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EPEPEPEP: : : : EEEExperimentalPPPPhysik ---- EEEEinführung in die PPPPhysik

Dozenten: Prof. W. Dünnweber und Prof. M. FaesslerVersuche: P. Koza

Hörer: Studenten der Tiermedizin (≈ 300) und Geowissenschaften(≈200) mit Physik als Nebenfach (1-semestrige Einführung)

→Änderung Vorlesungsbeginn: Mittwoch 12h05 im gr. Physik-Hörsaal (Montag 11h25 unverändert im gr.Ph.-H.)

Übungen: Übungsaufgaben, schriftliche Lösungen: siehe www.physik.lmu.de →Lehrangebot, EP Besprechung der Aufgaben:

Montag 13h05 – 13h50 Geowissenschaftler?Mittwoch 11h15- 12h00, Hörsaal E7 !! Tiermediziner ?,

Klausur**: schriftlich, Datum: 6.2.2008 im Großen Physikhörsaal

** Kann mündliche Vorphysikumsprüfung in Physik ersetzen (Freischuss!)

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LITERATUR:

Hellenthal „Physik für Pharm., Med. u. Biol.Thieme Verlag 370 S.

Haas „Physik für Pharm. u. Mediziner.“Wissensch. Verlags Ges. 470 S.

Seibt „Physik für Mediziner“Edition Medizin VCH 440 S.

Stuart-Klages „Kurzes Lehrbuch der Physik“Springer Verl. 370 S.

Westphal „Kleines Lehrbuch d. Physik“Springer Verl. 265 S.

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Kamke et al. „Physik für Mediziner“Teubner Verl. 640 S.

Trautwein et al., „Physik für Medizinier“W. De Gruyter Verlag 520 Seiten

Vertiefende Bücher:

Gerthsen + Kneser + Vogel „Physik“Springer Verl. 900 S.

Tipler „Physik“Spektrum Akademischer Verlag1 520 S.

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Wozu soll man dann noch in die Vorlesung gehen?

Mehrere Vorteile:

•Vorlesung muss sich kürzer fassen als Bücher•Demonstrationsversuche •Dozent beantwortet Fragen•Man bekommt Hinweise zum Bestehen der Klausur•...

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Einleitung:

Gegenstand, Ziel und Methode der Physik, ihr Vokabular und ihre Grammatik

Maßeinheiten, Basisgrößen und – einheiten (Vorausblick)

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Gegenstand, Ziel und Methode der Physik

• Ursprung des Wortes: Physis (griech.) = materielle Natur, WeltPhysik = Die Naturwissenschaft (ehemals)

• Ziel der Naturwissenschaften:Aufbau der Materie und Wechselwirkungen zwischen materiellen Objekten zu beschreiben und verstehen. Quantitative Voraussagen

• Womit befasst sich die spezielle Naturwissenschaft „Physik“ heute:

• Grundlagendisziplinen wie Mechanik, Thermo-, Elektrodynamik.......und Sachgebiete wie Atom-, Kern-, Geo-, Biophysik.....(dem Namen nach abtrünnige Gebiete: Chemie, Biologie, Geologie, Astronomie, ...... Medizin)

• Physik ist a) quantitative (= „exakte“) b) empirische Wissenschaft

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Zur Methode der Physik

„Physik ist eine exakte, quantitative Wissenschaft“

Physik als „Sprache“ gedeutet verwendet als Vokabular nurquantitative Begriffe = physikalische Größen

Wissenschaftstheorie unterscheidet zwischen qualitativen, komparativen und quantitativen Begriffen.

Die Umgangssprache verwendet alle 3 Arten von Begriffen:e.g. Qualitativer Temperaturbegriff: heiß, kalt ...komparativer Begriff : heißer als, ...Quantitativer Begriff: T=18 Kelvin,..

Nicht nur solche aus der Physik übernommen:Z.B: Preis von XY = teuer, teurer als …. 5.- Euro

Mengenangaben: a weng, ..,weniger… 1 Maß Bier)

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„Physik ist eine empirische Wissenschaft“

• Physikalische Begriffe dienen der Beschreibung von (empirisch) beobachtbaren Vorgängen in unserer materiellen Welt

• Verwendung quantitativer Begriffe impliziert Meßvorgang, d.h. Vergleich mit Referenzmaß, wie Längenmaß, Temperaturskala → Maßeinheiten

• Quantitativer Begriff (= physikalische Größe) ist Kürzel für Meßvorschriften

⇒ Versuche zu qualitativen Sinneswahrnehmungen

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Die Grammatik der Sprache Physik:

Physikalische Aussagen sind meist Gleichungen, die einfachsten:

PHYSIKALISCHE GRÖSSE = (ZAHL ±±±± FEHLER) ⋅⋅⋅⋅ EINHEIT

z. B. T = (18.0 ±±±± 1.0) KTemperatur Kelvin

Kompliziertere Aussagen (Gesetze oder auch Definitionen von neuen phys. Größen) sind meist Gleichungen für Zusammenhänge zwischen phys. Größen.

z. B. Definition der Größe „mittlere Geschwindigkeit“Newtonsches 2. Axiom (Gesetz oder Definition von Kraft)

gung)Beschleuni mal Masse a mKraftF

gkeitGeschwindi mittlere tt

xxv

12

12x

===

=−−=

rr

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Bei Zusammensetzung von Definitionen und Gesetzen zu Theorienund Umformung von Gesetzen werden die Regeln der Logik und Mathematik benötigt.

Bei der Verifizierung von Aussagen oder ganzen Theorien ist ein wesentliches Kriterium die quantitative Übereinstimmung von theoretischen Voraussagen mit experimentellen Messergebnissen.

Naturwissenschaften sind das gewaltigste intellektuelle Gebäude der Menschheit.

Eine Realisierung des Turms von Babel im geistigen Bereich mit entsprechend gigantischen Anwendungen im praktischen Bereich unseres Lebens (moderne Zivilisation) dank einer einheitlichenSprache.

→ Film „Powers of Ten“

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Maßeinheiten

• Standard (SI =Système International) Einheiten:z. B. m, s, kg, Joule

• (nicht Standard z. B. feet, inch, Kalorie..)

• Man unterscheidet zwischen abgeleiteten und Basiseinheiten

Die 7 Basiseinheiten werden Sie gleich sehen, alle anderen sind abgeleitet

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(m)

(s)

(kg)

(A)

(K)

(cd)

(mol)

Meter

Sekunde

Kilogramm

Ampère

Kelvin

Candela

Mol

Länge (l)

Zeit (t)

Masse (m)

El. Stromstärke (I)

Temperatur (T)

Lichtstärke ()

Stoffmenge (n)

(Symbol für Einheit)Name f. SI- BasiseinheitBasisgröße (Symbol)

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Präfixe und ihre Abkürzung () für Zehnerpotenzen von Einheiten

dezi (d)centi (c)milli (m)mikro (µ)nano (n)pico (p)femto (f) atto (a)

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

10-15

10-18

deka (da)hekto (h)kilo (k)Mega (M)Giga (G)Tera (T)Peta (P)Exa (E)

101

102

103

106

109

1012

1015

1018

z. B. 5 ⋅ 10-15 m = 5 fm (typischer Kerndurchmesser)300 000 Kilometer = 300 000 km = 3 ⋅ 108 m *1 ⋅ 1019 Joule = 10 EJ **

* Strecke, die Licht in einer Sekunde zurücklegt** Energieverbrauch in Deutschland pro Jahr (2002)

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Es gibt keine Messung ohne Messfehler

•Ablesegenauigkeit•Streuung des Messwertes bei Wiederholung der Messung

(statistischer Fehler)•systematische Fehler

z. B. Messung der Zeit mit Armbanduhr: Ablesegenauigkeit 1 sQuarzuhren: Streuung von 1/30000 [s/s]Atomuhren: besser als 1/100000000000000

Man unterscheidet:

Präzisionsmessungen und explorative Messungen