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2.) Physik:
   
Die Physik (griechisch φυσική, physike „die Natürliche“) zählt zu den "exakten Wissenschaften"
und sucht nach den Gesetzmäßigkeiten der Vorgänge, die in der Natur unbeeinflusst oder im Laboratorium als Experiment ablaufen .
ein kleiner Auszug aus dem großen Spektrum der interessanten Physik :
Atomarer Aufbau der Körper :
- Thomsonsches Atommodell (1903)
- Rutherfordsches Atommodell (1911)
- Atommmodell von Bohr (1913)
- Atommodell nach Bohr-Sommerfeld (1916)
- Orbitalmodell (1928)
- Kinematik der Translation: Geschwindigkeit, Beschleunigung,der freie Fall, zusammengesetzte Bewegungen...
- Dynamik der Translation: Kraft, Reibung, Arbeit, Formen der Energie, Leistung, Trägheit, Impuls, etc.....
- Drehbewegung: die Drehgrößen, Drehmoment, dynamisches Grundgesetz der Rotation, Drehimpuls,...
- Mechanik der Flüssigkeiten und Gase: Druck,Auftrieb, Dichte von Gasen, Auftrieb in Gasen, Innere Reibung, Strömungslehre, ....
- Wärmelehre: die Temperatur eines Körpers, Wärmeenergie, Hauptsatz der Wärmelehre, Kreisprozesse, Schmelzen und Erstarren, Verdampfen und Kondensieren, Einführung in die Wetterkunde, ....
- Elektrizitätslehre und Magnetismus: der elektr. Strom, Spannungsquellen und Innenwiderstand, Schaltung von Widerständen, Influenz, elektrische Felder, der Kondensator, die Elementarladung, der Akku, Thermoelemente, Elektronenröhren, Motorprinzip, Generatorprinzip, Selbstinduktion, Wirbelströme, der Transformator, ...
Auftrieb in Flüssigkeiten:
Ist die Auftriebskraft größer als die Gewichtskraft, so schwimmt der Körper. Sind beide Kräfte gleich groß, schwebt er. Ist der Auftrieb kleiner als das Gewicht, so sinkt er.
Den Zusammenhang zwischen dem Volumen eines Körpers und dem Auftrieb in einer
Flüssigkeit läßt sich mittels des Gesetzes von Archimedes erklären. Dieses besagt, dass ein Körper, der in eine Flüssigkeit eintaucht,
einen scheinbaren Gewichtsverlust erfährt, dies ist der Auftrieb. Dieser ist gleich dem Gewicht der vom Körper verdrängten Flüssigkeitsmenge.
Beispiel: Würfel aus Holz , Dichte = 800 kg/m³ Volumen = 1m³
Auftriebskraft entspricht dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit = Dichte x Volumen x g = 1000 x 1 x 10 = 10 000 N
nach unten wirkt die Gewichtskraft des Holzwürfels = Dichte x Volumen x g = 800 x 1 x 10 = 8000 N
d.h. Auftriebskraft ist größer --> Würfel schwimmt
Wie viel % des Holzwürfels ragen aus dem Wasser ?
einfach das Verhältnis bilden 800/1000 = 0,8 = 80% sind IM Wasser, 20 % ragen AUS dem Wasser...
Beim Eisberg ragen ca. 8 % aus dem Wasser, da die Dichte von Eis minimal kleiner ist als die vom Wasser....
 ca. 8% des Gesamtvolumens ragen beim Eisberg aus dem Wasser
- Wellen :
Eine Transversalwelle ist eine Welle, bei der eine Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung erfolgt.
Nicht alle Transversalwellen sind an ein Medium gebunden:
Bsp. elektromagnetische Wellen, Gravitationswellen
Eine Longitudinalwelle schwingt in Ausbreitungsrichtung.
Sie benötigt immer ein Medium. (Bsp. Schall )
Die einzelnen Teilchen im Ausbreitungsmedium, Atome oder Moleküle, schwingen hierbei in Richtung der Ausbreitung um den Betrag der Amplitude hin und her. Nach dem Durchlauf der Schwingung bewegen sich die Teilchen wieder an ihre Ruhestellung, die Gleichgewichtslage, zurück. Durch die Ausbreitung der Schwingung geht keine Energie verloren, abgesehen von Reibungsverlusten zwischen den Teilchen.
- Radiotechnik
Geschichtliches: Erste Versuche vor 100 Jahren - Hertz und Marconi, Funkensender, Fritter und Antennen
der einfache Schwingkreis, Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation, Ausbreitung elektromagnetischer Schwingungen, Rundfunk
--> siehe auch Seite Elektrotechnik/Elektronik
 ungedämpfte, amplitudenmodulierte Schwingung
- OPTIK:
Licht, Lichtgeschwindigkeit, der Spiegel, gekrümmte Spiegel, Linsen, Totalreflexion,Interferenz des Lichtes, optischer Doppler-Effekt, Polarisation, Konstruktion von Linsenbildern ....
Das Lichtspektrum ist ein spezieller Teil des elektromagnetischen Spektrums, welcher über das menschliche Auge wahrgenommen werden kann. Der Wellenlängen-Bereich des Lichtspektrums reicht dabei von ungefähr 380 bis 750 nm, einem Frequenz-Bereich von ca. 4·1014 bis 7,5·1014 Hz entsprechend.
Die Spektralfarben des Lichtes:
| Farbe |
Wellenlänge |
Frequenz |
| rot |
~ 700–630 nm |
~ 430–480 THz |
| orange |
~ 630–590 nm |
~ 480–510 THz |
| gelb |
~ 590–560 nm |
~ 510–540 THz |
| grün |
~ 560–490 nm |
~ 540–610 THz |
| blau |
~ 490–450 nm |
~ 610–670 THz |
| violett |
~ 450–400 nm |
~ 670–750 |
LICHTWELLEN:
Farbeindruck, Wellenlängen, Komplementärfarben, Compton-Effekt, Photonen, Polarisation, Lasertechnik, Lichtstrom,
Lichtstärke, Leuchtdichte, Beleuchtungsstärke, Reflexion und Brechung
Farbenlehre: 
Die Grundregeln der Farbenlehre :
Additive Farbmischung:
Wenn zwei Taschenlampen auf ein und dieselbe Fläche gehalten werden, so wird diese Fläche heller beleuchtet, als wenn sie nur von einer einzigen Taschenlampe angestrahlt würde. Auch dann noch, wenn man vor die eine Taschenlampe einen grünen Filter setzt und vor die andere einen roten: Das Licht addiert sich und die Fläche strahlt heller. Weil sich die Intensitäten der Lichtfarben addieren, heißt dieser Vorgang additive Farbmischung. In folgender Grafik sind drei Scheinwerfer mit jeweils rotem, blauem und grünem Licht in einem stark abgedunkelten Raum auf eine helle Fläche gerichtet:
additive FarbmischungMan sieht, dass rotes und grünes Licht sich zu gelbem Licht addieren, rotes und blaues Licht zu Magenta und blaues und grünes Licht zu Cyan, gleichzeitig nehmen auch die Helligkeiten der Farben zu. Ebenso, wie man weißes Licht in seine bunten Komponenten auftrennen kann (z.B. wenn man es durch ein Prisma schickt), ergibt die Summe aller Komponenten auch wieder weißes Licht, was an der mittleren Fläche zu sehen ist.
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Subtraktive Farbmischung -
Farbstoffe absorbieren
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Die jedermann vertraute subtraktive Farbmischung tritt im Gegensatz zur additiven dann auf, wenn nicht-selbstleuchtende Körper den Farbeindruck hervorrufen, zum Beispiel Maler- (Öl-, Aquarell-) oder Druckfarben. Bei der subtraktiven Farbmischung entsteht die Farbe, indem man Pigmente miteinander vermischt (Zeichnen, Malen) oder farbige Filter hintereinander schaltet.
Die Mischfarben der subtraktiven Grundfarben sind immer dunkler als die Ausgangsfarben, da dem Licht immer mehr Farben entzogen
werden. Das Mischen aller subtraktiven Primärfarben bringt schwarz hervor.
Mischt man zwei subtraktive Grundfarben zu gleichen Teilen, so erhält man immer eine additive Grundfarbe.
Beispiel:
Mischt man beim "Wasserfarben-Malen" Gelb und Magenta, so erscheint bei Beleuchtung des Bildes mit weißem Licht die Farbe
Rot, da die gelben und magentafarbenen Pigmente gerade die Blau und Grün-Anteile des weißen Lichts absorbieren.
Wenn ich Gelb und Cyan als Malfarben mische, dann absorbiert das Gelb den blauen Anteil des Lichts, während das Cyan den roten absorbiert, und Grün ist das einzige, was noch übrig bleibt und reflektiert wird, sodass ich es sehen kann.
Der entscheidende Unterschied ist, dass ein Bild an sich keine Lichtquelle ist. Die roten, grünen und blauen Anteile des weißen Lichts, welches das Bild beleuchtet, werden entweder reflektiert oder absorbiert. Die reflektierten Komponenten addieren sich dann genau wie die Bühnenscheinwerfer. Eine gelbe Oberfläche absorbiert blaues Licht und reflektiert rotes und grünes.
Kernphysik:
Geschichte: Becquerel und Curie, Streuversuch von Rutherford
Bausteine der Kerne: Neutronen, Protonen, Elektronen
Kernspaltung: Spaltungsreaktion, Kernreaktor, Kernwaffen, Kernfission und Kernfusion,
Energiebilanz der Kernspaltung, kritische Masse, die Wasserstoffbombe,
spontane und induzierte Spaltung, Spaltbarkeit durch thermische und
schnelle Neutronen, die Kettenreakton beim Uran-Isotop 235,
Energie- und Massenänderung bei der Kernspaltung,
Spaltprodukt-Zerfallsketten
 Explosion einer Atombombe
Plutonium:
neutroneninduzierte Kernspaltung von Plutonium
´
Uran-235:
U-235 + n → Kr-89 + Ba-144 + 3 n Spaltung von Uran 235
Das Uran-Isotop-235 lässt sich durch den Beschuss mit Neutronen spalten. Dabei entstehen durch verschiedene Möglichkeiten unterschiedliche Spaltprodukte und Energie, deren Freisetzung sich aus den Massedefekten berechnen lässt. Bei der vollständigen Umsetzung von Uran-235 lassen sich aus einem Kilogramm Material maximal 22,5 Millionen Kilowattstunden Energie gewinnen. Die bei der Spaltung frei werdenden Neutronen verursachen selbst wieder einer Spaltung, so dass eine Kettenreaktion eintritt. Die überschüssigen, schnellen Neutronen müssen abgebremst werden, damit die Kettenreaktion nicht außer Kontrolle gerät. Man verwendet dabei sogenannte Moderatoren. In Leichtwasserreaktoren übernimmt diese Aufgabe gewöhnliches Wasser, in Schwerwasserreaktoren schweres Wasser (Deuteriumoxid).
Uran ist ein natürliches radioaktives Element der Kernladungszahl 92. Die in der Natur vorkommenden Isotope sind das spaltbare 235U (0,7205 % des natürlichenUrans), das mit thermischen Neutronen nicht spaltbare 238U (99,2739 % des natürlichen Urans) und das 234U, ein Folgeprodukt des radioaktiven Zerfalls des 238U (0,0056 %).
Die beim Zerfall der sehr langlebigen natürlichen Radionuklide 238U (Halbwertszeit 4,5 Mrd. Jahre), 235U (Halbwertszeit 0,7 Mrd. Jahre) und 232Th (Thorium, Halbwertszeit 14 Mrd. Jahre) entstehenden Nuklide sind wieder radioaktiv, so dass sie ihrerseits wieder zerfallen. So entstehen sogenannte Zerfallsreihen, die erst enden, wenn ein stabiles Nuklid entsteht. Vom 238U geht die Uran-Radium-Zerfallsreihe aus, die über 18 Zwischenstufen beim stabilen 206Pb (Blei) endet. 235U steht am Anfang der Uran-Actinium-Zerfallsreihe, die über 15 Radionuklide zum 207Pb führt. Mit zehn Zwischenstufen ist die bei 232Th ausgehende und zum 208Pb führende Thorium-Zerfallsreihe die kürzeste.
- Einführung in die Quanten- und Atomphysik
Übergang von der klassischen Physik zur Quantenphysik, Lichtquanten, Materie als Welle, Energiestufen, die Kernspaltung, Radioaktivität, Kernreaktoren, Heißenberg'sche Unschärferelation, Röntgenstrahlung .....
Die Quantenphysik ist der Bereich der Physik, der sich mit dem Verhalten und der Wechselwirkung kleinster Teilchen befasst. In der Größenordnung von Molekülen liefern experimentelle Messungen Ergebnisse, die der klassischen Mechanik widersprechen. Insbesondere sind bestimmte Phänomene quantisiert, das heißt sie laufen nicht kontinuierlich ab, sondern treten nur in bestimmten Portionen auf – den sogenannten „Quanten“. Außerdem ist keine sinnvolle Unterscheidung zwischen Teilchen und Wellen möglich, da das gleiche Objekt sich je nach Art der Untersuchung entweder als Welle oder als Teilchen verhält. Dies bezeichnet man als Welle-Teilchen-Dualismus. Die Theorien der Quantenphysik suchen Erklärungen für diese Phänomene, um u. a. die Berechnung der physikalischen Eigenschaften im Bereich sehr kleiner Längen- und Massenskalen zu ermöglichen
die Spezielle Relativitätstheorie  
Beispiel:
Ein Raumschiff startet von der Erde zu einem viele Lichtjahre entfernten Stern und beschleunigt auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Das Raumschiff verweilt einige Zeit auf dem Stern und fliegt dann zurück. Auf dem Raumschiff sind 12 Jahre vergangen, während auf der Erde bis zur Rückkehr des Raumschiffes 60 Jahre vergangen sind, d.h. die Zeit auf dem Raumschiff verging langsamer .
"Bewegte Uhren gehen langsamer" (Zeitdilatation )
 
auch die Masse ändert sich stark, wenn man in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit kommt . m0 = Ruhemasse, v = Geschwindigkeit, c = Lichtgeschwindigkeit = 300 000 km/s (relativistische Massenzunahme)
Ein mit der Geschwindigkeit v bewegtes Objekt wird in Bewegungsrichtung kürzer als in seinem Ruhesystem. (Längenkontraktion, Lorentzkontraktion)
Die Behandlung der Speziellen Relativitätstheorie in der Schule stößt aus verschiedenen Gründen auf Schwierigkeiten. Das Verständnis von Phänomenen, die unseren Alltagsanschauungen und manchen bisher gelernten physikalischen Grundsätzen widersprechen, ist nicht leicht. Umso wichtiger ist es, die Gründe für deren Auftreten zu kennen und gedanklich zu durchdringen. Wir werden uns mit folgenden Themen beschäftigen, die die Herleitung der wichtigsten Aussagen der Speziellen Relativitätstheorie betreffen, und die da und dort einen Blick auf tieferliegende Strukturen erlauben :
 Gravitationswellen ausgehend von zwei einander umkreisenden Neutronensternen
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weitere Themen:
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| - Postulate |
| - Zeitdilatation |
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| - Alternative zur Herleitung der Effekte |
| - Gleichzeitigkeit |
| - Relativistische Geschwindigkeitsaddition |
| - Lorentztransformation |
| - Zwillingsparadoxon und Geodäten der Raumzeit |
| - Relativität der Geradlinigkeit |
| - Relativistischer Dopplereffekt |
| - Relativistischer Impuls und dynamische Masse |
| - Relativistische Energie und Ruheenergie |
| - Der Bondische k-Kalkül |
| - Die Geometrie der Raumzeit |
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- Das Kreuz mit den Inertialsystemen
die allgemeine Relaitvitätstheorie
Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Wechselwirkung zwischen
Materie/Feldern einerseits und Raum/Zeit andererseits.
Sie erweitert die spezielle Relativitätstherorie und Gravitation wird als
geometrische Eigenschaft der gekrümmten vierdimensionalen Raumzeit gedeutet.
Grundlegende Konzepte: - Äquivalenzprinzip
- Raumzeitkrümmung
Mathematische Beschreibung: - Grundbegriffe
- Einsteinsche Feldgleichungen
Rotverschiebung einer Lichtwelle durch Gravitation
Physikalische Effekte : Rotverschiebung, Zeitdilatation, Lichtablenkung, Kosmologie
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Astrophysik / Astronomie / Philosophisches
das Weltall, der gekrümmte Raum, schwarze Löcher, Wurmlöcher, parallele Welten, ist das Weltall unendlich ? , der Euklidische Raum, Ereignishorizont, Antimaterie und Antigravitation
Olbers Paradaxon, Milchstraßen, Rotverschiebung des Lichtes (Hubble), Entstehung von Materie (Quarks, Antiquarks), der Urknall, Sternentwicklung, Enstehung des Universums, dunkle Materie, Gravitationswellen, Supernova, parallele Welten, Gravitationslinse
unbekannte Lebensfomen : Science-Fiction oder wahrscheinlich ?
Die theoretische Möglichkeit, dass Leben auch außerhalb der Erde existieren könnte, wird seit Jahrhunderten diskutiert. So postulierte beispielsweise schon Giordano Bruno im 16. Jahrhundert, dass das Weltall unendlich sei und dass es auch unendlich viele Lebewesen auf anderen Planeten im Universum gäbe. Auch Immanuel Kant beschäftigte sich 1755 damit in seinem Werk Von den Bewohnern der Gestirne. Die Spekulationen darüber nahmen insbesondere in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zu, als die Evolutionstheorie an Verbreitung gewann, die besagt, dass sich das Leben auf der Erde über Zeiträume von Jahrmilliarden über natürliche Mutations- und Selektionsprozesse von einfachsten Lebensformen zu immer größerer Vielfalt, höherer Komplexität und schließlich auch zu Intelligenz entwickelt hat. Diese Vorstellung ließ es möglich erscheinen, dass sich auch auf anderen Planeten auf eine vergleichbare Weise Leben entwickelt haben könnte – insbesondere nachdem zugleich das traditionelle biblisch-christliche Weltbild immer mehr an Bedeutung verlor und die Astronomie aufgezeigt hatte, dass unsere lebensspendende Sonne ein Stern unter Milliarden ähnlicher Sterne ist.
 Gravitationslinsen-Effekt: Interstellare Objekte mit einer sehr großen Masse lenken elektromagnetische Wellen in eine andere Richtung. Dementsprechend wird das Abbild des Hintergrundobjektes verlagert, verzerrt und möglicherweise vervielfacht.Die Wirkung beruht in jedem Falle auf der durch Albert Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie als Wirkung der Gravitation auf die Raumzeit beschriebenen Krümmung des Raumes durch massehaltige Objekte oder Energie.
 ein Schwarzes Loch krümmt aufgrund der hohen Dichte die RAUMZEIT so stark, dass von außen gesehen nichts aus dem Inneren des Schwarzen Loches heraustreten kann. Als EREIGNISHORIZONT wird die Grenze dieses Bereiches bezeichnet. Die Milchstraße im Hintergrund erscheint durch die Raumzeitkrümmung verzerrt und doppelt.
 1916 folgerte Einstein aus seiner Allgemeinen Relativitätstheorie folgenden Effekt im Weltraum: „Fällt“ etwas ein Stern in ein schwarzes Loch, so rollen so genannte Gravitationswellen durch den Kosmos. Dabei staucht und dehnt sich der Raum im Rhythmus der Wellen - und mit ihm alles, was sich darin befindet.
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