind proportional den ganzen Zahlen (1,2,3 ...)!

Galileo unter anderen (16 Jhr n. Chr.) : !Die in gleichen Zeitintervallen zurückgelegten Strecken sind proportional den ungeraden ganzen Zahlen (1,3,5, ...)!

Aristoteles (4. Jahrh. v. Chr.) !Erde ist der niedrigste natürliche Ort, also fallen alle Körper, die aus Erde sind, auf die Erde. Schwere Körper, die mehr Erde enthalten, fallen schneller als leichte.!

Galilei führte die ersten systematischen Messungen aus. Sein Trick : Verlangsamung des „freien Falls“ durch schiefe Ebene!

http://www.youtube.com/watch?v=S3Rvy-ft1bI!

The Key to Science!

Richard Feynman!

Die menschliche Wahrnehmung ist für physikalische Messungen nur bedingt brauchbar. !

Längenmessung!

Forderungen an eine physikalische Messung:!1.  reproduzierbar (Invarianz der Naturgesetze)!2.  quantitativ (d.h. zahlenmäßig in Maßeinheiten)!3.  genau (unter Angabe eines Messfehlers)!

Die menschliche Wahrnehmung ist für physikalische Messungen nur bedingt brauchbar. (siehe Demonstrationen)!

Messverfahren und Normale!Messen heißt immer zwei Größen miteinander zu vergleichen. Für einen einheitlichen, zahlenmäßigen Vergleich werden Standards, sogenannte Normale festgelegt. Der Messvorgang sollte folgende Kriterien erfüllen :!

Forderungen an ein Normal: !

Normale müssen mit genügender Genauigkeit, reproduzierbar und mit vertretbarem technischen Aufwand mit zu messender Größen vergleichbar sein.!

Einheit der Masse!

=> Relative Messunsicherheit : 10-9!

Heute gültige Definition : Kilogramm [kg]!1 Kilogramm (kg) ist die Masse eines Platin-Iridium-Zylinders, der als Massennormal in Paris aufbewahrt wird. !

Das „Urkilogramm“!

Das Kilogramm ist durch die Masse eines Einheitskörpers festgelegt (Urkilogramm), das in Sevres bei Paris (Bureau International des Poids et Mesures, BIPM) aufbewahrt wird (seit 1889).!Eine Kopie des Urkilogramms befindet sich an der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Braunschweig.!!Vorarbeiten zu Definition über feste Zahl von Atomen (Si-Einkristall)!

Siliziumkugel als neuer Massestandard ?!

Abzählen der Atome notwendig!

Die Avogadro-Kugel aus dem Silizium-Isotop-28 könnte zur Neudefinition des Urkilogramms herangezogen werden. !

1875 : Das Urmeter (Paris)!

Seit 1983 ist die Lichtgeschwindigkeit auf c0=299 792 458 m/s festgelegt.!

Einheit der Länge!

1960 Definition über die Wellenlänge des Krypton-Isotops 86!

=> Relative Messunsicherheit : 10-14!

Heute gültige Definition : Meter [m]!1 Meter ist die Länge der Strecke, die Licht im Vakuum während der Dauer von 1/299 792 458 Sekunden durchläuft.!

Wurde so gewählt, dass die Strecke vom Nordpol über Paris zum Äquator 107m beträgt.!

GPS!Triangulation mit Radiosignalen!

Vorsilben !zur Bezeichnung von dezimalen Vielfachen und Teilen!

(SI - Vorsätze)!

Massen und Längen im Universum!

Einheit der Zeit!

Atomuhren gehen auf 20 Millionen Jahre 1 s falsch.!

Ursprüngliche Definition:!1s = 1/(60 60 24)! = 1/86400 eines mittleren! Sonnentages!

=> Relative Messunsicherheit : 10-14!

Heute gültige Definition : Sekunde [s]!1 Sekunde ist das Zeitinterval, während dessen die Cäsiumuhr !9 192 631 770,0 Schwingungen macht. !

bis 100 GHz mit elektronischen Zählern!

Frequency !Comb!

http://nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=858!

Zeitenskalen!1015 !Alter des Universums!1012 !Alter der Erde!109 !Erste Menschen / alter der Pyramiden!106 !1 Jahr = 3,15 107 s , 1 Tag 8,64 104 s!103 !Zeit die Licht von der Sonne zur Erde benötigt!1 !Abstand zwischen Herzschlägen!10-3 !Periode einer Schallwelle!10-6 !Periode einer Radiowelle!10-9 !Licht legt 30cm zurück!10-12 !Periode einer Molekülschwingung!10-15 !Periode einer Atomschwingung!10-18 !Licht legt Atomdurchmesser zurück!10-21 !Periode einer Kernschwingung!10-24 !Licht legt Kerndurchmesser zurück!!

sec!

Die 7 Basisgrößen und SI-Basiseinheiten der Physik

Basisgrösse (Symbol) SI-Einheit Symbol Länge (l) Zeit (t) Masse (m) El. Stromstärke (I) Temperatur (T) Lichtstärke (I) Stoffmenge (n)

Meter Sekunde Kilogramm Ampère Kelvin Candela Mol

[m] [s] [kg] [A] [K] [cd] [mol]

Zur Unterscheidung der Abkürzungen, d.h. der Symbole, für die Einheiten von anderen Abkürzungen setzen wir in dieser Vorlesung die Symbole für die Einheiten in eckige Klammern

1 mol ist die Stoffmenge eines Systems, das aus ebensovielen Teilchen besteht, wie Atome in 0,012kg des Kohlenstoffnuklids 12C enthalten sind.!

In der Atomphysik und Chemie werden auch Atommasseneinheiten benutzt.!Dem Isotop 12C wird die Atommassezahl 12 zugeordnet!

Eine Atomare Masseneinheit (amu) =! ( ) kgCm 2712 1066053,1121 −⋅=

Stoffmengeneinheit!Definition!

Die Anzahl Teilchen in einer Stoffmenge von 1 Mol ist die!Avogadro-Konstante NA= 6.022 1415(10) × 1023/mol!

ANNn = N : Teilchenzahl [einheitenlos]!

n : Stoffmenge ![mol]!