Physik
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Kinematik, Energie und Elektrizität: die Berechnungen des Physikunterrichts, mit allen abgeleiteten Größen neben dem Hauptergebnis. Aus der Physik II: Elektrostatik, Kondensatoren, Magnetismus, Induktion, Wechselstromkreise und elektromagnetische Wellen. Dazu Fluide und Thermodynamik: Hydrostatik und Strömungslehre, Kalorimetrie und Wärmekraftmaschinen.
Welche Berechnung du brauchst
Die Kinematik beantwortet Fragen zu Weg, Geschwindigkeit und Zeit: gleichförmige Bewegung, wenn die Geschwindigkeit konstant bleibt, gleichmäßig beschleunigte, wenn die Beschleunigung konstant ist, freier Fall und schiefer Wurf für die beiden Fälle, in denen die Beschleunigung die der Schwerkraft ist. Dazu kommt die zeitfreie Beziehung v² = v₀² + 2as, die immer dann gebraucht wird, wenn die Aufgabe beide Geschwindigkeiten und die Beschleunigung nennt, aber keine Sekunden. Arbeit und Energie decken das nächste Kapitel ab, in dem Bewegung in Joule statt in Meter pro Sekunde beschrieben wird: kinetische Energie, potentielle Energie im Schwerefeld, Spannenergie, Arbeit einer Kraft mit ihrem Winkel, Leistung und Impuls. Die Elektrizität beginnt beim ohmschen Gesetz und reicht bis zum Ersatzwiderstand von Reihen- und Parallelschaltungen, mit der verbrauchten Leistung und den Spannungsabfällen an jedem Widerstand. Der Elektromagnetismus des zweiten Kurses beginnt beim coulombschen Gesetz und beim elektrischen Feld, führt über Kondensatoren und das von Strömen erzeugte Magnetfeld zur Induktion nach Faraday-Lenz und zu Wechselstromkreisen, in denen sich entgegengesetzte Blindwiderstände bei der Resonanzfrequenz aufheben. Den Abschluss bilden elektromagnetische Wellen und Wellenoptik: c = λf, Photonenenergie, snelliussches Gesetz und Doppelspalt-Interferenz.
Geradlinige Bewegung und schiefer Wurf
Gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung, freier Fall, Bremsen und schiefer Wurf.
Dynamik und Newtonsche Gesetze
Zweites Gesetz, Gewichtskraft, Reibung, schiefe Ebene, Zentripetalkraft und Kraftstoß — die Formel stellt sich selbst um.
Stöße und Impuls
Zentrale Stöße, elastisch, unelastisch und dazwischen: Endgeschwindigkeiten, verlorene Energie und Kraftstoß.
Rotationsdynamik
Trägheitsmoment, Satz von Steiner, Drehmoment, Drehimpuls und Rollbewegung, mit der Formel, die sich selbst umstellt.
Gravitation
Gravitationsgesetz, Fallbeschleunigung, Bahn- und Fluchtgeschwindigkeit, drittes Keplersches Gesetz und potentielle Energie.
Schwingungen und harmonische Bewegung
Federpendel, Fadenpendel, Höchstgeschwindigkeit und -beschleunigung, Energie des Oszillators und Dämpfung, mit dem Verlauf als Diagramm.
Fehlerfortpflanzung
Unsicherheit einer aus beliebiger Formel berechneten Größe, nach Gauß und als Größtfehler, und Mittelwert wiederholter Messungen mit seinem Fehler.
Lineare Regression
Ausgleichsgerade mit den Unsicherheiten von Steigung und Achsenabschnitt, gewichtet mit σ, Korrelationskoeffizient und χ², mit Diagramm.
Arbeit, Energie und Leistung
Kinetische Energie, potentielle Energie im Schwerefeld, Spannenergie, Arbeit einer Kraft, Leistung und Impuls.
Ohmsches Gesetz und Widerstände
Spannung, Strom, Widerstand und verbrauchte Leistung, mit Reihen- und Parallelschaltungen.
Widerstand-Farbcode
Wert und Toleranz eines Widerstands aus den Farbringen, mit 4, 5 oder 6 Ringen.
Kirchhoffsche Regeln
Spezifischer Widerstand, reale Quelle, Maschen, Knoten sowie Spannungs- und Stromteiler.
Coulombsches Gesetz und elektrisches Feld
Kraft zwischen Ladungen, Feld, Potential und elektrostatische Energie — die Formel lässt sich nach jeder Größe umstellen.
Satz von Gauss
Elektrischer Fluss, eingeschlossene Ladung und die Felder von Draht, Ebene und Kugel.
Kondensatoren
Kapazität, Ladung, Spannung und Energie, Plattenkondensator und Ersatzkapazität in Reihe und parallel.
Magnetfeld und Lorentzkraft
Kraft auf Ladungen und Leiter, Feld von Leiter, Schleife und Spule, Krümmungsradius und Zyklotronfrequenz.
Elektromagnetische Induktion
Fluss, Faraday-Lenz-Gesetz, Bewegungsinduktion, Induktivität einer Spule und gespeicherte Energie.
RLC-Schaltungen und Wechselstrom
Blindwiderstände, Impedanz, Resonanzfrequenz, Leistungsfaktor sowie RC- und RL-Zeitkonstanten.
Pole und Nullstellen
Wurzeln von Zähler und Nenner von H(s), Karte in der s-Ebene und Stabilitätsurteil.
Bode-Diagramm
Betrag und Phase in logarithmischer Skala, mit Phasen- und Amplitudenreserve.
Druckverlust
Darcy-Weisbach und Colebrook-White: Geschwindigkeit, Reynolds, Rohrreibungszahl und Verlust in Metern, Pascal und bar.
Spannungsfall
Spannungsfall in Volt und Prozent längs eines Kabels und der kleinste Querschnitt, der die Grenze hält.
Biegung eines Trägers
Moment, Querkraft, Spannung und Durchbiegung für Einfeld- oder Kragträger, mit den Diagrammen.
Elektromagnetische Wellen und Optik
Wellenlänge und Frequenz, Photonenenergie, snelliussches Gesetz, Intensität und Interferenzstreifen.
Lichtbrechung und Snelliussches Gesetz
Brechungswinkel, Grenzwinkel und Totalreflexion, mit einem ziehbaren Strahlendiagramm.
Linsen und Spiegel
Linsengleichung, sphärische Spiegel, Abbildungsmaßstab und Dioptrien.
Polarisation und Beugung
Malussches Gesetz, Brewster-Winkel, Einzelspalt, Gitter, Rayleigh und dünne Schichten.
Mechanische Wellen
Gespannte Saiten, Schallgeschwindigkeit, Doppler, Schwebungen, Dezibel und Oberschwingungen.
Hydrostatik
Gesetz von Stevin, hydraulische Presse, kommunizierende Röhren, Auftrieb und scheinbares Gewicht.
Strömungslehre
Volumenstrom, Kontinuität, Bernoulli, Torricelli, Venturi, Poiseuille und Reynolds.
Kalorimetrie
Fühlbare und latente Wärme, Mischtemperatur, Ausdehnung und Wärmeleitung.
Thermodynamik
Erster Hauptsatz, Zustandsänderungen, Adiabaten, Wirkungsgrad, Carnot und Entropie.