Einführung in die Physik

Präsentation zum Thema: "Einführung in die Physik"—  Präsentation transkript:

1 Einführung in die Physik
für Pharmazeuten und Biologen (PPh) Mechanik, Elektrizitätslehre, Optik Übung : Montags 13:15 bis 14 Uhr, Liebig-HS Vorlesung: Montags 14:15 bis 15:45, Liebig HS Tutorials: Montags 16:00 bis 17:30, B00.019, C3003, D0001 Web-Seite zur Vorlesung :

2 Vorlesung Physik für Pharmazeuten : PPh - 05
Kreisel Festkörper heat them and beat them Flüssigkeiten Hydrostatik

3 Kreisel

4 Symmetrieachsen und freie Achsen
Freie Drehachse (Zentripetalkräfte kompensieren sich) Rotation um freie Achse Die Rotation um freie Achsen erfordert kein Drehmoment. Jeder starre Körper besitzt (mindestens) drei freie Achsen, und diese stehen senkrecht aufeinander. [Tafel 5.1]

5 Ein Kreisel rotiert immer um eine freie Achse
[Experiment kräftefreier Kreisel]

6 Was passiert, wenn ein Drehmoment auf einen Kreisel wirkt?
parallel nicht parallel

7 Kreisel im Schwerefeld: Präzession
DF von oben: DL L M L F Das Rad läuft um die Aufhängung mit Umlauffrequenz Höhere Drehimpulse stabilisieren die Drehachse [Tafel 5.2]

8 Präzession des Kreisels
Experiment Gyroscope Experiment Kraftzerlegung

9 Festkörper

10 Bisher: starre Körper Jetzt: deformierbare Körper

11 Der kristalline Festkörper
Kristallformen Raumgitter (Kristallgitter) Gitterebenen (Netzebenen) Translationssymmetrie m, k, l: ganze Zahlen Gitter+Basis=Kristallstruktur Demo Kristall

12 Interferenz von Röntgenstrahlen in Kristallen

13 Molekulare Basis eines Festkörpers
Lennard Jones Potential [Tafel 5.3]

14 Elastizitätsgrenze und Plastizität
Zugfestigkeit Physik ("Hooksche Feder") Materialwissenschaft

15 Atomares Bild der plastischen Deformation
Gefüge Gitterfehler Versetzungen Korngrenzenwanderung ...

16 Def.: Zugspannung und Dehnung
Elastizitätsmodul Hooksches Gesetz

17 Schubspannung und Scherung
F || A g Dl : Schubspannung l g : Scherwinkel G : Schubmodul Einheit [t,G]=Pa Flüssigkeiten kann man nicht statisch scheren oder biegen ! [Experiment Silly putty]

18 Torsion=Scherung R F M = F x R (Drehmoment)

19 Andere Deformationen sind geometrisch ableitbar
Biegung = Dehnung + Stauchung: Lösung durch Integration ... a b L neutrale Faser Dh Versuch Biegung [Tafel 5.4]

20 Material Elastizitätsmodul (109 Pa) Zugfestigkeit (109 Pa)

21 A Space Elevator, or more specifically the LiftPort Space Elevator, will consist of a ribbon made of a very strong and very light material, carbon nanotubes, anchored to the Earth's surface at the LiftPort Station with the other end reaching into space. By making the ribbon long enough, and attaching a small satellite as counterweight, the Earth's rotation will provide enough centrifugal effect to overcome the pull of gravity and keep the ribbon taut. The LiftPort Space Elevator will then provide a permanent bridge between earth and space. Elevator cars will be robotic "lifters" which will climb the ribbon to deliver cargo and eventually people to orbit or beyond.

22 Die Dichte DV, Dm Dichte=Masse/Volumen spez. Volumen: spez. Gewicht:

23

24 Der hydrostatische Druck :
Hydrostatik Der hydrostatische Druck :

25 Kompressibilität p1 p2 K : Kompressionsmodul V1 V2 Kompressibilität
Festkörper und Flüssigkeiten sind inkompressibel (K ist groß) im Gegensatz zu Gasen (K ist klein) Schubmodul Kompress.-modul

26 Der hydrostatische Druck :
Pascalsches Prinzip A F Der hydrostatische Druck : [P]=N/m2 = Pa(scal) F 1 bar=105 Pa Einfaches Druckmeßgerät (Manometer) Pascalsches Prinzip Der Druck wirkt isotrop (in alle Raumrichtungen), unabhängig von der (geschlossenen) Gefäßform.

27 Hydraulische Presse (Anwendung des Pascalschen Prinzips)
Energieerhaltung Kolbenarbeit gegen den hydr. Druck

28 Der Schweredruck h A Druck und Dichte entkoppelt
(inkompressible Flüssigkeit) Anwendungen: Wasserturm, Taucher unter Wasser, .... Experiment Hydrostatik

29 Druckmessung U-Rohr: U-Rohr Flüssigkeits-Manometer

30 Versuch kommunizierende Röhren
Wo ist der hydrostatische Druck am größten? Hydrostatisches Paradoxon Der Druck am Boden des (offenen) Gefäßes ist unabhängig von der Form Tafel 5.5 Versuch kommunizierende Röhren

31 Magdeburger Halbkugeln
Nachweis des Luftdrucks durch Otto von Guericke ( )

32 Der atmosphärische Schweredruck
Formel für hydrostatischen Druck (Gas: Druck und Dichte sind gekoppelt) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 30 25 20 15 10 5 Höhe in km Druck in bar druckabhängige Dichte Barometrische Höhenformel

33 Wie hoch steht die Quecksilbersäule bei 1013 mbar?
Torricellische Röhre zur Messung des Luftdrucks =p1 p0~0 Atmosphärischer „Normaldruck“: 1,013·105 Pa = 1 atm=1013 mbar = 760 Torr = 760 mm-Hg Wie hoch steht die Quecksilbersäule bei 1013 mbar?

34 Archimedisches Prinzip
Fläche A Auftriebskraft Schwimmen Schweben Sinken Ein Körper, der teilweise oder vollständig in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, erfährt eine Auftriebskraft, deren Betrag gleich der Ge-wichtskraft der verdrängten Flüssigkeit ist