Steven Holzner - Übungsbuch Physik für Dummies

Wie heiß wird Kaffee noch sein, wenn man einen Eiswürfel hineingibt? Wie viel Wärme muss man zufügen, wenn man laues Wasser zum Kochen bringen will? Wie viel Wärme muss man entziehen, um Wasser zum Gefrieren zu bringen? Diese Art von Fragen behandeln wir in diesem Teil, der sich mit der Thermodynamik (Wärmelehre) beschäftigt.

Dieser Teil erklärt alles über Elektronen, die sich bewegen, das heißt elektrischen Strom. Außerdem lernen Sie, wie man Widerstände und andere Elemente in Schaltkreisen verwendet und wie man den Strom in verschiedenen Zweigen eines Schaltkreises berechnet.

Dieser Teil enthält einige wichtige Hilfsmittel; zum Beispiel zehn gute Webseiten mit physikalischen Grundlagen und Kursen. Außerdem werden die zehn häufigsten Fehler vorgestellt, die bei der Lösung physikalischer Aufgaben gemacht werden – und wie man sie vermeidet.

In diesem Buch werden verschiedene Symbole benutzt, die die folgenden Bedeutungen haben:

Dieses Symbol verweist auf nützliche Tipps, Ideen und abgekürzte Verfahren, die helfen, Zeit zu sparen, oder auf andere Wege hindeuten, eine Aufgabe anzugehen.

Dieses Symbol verweist auf physikalische Gesetze oder besonders nützliche Gleichungen, die man sich merken sollte.

Dieses Symbol verweist auf Beispiele, die zeigen, wie man eine bestimmte Art von Aufgaben angeht.

Bei diesem Symbol finden Sie die Lösungen zu den Beispiel-Aufgaben.

Sie sind nun bereit, sich das erste Kapitel vorzunehmen. Natürlich müssen Sie nicht dort beginnen, Sie können überall anfangen. Dieses Buch wurde so geschrieben, dass das möglich ist. Wenn Sie aber einige wichtige, allgemeine Grundlagen für das Lösen von Aufgaben kennenlernen wollen, starten Sie mit Kapitel 1.

Teil I

IN DIESEM TEIL …

Dieser Teil beschäftigt sich mit der Physik der Bewegung. Physiker wissen alles über Messungen und machen auf deren Grundlage Vorhersagen. Dabei helfen nur wenige grundlegenden Gleichungen schon enorm weiter.

Die Kapitel in diesem Teil bieten eine Vielzahl von Aufgaben insbesondere zu den Größen Geschwindigkeit und Beschleunigung, zwei Lieblingsthemen der Physik.

Kapitel 1

IN DIESEM KAPITEL

Die Grundlage von allem: Messungen

Vereinfachung durch wissenschaftliche Schreibweise

Einheiten umrechnen

Der mathematische Werkzeugkasten

Dieses Kapitel startet mit einer Diskussion grundlegender physikalischer Messungen. In ihrem Kern beruht die Physik darauf, mithilfe von Messungen Werte von Größen wie Masse, Geschwindigkeit oder elektrische Leistung zu bestimmen. Aus den Messergebnissen und den passenden Gleichungen lassen sich dann Werte für andere Situationen vorhersagen. Darum sind Messungen Ihr idealer Ausgangspunkt. Darüber hinaus beschäftigen Sie sich mit dem Umrechnen von Messergebnissen zwischen verschiedenen Maßeinheiten und Sie merken, wie Sie Ihre Mathekenntnisse zur Lösung physikalischer Aufgaben verwenden können.

Physik besteht zu einem großen Teil aus der Durchführung von Messungen – damit nimmt die gesamte Physik ihren Anfang. Aus diesem Grund gibt es in der Physik eine Reihe von Maßsystemen wie das MKS-System (Meter, Kilogramm, Sekunde) und das CGS-System (Zentimeter (engl. centimeter), Gramm, Sekunde). In den USA (und teilweise noch in Großbritannien) benutzt man darüber hinaus das angelsächsische Standardsystem, das auf »feet«, »pound« und »inches« beruht – das ist das FPI-System (FPI).

In der Physik haben alle Messwerte Einheiten (mit Ausnahme einiger sogenannter Kennzahlen, die hier keine Rolle spielen), etwa Meter oder Sekunden. Wenn Sie zum Beispiel messen wollen, mit welcher Geschwindigkeit ein Fußball in das Netz rauscht, müssen Sie die Entfernung in Metern und die Zeit in Sekunden messen.

Tabelle 1.1zeigt eine Übersicht der Grundeinheiten (und deren Abkürzungen) im MKS-System. (Sie müssen sich nicht bemühen, sich diejenigen zu merken, die Ihnen im Moment noch nicht so vertraut sind; Sie können das später machen, wenn Sie es brauchen.)

Tabelle 1.1 MKS-Grundeinheiten

Das sind die Maßeinheiten, die Sie kennenlernen werden, wenn Sie in diesem Arbeitsbuch Aufgaben lösen und mathematische Glanzleistungen vollbringen. Tabelle 1.2gibt einen Überblick über die Grundeinheiten des CGS-Systems.

Tabelle 1.2 CGS-Grundeinheiten

Beispiel

Sie sollen die Länge einer Rennstrecke messen und dabei das MKS-System benutzen. In welcher Einheit wird Ihre Messung erfolgen?

Lösung

Die richtige Antwort ist Meter. Die Einheit der Länge im MKS-System ist das Meter.

Sie sollen die Masse einer Murmel bestimmen und dabei das CGS-System verwenden. In welcher Einheit wird Ihre Messung erfolgen?

Los geht's!

Sie sollen die Zeit messen, die der Mond benötigt, um die Erde zu umkreisen, und sollen dabei das MKS-System benutzen. Welche Einheit verwenden Sie?

Los geht's!

Sie müssen die Kraft messen, die ein Reifen auf die Straße ausübt, wenn er sich bewegt. Welche Einheit verwenden Sie im MKS-System?

Los geht's!

Sie sollen die Energie messen, die freigesetzt wird, wenn ein Feuerwerkskörper explodiert. Wie lautet die Einheit bei Verwendung des CGS-Systems?