Prof. Dr. E. Tiemann Universität Hannover, Institut für Quantenoptik Physik I Prof. Dr. E. Tiemann Universität Hannover, Institut für Quantenoptik Studienfach „Physik“ für Medizin-, Biologie- und Gartenbaustudierende notwendig? Naturwissenschaftliches Studium Physik ist Grundlage von Naturvorgängen: mikroskopisch (Zelle, Nervenleitung, Energieumsatz, ...) makroskopisch (Statik, Bewegung, Strömung, Atmung, ...) Grundlagenkenntnisse der Naturwissenschaften notwendig! Vorbereitung neuer Erkenntnisse, neuer Methoden, neuer Modellbildungen, … Beruflicher Einsatz Diagnostik, Therapie (physikalische Methoden, Apparate, ...)
Studienfach Physik Vorlesung systematischer Durchgang des Wissenschaftsgebiets Physik mit für Studienfach relevanten Schwerpunkten aber Verbindung zwischen den einzelnen Bereichen erstellen Vorbereitung zum Verständnis zukünftiger Entwicklungen in den medizinischen und biologischen Disziplinen Vorlesung erstreckt sich über Winter- und Sommersemester: Physik I und Physik II Tutorium Angebot zur Nacharbeit und Vertiefung, Begleitung neben Vorlesung Tu Praktikum Physik zum Anfassen, Messen, Auswerten und Umgang mit Geräten Me Bi
Sprechstunde nach der Vorlesung, so lange der Hörsaal A frei danach eventuell im Praktikumsraum auf der linken Seite Sprechstunde im Hauptgebäude der Universität Welfengarten 1 Raum D130 Zeit: donnerstags 13.30 bis 14.30 Uhr Elektronische Sprechstunde Treffpunkt: IP 130.75.103.245 Zeit: nach Vereinbarung Sprechstunde nach Vereinbarung Tel. 0511 762 2231 oder 2589 Email: tiemann@iqo.uni-hannover.de www.mh-hannover.de/einrichtungen/physik
Forum zur Physik Notebook University Pilotstudie wurde gefördert durch BMBF Notebook als Werkzeug während des Studiums Einsatz von elektronischen Medien und Hilfsmitteln Funklan im „Hochschulgelände“ Zugangsberechtigung über Account Lehrmaterialien und Beispielsammlung www.ubicampus.mh-hannover.de/~physik/
Leistungsnachweise Humanmediziner: Kurs im SS 2005, WS2005/06 und SS2006 Zahnmediziner: Kurs im SS 2005 Voraussetzungen zur Scheinvergabe für Kurs Physik 1. Erfolgreiche Bearbeitung der Praktikumsversuche 2. Erfolgreiche Teilnahme an Teilklausuren während des laufenden Kurses Biologen, Gartenbauer und Pflanzenbiotechnologen : 2 Semester im 14-tägigen Rhythmus Voraussetzungen zur Scheinvergabe für Fach Physik 1. Erfolgreiche Bearbeitung der Praktikumsversuche 2. Erfolgreiche Teilnahme an Kurzklausuren Voraussichtliche Termine: 1.12.04 und 9.2.05
Lehrbücher Vorschläge Harten, Physik für Mediziner, Springer 2002 Trautwein, Kreibig, Hüttermann, Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten, de Gruyter 2004 Beide ergeben einen hinreichend vollständigen Überblick. Kamke, Walcher, Physik für Mediziner, Teubner 1994 Haas, Physik für Pharmazeuten und Mediziner, Wiss. Verlagsgesellschaft Stuttgart 2000 sehr viel umfangreicher, vielfältige Ergänzungen Pelte, Physik für Biologen, Springer 2004 sehr viel anspruchsvoller, mathematische Strukturen Prüfungskataloge ? Repetitorien ?
Beschleunigung (acceleration) Nomenklatur Physik Physiologie Kraft (force) K Fläche (area) A F Beschleunigung (acceleration) b Einheit Druck Pascal Pa mm Hg
1. Grundbegriffe der Bewegung von Körpern (Mechanik) 1.1 Physikalische Größen und Messungen Beobachtungen: objektive subjektive Täuschungen ? Geometrie Helligkeit und Farbe dynamische Einflüsse Quadrate und Kreise drehende Spirale Q/K Sternscheibe S P Messen zur quantitativen Beschreibung Vergleich mit Maßstab liefert Wert physikalische Meßgröße = (Wert ± Fehler) ∙ Einheit Bericht: Protokoll zum Meßvorgang und Ergebnis Wahrscheinlichkeit Fehlerintervall: z.B. (5,6 ± 0,5) m Interpretation 5,1m ≤ L ≤ 6,1m
Internationales Maßsystem SI-Einheiten Größe Einheit Zeichen zur Definition Zeit 1 Sekunde 1 s Vielfaches einer atomaren Schwingungsperiode Länge 1 Meter 1 m Laufstrecke von Licht in einer vorgegebenen Zeit Masse 1 Kilogramm 1 kg individueller Block (von 1889) aus Pt / Ir elektrischer Strom 1 Ampere 1 A Kraftwirkung zwischen stromdurchflossenen Leitern Temperatur 1 Kelvin 1 K Tripelpunkt von Wasser Stoffmenge 1 Mol 1 mol Zahl der Atome in 12 g Kohlenstoff 12C Lichtstärke 1 Candela 1 cd Lichtstrom („Strahlungsleistung”) in den Raumwinkel dekadische Vielfache und Teile durch Vorsilben: ..., G(Giga), M(Mega), k(kilo) m(milli), m(mikro), n(nano), ... 109 106 103 1 10-3 10-6 10-9 Größen- ordnung
zusammengesetzte Größen. aus den Grundgrößen und -einheiten zusammengesetzte Größen aus den Grundgrößen und -einheiten nach mathematischen Rechenregeln Fläche: z.B. Rechteck A= l1 ∙ l2 in m∙m entspricht m2 Volumen: z.B. Quader V= A ∙ l in m3 Physikalische Gleichungen fassen Aussagen aus Messungen zusammen m = r ∙ l ∙ A Einheiten kg kg/m3 m m2 Gleichung in Zahlen und Einheiten Fehlerrechnung siehe Praktikum
1.2 Raum und Zeit, Bewegung (Kinematik) Ort gleich Raumpunkt 3 Dimensionen 3 Koordinaten x y z orthogonale Richtungen Koordinatensystem (x,y,z) mit Ursprung (0,0,0) Ortsvektor mit Länge Abstand vom Ursprung z y x
Messung einer Bewegung Tabelle von Beobachtungszeiten ti und Ortsvektoren (xi,yi,zi) t1 t2 t3 ... tn (x1, y1, z1) (x2, y2, z2) (x3, y3, z3) (xn , yn , zn) Bahnkurve Orts-Zeit-Kurve t y x z 1 2 3 4 5 7 6 8 9 10 ( ) r Ortsvektoren Vektoraddition t3 t5 t2 t4 t1
v ist mittlere Geschwindigkeit Änderung des Ortes in einem Zeitintervall von t1 nach t2 s s1 s2 s3 s4 s5 Einheit v ist mittlere Geschwindigkeit in diesem Intervall benutze Index zur genauen Bezeichnung: v12 t5 t1 t2 t3 t4 t Meßvorgang für Geschwindigkeit für einen Ort: Meßreihe mit kleiner werdenden Dt Grenzübergang Dt0 Schreibweise: Tachometer
Beschleunigung Änderung der Geschwindigkeit in einem Zeitintervall t1 t2 t3 t4 t5 t s1 s2 s3 s4 s5 s v12 v23 v34 v45 v Einheit mittlere Beschleunigung im Zeitintervall Grenzübergang wie bei Geschwindigkeit für Angabe zu einer Zeit Schreibweise: mathematisch: 1. Ableitung 2. Ableitung
Bewegung und Vektor Änderung der Bewegung 3 Raumrichtungen möglich Geschwindigkeit Vektoren Beschleunigung
Typen von Bewegungsformen v = 0 und a = 0 Körper an festem Ort, in Ruhe v = v0 und a = 0 Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit
Bewegung mit konstanter Beschleunigung a = konstant t v v +a Dt v +a 2 Dt t +Dt t +2Dt o allgemein: à
Bewegung mit konstanter Beschleunigung x x 2 x 1 x t0 t0 + Dt t0 +2Dt t allgemein
Freier Fall Fallzeit relativ 36 25 Animation 16 20cm 80cm 180cm 320cm 500cm 720cm 1 4 9 16 25 36 relativ 120cm Animation Zeitintervalle gleich bleibend Zeitintervalle kürzer werdend Messung der Zeitintervalle g = 9,81 m/s2
Drehbewegung Winkelgeschwindigkeit Achse Winkelbeschleunigung
Überlagerte Bewegung: z.B. Translation und Drehung Periodische Bewegung x -x o x(t) t x(t) j x o mit konstanter Winkelgeschwindigkeit Kreisfrequenz w Frequenz Überlagerte Bewegung: z.B. Translation und Drehung
komplexe Bewegung mmHg Herzzyklus beim Hund Kraft
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Tutoren Henning Rehbein Email henning.rehbein@aei.mpg.de Erstes Treffen und Verabredung der regelmäßigen Termine: Di 26.10.04 18.00 Uhr Hörsaal C Gebäude I2
Praktikum Medizin Räume: Geb. I2 rechts und links neben Hörsaal A Humanmedizin: Beginn 2. Hälfte SS2005 Zahnmedizin: Beginn SS2005 Räume: Geb. I2 rechts und links neben Hörsaal A Termine siehe WWW-Seite www.mh-hannover.de/einrichtungen/physik/index.htm Leiter: Dr. D. Wendlandt Tel. 532 2975 Email: wendlandt.dirk@mh-hannover.de Dr. B. Lücke Tel. 532 4060 P. Dittmann Tel. 532 9175 MHH Geb. I3 Ebene 3 Räume 3300 und 3290
Praktikum Biologie und Gartenbau Ort: Institut für Quantenoptik, Welfengarten 1 Raum D123 Leiter: Dr. R. Gaul Institut für Quantenoptik, Tel. 762 2850 Email gaul@iqo.uni-hannover.de Termine vierzehntägig donnerstags 14.00 – 18.00 Uhr: Gartenbau/Pflanzenbiotechnologie Beginn 04.11.2004 Biologie Beginn 28.10.2004 Listen zur Gruppeneinteilung: Aushang ab Freitag an Praktikumstür http://www.iqo.uni-hannover.de/ap/
Kreise, Quadrate
Tor
Drehende Scheiben
Fluktuierende Punkte