GdP Folien Teil 1

Teil 1 - Mechanik
GRUNDLAGEN DER PHYSIK
Malihe Brensing
2Grundlagen der Physik – Mechanik – Malihe Brensing
Lernziele
Am Ende des Semesters können die Studierenden …
• die physikalischen Größen aus den Bereichen Mechanik, Schwingungen und Wellen
benennen und beschreiben, die zugehörigen Formeln wiedergeben und anwenden.
•Sie kennen die zugehörigen physikalischen Einheiten, können mit ihnen umgehen
und sie umrechnen.
•Sie beherrschen die mathematischen Methoden und können diese auf die o.g.
Gebiete der Physik zur Lösung physikalischer Probleme anwenden.

1. Einführung
1.1 Physikalische Größen und Einheiten
1.2 Das internationale Einheitensystem SI
1.3 Vektoren und Skalare
2. Kinematik des Punktes
2.1 Translation
2.2 Zusammengesetzte Bewegungen
2.3 Rotation
3. Dynamik
3.1 Die Newtonsche Axiome
3.2 Masse und Dichte
3.3 Kräfte und ihre Wirkung
3.4 Impuls und Kraftstoß
3.5 Prinzip von d‘Alembert - Trägheitskraft
3.6 Addition und Zerlegung von Kräften
3.7 Reibungskräfte
3.8 Drehmoment
3.9 Dynamik der Rotation
4. Mechanik starrer Körper
4.1 Kräfte am starren Körper
4.2 Statisches Gleichgewicht
4.3 Schwerpunkt
4.4 Trägheitsmoment
5. Arbeit, Energie, Leistung
5.1 Arbeit
5.2 Energie
5.3 Energieerhaltungssatz
5.4 Leistung
6. Hydrostatik
6.1 Druck in Flüssigkeiten
6.2 Auftrieb
Inhalt
Grundlagen der Physik – Mechanik – Malihe Brensing 3
4Grundlagen der Physik – Mechanik – Malihe Brensing
Literaturempfehlung - nützliche Links und Apps
• E. Hering, R. Martin, M. Stohrer: Physik für Ingenieure. Springer Verlag
• H. Lindner: Physik für Ingenieure. Hanser Verlag
• D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Halliday Physik. Herausgegeben von Stephan W. Koch
• H. Kuchling: Taschenbuch der Physik. Hanser Verlag
• Grund-Wissen Physik: http://www.grund-wissen.de/physik/index.html
• Brückenkurs Physik: https://obkp.mint-kolleg.kit.edu
• LEIFIphysik: https://www.leifiphysik.de
• Apps zur Physik - Walter Fendt: http://www.walter-fendt.de/html5/phde
• 100 Sekunden Physik: https://www.youtube.com/user/100SekundenPhysik/videos?app=desktop&cbrd=1

1. EINFÜHRUNG
1.1 Physikalische Größen und Einheiten
1.2 Das internationale Einheitensystem SI
1.3 Vektoren und Skalare
1 EINFÜHRUNG
6
•Die Physik ist die Lehre der Natur, im engeren Sinne der unbelebten Natur.
• Sie ist eine Erfahrungswissenschaft, die sich ursprünglich auf die Beobachtung von
Naturphänomenen gründete. Bis ins 16. Jahrhundert wurden die Erfahrungstatsachen durch die
Beobachtung von Vorgängen gewonnen, die ohne menschliche Einflussnahme in der Natur ablaufen.
•Galileo Galilei (1564 – 1642) erkannte, dass die bloße Beobachtung natürlich ablaufender Vorgänge
nicht ausreicht, um ein tieferes Verständnis der Vorgänge zu erlangen. Vielmehr muss ein
Experiment durchgeführt werden, das eine Fragestellung an die Natur darstellt, um die
Gesetzmäßigkeiten von Naturvorgängen zu erkennen und zu erklären.
Kapitel 1 / Einführung Grundlagen der Physik – Mechanik – Malihe Brensing

1 EINFÜHRUNG
7
•Experimente sind meistens übersichtlicher als die komplexen Vorgänge in der Natur, so dass sich
die zugrunde liegenden Gesetzmäßigkeiten leichter erkennen lassen.
•Experimente gestatten die Messung physikalischer Größen, die für den Naturvorgang
charakteristisch sind. Dies ist oftmals bei in der Natur von selbst ablaufenden Vorgängen nicht
möglich.
•Experimente können an allen Orten auf der Welt wiederholt werden, wenn die Bedingungen des
Experiments genau festgelegt sind. Auf diese Weise können die Ergebnisse unabhängig voneinander
überprüft und weiterentwickelt werden.
Kapitel 1 / Einführung Grundlagen der Physik – Mechanik – Malihe Brensing
1 EINFÜHRUNG
8
Physikalische Größen lassen sich aus einem Zahlenwert und einer Einheit darstellen:
Formelzeichen = Zahlenwert [Einheit]
1.2 Das internationale Einheitensystem
Folgende 7 Basisgrößen und Einheiten bilden die Grundlage
für das internationale Einheitensystem, abgekürzt SI, nach
dem Französischen „Le Système International d´Unités“.
Phys. Größe Formelzeichen Einheit Symbol
Länge 𝑙,𝑠,𝑥,𝑦Meter m
Masse 𝑚Kilogramm kg
Zeit 𝑡Sekunde s
Stromstärke 𝐼Ampere A
Temperatur 𝑇Kelvin K
Stoffmenge 𝑛Mol mol
Lichtstärke 𝐼
Candela cd
1.1 Physikalische Größen und Einheiten
Einheiten sind überall
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Kapitel 1 / Einführung 9
Physikalische Größen und abgeleitete SI-Einheiten
Grundlagen der Physik – Mechanik - Malihe Brensing
Einige Beispiele für abgeleitete SI-Einheiten, die sich aus den SI-Basiseinheiten ableiten lassen:
Physikalische Größe Formelzeichen
SI-Einheit Symbol Beziehung zu SI-Basiseinheiten
Winkel 𝛼,𝛽,𝜑,… Radiant rad 1 rad 1
Fläche 𝐴Quadratmeter m
Volumen 𝑉Kubikmeter m
Dichte 𝜌
Geschwindigkeit 𝑣
Beschleunigung 𝑎
Kraft 𝐹Newton N1 N1
·
Druck 𝑝Pascal Pa 1 Pa 1
1
·
Energie 𝐸Joule J1 J 1 Nm 1 Ws 1
 ·
Leistung 𝑃Watt
W
1
W
1 1 1
 ·
Kapitel 1 / Einführung 10
Vorsätze und Zehnerpotenzen
für eine übersichtliche Schreibweise von Einheiten
Grundlagen der Physik – Mechanik – Malihe Brensing
Wie groß ist das Universum - Powers of Ten - hoch zehn
Faktor Vorsatz Symbol
10
0
= 1 - -
10
1
Deka da
10
2
Hekto h
10
3
Kilo k
10
6
Mega M
10
9
Giga G
10
12
Tera T
10
15
Peta P
10
18
Exa E
Faktor Vorsatz Symbol
10
0
= 1 - -
10
-1
Dezi d
10
-2
Zenti c
10
-3
Milli m
10
-6
Mikro μ
10
-9
Nano n
10
-12
Piko p
10
-15
Femto f
10
-18
Atto a
Bitte beachten Sie die Unterschiede in den deutschsprachigen und englischsprachigen Literaturen:
Deutsch: 10
6
= Million, 10
9
= Milliarde, 10
12
= Billion, 10
15
= Billiarde
English: 10
6
= million, 10
9
= billion, 10
12
= trillion