Physik 1. Einführung. · Leistungsnachweis (Schein) Grund-und Angleichungsvorlesung Physik •...
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| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |
Physik 1.Einführung.
WS 18/19 | 1. Sem. | B.Sc. Catering und Hospitality Services
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Themen
• Vorlesung• Ziele• „Spielregeln“• Leistungsnachweis• Literatur
• Exkurs Lernen • Grundbegriffe der Physik
• Größen und Einheiten• Formeln wozu?
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VORLESUNG
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Was wir gemeinsam erreichen wollen
• Grundlegende physikalische Vorgänge/Denkweisen verstehen
• Problemloser Umgang mit Formeln• Einfache Berechnungen selbstständig
durchführen• Ergebnisse interpretieren können
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Anforderungen an Sie
• Aktive Mitarbeit in der Vorlesung• Nachbereitung der Vorlesung• Fragen stellen!
• Fragen, die Sie haben, haben mindestens 10 andere Studierende auch!
• Aus Fehlern und Irrtümern entsteht hoher Erkenntniszuwachs!
• Teilnahme am Tutorium
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Anforderungen an mich
• Ihre Vorbereitung durch herunterladbare Skripte unterstützen
• Verständliche Präsentation des Stoffs• Fragen stellen unterstützen• auf Ihre Fragen eingehen • Ihre Nachbereitung in der Sprechstunde
unterstützen (mittwochs 8.00 – 10.00 Uhr, Anmeldung per Email erbeten)
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Skripte
• Sind der „rote Faden“ der Vorlesung. Eigene Anmerkungen wichtig!• Aufbau der Skripte
• Foliennummern• Thema• Seiten mit Textlücken• Aufgaben• Leerseiten für Lösungen
• Finden Sie im moodle-Kurs Catering & Hospitality Services, PO 2016: Modul CH1.4 Mathematikund Physik, WS 18/19• Einschreibemethode: Selbsteinschreibung Studierende• Einschreibeschlüssel: mathe
• Dort befinden sich• Vorlesungsskripte• Aufgaben für das Tutorium• Lösungen (erst nach Beendigung des Themas im Tutorium in moodle
verfügbar)| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |
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„Spielregeln“
• Essen: Nein• Trinken: Ja • Handys: Aus / Stumm• Laptops: Ja• Unterhaltungen: Nein• Fotos/Videos/ Mitschnitte:
Nein• Sorgen Sie für sich!
Schaffen Sie für sich eine gute Lernatmosphäre!
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Tutorium zur Physik-Vorlesung
• Ziel: Üben des Stoffs der Vorlesung anhand von Aufgaben. Verständnisfragen klären
• Durchgeführt von Leonie Rennar (3. Sem. CH)• [email protected]• Mo. 14 – 16 Uhr,
und abweichende Termine, • Beachten Sie die Infos am
schwarzen Brett der Tutorien| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |
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Voraussetzungen fürs Tutorium
• Motivation zur aktiven Mitarbeit!!!• Von Ihnen mitzubringen
• Aufgaben ausgedruckt oder auf Tablet o. ä.• Vorlesung ausgedruckt oder auf Tablet o. ä.• Taschenrechner• Lineal• Stift, Papier, …• Ihre selbsterstellte Formelsammlung (Verwendung in der
Klausur L1.4 möglich, siehe Aushang)
• Sinnvoll: Gleiches Tutorium besuchen| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |
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Ablauf der Vorlesung
• 90 Min. Vorlesung (Anfangs mit Pause)• Termine bzw. Änderungen siehe LSF• In den Vorlesungen
• Demonstrationsversuche• Aufgaben gemeinsam rechnen (Bitte Taschenrechner
und Lineal mitbringen!)
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Leistungsnachweis (Schein)
Grund- und Angleichungsvorlesung Physik• Modulklausur mit Grund- und Angleichungsvorlesung
Mathematik• 3 Klausurangebote auf Basis der Vorlesungen im WS 18/19
• am Ende der Vorlesungszeit WS 18/19 (Frühjahr 2019)• am Ende der Vorlesungszeit SS 19 (Sommer 2019) • am Anfang der Vorlesungszeit WS 19/20 (Herbst 2019)
Lebensmittelphysik• Modulklausur mit Lebensmitteltechnik 1• 3 Klausurangebote auf Basis der Vorlesungen im SS 19
• am Ende der Vorlesungszeit SS 19 (Sommer 2019) • am Anfang der Vorlesungszeit WS 19/20 (Herbst 2019)• am Ende der Vorlesungszeit WS 19/20 (Frühjahr 2020)
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Literatur zur Vorlesung (Auszug)
• Physikbücher für Mittel- und Oberstufen z.B.:• Meyer, Lother; Schmidt, Gerd-Dietrich: Physik, Mannheim: Dudenverlag,
2005
• Physikbücher für das Hochschulstudium z.B.:• Kuchling, Horst: Physik – Formeln und Gesetze, München: Fachbuchverlag
Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, 2005• Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl: Physik, Weinheim: Wiley-
VCH, 2003• Tipler, Paul Allen; Mosca, Gene: Physik: Für Wissenschaftler und Ingenieure,
Berlin: Springer Spektrum, 2015• Gerthsen, Christian: Gerthsen Physik, Berlin: Springer-Verlag, 2002• Rybach, Johannes: Physik für Bachelors, München: Fachbuchverl. Leipzig im
Carl-Hanser-Verlag, 2008 • Lindner, Helmut: Physik für Ingenieure, München: Fachbuchverlag Leipzig im
Carl-Hanser-Verlag
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EXKURS LERNEN
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Lernen
Was Du mir sagst, das vergesse ich.
Was Du mir zeigst, daran erinnere ich mich.
Was Du mich tun lässt, das verstehe ich.
(Konfuzius)
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Lernen Sie Lernen! (1/2)
Empfehlungen von Lernwissenschaftlern• Nürnberger Trichter ist out!• Führen Sie ein Lerntagebuch!• Notieren Sie sich
• was behandelt wurde• was Sie verstanden haben• wo Sie „Aha-Erlebnisse“ hatten• wo Querbezüge (auch zu
anderem Lehrgebieten!) sind• welche Fragen offen blieben
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Quelle: Wikipedia
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Lernen Sie Lernen! (2/2)
• Für das Nachverarbeiten und Verfestigen (Konsolidieren) von Gelerntem benötigt das Gehirn die Tiefschlafphasen
• Gelerntes wird in der Zeit vom Hippocampus zum Kortex übertragen
• Schlafentzug beeinträchtigt das Behalten von Gelerntem
• Natürlicher und ungestörter Schlaf sind wichtige Bestandteile des Lernens
[SPITZER, 2002, S. 121 ff.]
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Quelle: Die Zeit 48/2002
GRUNDBEGRIFFE DER PHYSIK
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Physikalische Größen
• bestehen immer aus• einer Zahl und• einer Einheit
• Beispiel:2 m
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PHYSIKALISCHE EINHEITEN
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Einheiten – wozu?
• Einheiten sind die Grundlage für den Vergleich von Ergebnissen• Beispiel Körpergrößen
• USA: 6 ft 4 in• EU: 1,96 m
• Einheiten• standardisiert • gleich
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untaugliche Einheiten
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... verschiedene Maße• 1799 gab es in Frankreich: • untaugliches Längenmaße: Fuß, Elle
• 25,0 cm (Hessen)• 31,385 cm (Preußen)• 31,6 cm (Wien)• 32,5 cm (Paris) • 42,95 cm (Sachsen)
• untaugliche Gewichtsmaße: Pfund, Lot• 1 Wiener Pfund = 32 Loth = 560,06 g,• 30 Lot = 467,404 g (Preußen) • 30 Lot = 500 g
(Deutscher Zollverein 1858) • Stein = 22 – 40 Pfund
Festlegung der Maße auf dem Markt in MeppenQuelle: Saure, Wikipedia
standardisierte Einheiten
• Meterkonvention von 1875, internationaler Vertrag von 17 Staaten
• Vereinheitlichung durch Einführung von Normalen u.a. • Meter• Kilogramm
• beides willkürliche Einheiten• Urmeter und Urkilogramm stehen in Paris• Prototypen aus Platin-Iridium konnten erworben
werden| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |
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Definition Urmeter
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• Urmeter (1795)• 1 m ist der 10millionste Teil des
Erdquadranten• Basis: Messungen von DELAMBRE und
MECHAIN zwischen Paris und Dünkirchen
Quelle: SCHARF, MIDDELMANN 2016, S. 8
Definition Urkilogramm
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• 1 kg ist die Masse eines Wasserwürfels mit einer Kantenlänge von 10 cm 10 cm 10 cm bei einer Temperatur von 4°C
• Prototypen sind Zylinder aus Platin-Iridium
Quelle: SCHARF, MIDDELMANN 2016, S. 9
Definition Meter und Sekunde heute
• Größte Genauigkeit wird erreicht, wenn nur physikalische Konstanten benutzt werden
• Meter → Lichtgeschwindigkeit, Zeitmessung• 1 Meter ist jene Strecke, die das Licht im Vakuum in
1/299.792.458 Sekunden zurücklegt.
• Kilogramm → ??? Noch in Arbeit!• Problem ist das genaue (!) Zählen von Atomen
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Welche Einheit?
• Beispiel Motorenleistung:PS oder kW?• 100 PS 74 kW
• Beispiel TemperaturCelsius, Kelvin oder Fahrenheit?• 37ºC 310 K 100ºF
• bei unterschiedlichen Einheiten muss umgerechnet werden • 1 PS = 0,735 kW • 0ºC = 273,15 K = 32ºF
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Basiseinheiten des SI*-Einheitensystems
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Größe übliches Formelzeichen SI-Einheit
LängeZeitMasseTemperaturStromstärkeStoffmengeLichtstärke
*Système international d’unités
Alle andere Einheiten…
• …lassen sich aus den Basiseinheiten des SI-Systems ableiten (zusammengesetzte Einheiten)• Fläche: [m2]• Geschwindigkeit: [m/s]
• Einige haben eine besondere Bezeichnung zu Ehren bedeutender Wissenschaftler• Kraft: Newton [N] statt [kg·m/s2] • Energie: Joule [J] statt [kg·m2/s2] • …verwendet werden
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MESSEN UND BERECHNEN
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Präfixe für physikalische Einheiten 39
Faktor Präfix Symbol Faktor Präfix Symbol1015 peta P 10-1 dezi d1012 tera T 10-2 centi c109 giga G 10-3 milli m106 mega M 10-6 mikro 103 kilo k 10-9 nano n102 hekto h 10-12 piko p101 deka da 10-15 femto f
Dezimale Vielfache und Teile
• Zahlen umrechnen auf • SI-Einheiten• handliches Format
• Beispiele (→ Potenzgesetze!)• 1 GHz = 1·109 Hz = 1.000.000.000 Hz • 1 km = 1·103 m = 1.000 m• 1 mm = 1·10-3 m = 0,001 m• 1 nm = 1·10-9 m = 0,000 000 001 m• 100 kg = 1·102 kg (kg ist SI-Einheit!)
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Angepasste Messmethoden
• Beispiel: Längenmessung kann sich über viele Größenordnungen erstrecken
• Dicke eines menschlichen Haares0,02 bis 0,08 mm (2 … 8) · 10-5 m
• Entfernung Hochschule – Wohnungeinige km (einige 103 m)
Geeignete Messgeräte verwenden!| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |
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Rechnen mit physikalischen Größen
• Addition, Subtraktion• geht nur bei gleichen Einheiten!
1 m + 1 mm = 1 m + 0,001 m = 1,001 m• 1 m + 1 Zoll = 1 m + 2,54 cm 1,0254 m
• Multiplikation, Division• keine Beschränkungen, aber wäre
1 m 1 Zoll = 1 mZoll sinnvoll??• Gleichungen
• haben auf beiden Seiten die gleichen Einheiten! • Machen Sie vorsichtshalber immer eine
Dimensionsbetrachtung: Sind die Einheiten auf beiden Seiten gleich?
• x/8 m/s = 0,5 m·s ist sicher falsch!
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Das griechische Alphabet43
Alpha Iota Rho
Beta Kappa Sigma Gamma Lambda Tau Delta My Ypsilon Epsilon Ny Phi Zeta Xi Chi Eta Omikron Psi Theta Pi Omega
Physikalische Formeln
• Ihre Urlaubsreise (1 Woche Kreta, Flugreise, 6 Übernachtungen im Hotel) kostet Sie 699 €.
• Wie viel würde Sie die Übernachtung kosten, wenn der Flug den Veranstalter 150 € kostet?
• Sind 14 Tage für 1.349 € teurer oder günstiger auf den Urlaubstag gerechnet?
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Allgemeingültige Formulierung
• Geht nur mit Formeln• Einfache Formeln wie diese löst man im Kopf• Preis = Flugkosten + 6 ∙ Übernachtungskosten• Alles Variablennamen• Preis bekannt, aber nicht die
Übernachtungskosten? Gleichung umstellen
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Naturwissenschaftliche Formulierung
• Naturwissenschaftler sind bequem • Variablen durch Buchstaben ersetzen, z.B.
• Preis =…• Anzahl Übernachtungen = …• Kosten Übernachtung = …• Flug = …
• …• Oder: …• Wenn man die Bedeutung der Variablen kennt, ist
diese Form einfacher zu handhaben als die Form in Klartext
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Grafische Darstellung
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LITERATUR
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Literatur
Die Zeit, 48/2002.Konfuzius: Zitat nach http://zitate.net/zitat?id=5051. Nürnberger Trichter: https://de.wikipedia.org/wiki/Nürnberger_Trichter. SAURE (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alte_Maßeinheiten.jpg),
„Alte Maßeinheiten“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode.
SCHARF, Rainer ; MIDDELMANN, Thomas: Paradigmenwechsel im Internationalen Einheitensystem (SI). In: PTB Mitteilungen 126 (2016), Nr. 2.
SPITZER, Manfred: Lernen. Gehirnforschung und die Schule des Lebens, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2002.
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