Wie finde ich zur Übung ? Mi 16-18, Do 15-17 Nussallee HISKP WP- Physikalisches Institut HISKP Haupteingang, im Erdgeschoß geradeaus HS 1, PI Seiteneingang, Treppen bis ganz nach oben Ange- wandte Mathe- matik Haupteingang, nach links die Treppe hoch, rechts halten Mi 16-18, Do 15-17 Physi- kalische Chemie WP- Hörsaal

Die Beschreibung von Bewegungen Kapitel 1: Die Beschreibung von Bewegungen 1.2 Einheiten

Kontrollfunktion ! Physikalische Größen und Einheiten Eine physikalische Größe, z.B. eine Entfernungsangabe, besteht aus Maßzahl und Einheit Folge dem Schatten der einsamen Palme bei Sonnenuntergang am Tag der Wintersonnenwende 500 Schritte. Ohne die Angabe der Einheit kann man lange suchen ! Physikalische Größen mit Einheiten angeben und beim Rechnen mitnehmen ! Kontrollfunktion !

Was sind „gute“ Einheiten ??? Fuss ??? Ellen ??? Schritte ??? METER !!! Welche Kriterien müssen erfüllt sein, damit eine Einheit „brauchbar“ ist ? Stabilität: Der Standard sollte sich nicht mit der Zeit ändern, sonst sind Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten nicht vergleichbar. Reproduzierbarkeit: Der Standard sollte leicht zu kopieren sein, um seine weite Verbreitung und gleichzeitige Nutzung an verschiedenen Orten zu gewährleisten ! Verbreitung: Der Standard muß weltweite Akzeptanz finden. Zugänglichkeit: Es sollte einfach sein, den Standard oder eine Kopie davon zu erhalten. Präzision: Der Standard selbst muß mindestens ebensogenau meßbar sein wie jede vergleichbare Messung dieser Größe. Sicherheit: Der Standard sollte möglichst unveränderbar sein.

Kann ich für jede Meßgröße die Einheit frei festlegen ? Aber selbstverständlich !!!! z.B. Energie in kcal, Geschwindigkeit in km/h, Masse in Pfund (4186 J, 1/3.6 m/s, ½ kg) Will ich für jede Meßgröße die Einheit frei festlegen ? Auf keinen Fall !!!! Berechne die kinetische Energie einer 2 Pfund schweren Kugel, die sich mit 18 km/h bewegt. Pfund mal km/h mal km/h ist aber nicht kcal ! Es entstehen Konversions- faktoren, also

Welche „Elementareinheiten“ braucht man ? Länge Meter Masse Kilogramm Zeit Sekunde Elektrische Stromstärke Ampere Temperatur Kelvin Helligkeit/Leuchtstärke Candela Stoffmenge mol = Basiseinheiten im SI-System (MKSA-System)

ALLE ANDEREN EINHEITEN WERDEN AUS DEN ELEMENTAREINHEITEN ZUSAMMENGESETZT !!! Fläche: Volumen: Geschwindigkeit: Beschleunigung: Kraft: Druck: Energie: Leistung: Spannung: m2 m3 m/s m/s2 kgm/s2=N kgm/s2m2=Pa kgm2/s2=J kgm2/s3=W kgm2/As3=V

Vorsilben zur Größenmodifikation im SI-System: Vorsilbe (Abk.) milli (m) 10-3 kilo (k) 103 mikro (m) 10-6 mega (M) 106 nano (n) 10-9 giga (G) 109 pico (p) 10-12 tera (T) 1012 femto (f) 10-15 peta (P) 1015 atto (a) 10-18 atta (A) 1018 zepto (z) 10-21 zetta (Z) 1021 Physiker „denken“ oft in Größenordnungen, weil es eine Einord- nung von Effekten erleichtert und Abschätzungen ermöglicht ! z.B. Längenskala

Originale Definition von Meter und kg: Normale Urmeter Urkilogramm (107ter Teil der Distanz Nordpol-Aequator via Meridian durch Paris) Problem: „Unveränderbar“ ist relativ...

Definition der Sekunde: historisch: 1/60 mal 1/60 mal 1/24 eines mittleren Sonnentages Bessere Definitionen über angepasstere Naturkonstanten ! z.B. Frequenz eines definierten Übergangs zwischen zwei Zuständen in einer gegebenen Atomsorte. (Schema!, Exp.) Die Frequenz des Lichtes in einem gegebenen Übergang im Cs-Atom entspricht genau 9.192.631.770 Schwingungen pro Sekunde. (implizite Naturkonstante: h) Genauigkeit: 1s/Million Jahre Zugänglichkeit: Funksignal ! Wegen der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit wird damit die Länge ein sekundärer Standard ! Ein Meter ist die Strecke, die Licht im Vakuum in 1/299729458 Sekunde zurücklegt.

Ampere (historisch): Ein Ampere ist der elektrische Strom, der in 1s mittels Elektrolyse 1,118 mg Silber aus einer Silbernitratlösung abscheidet. (modern): Ein Ampere ist der elektrische Strom, der durch zwei im Abstand von 1m parallel gespannte, unendlich lange, gerade Drähte fließen muss, damit dadurch zwischen ihnen auf je einem Meter Leiter- länge eine Kraft von 2 · 10−7 N hervor- gerufen wird.

Kelvin: 1/273,16 der Temeraturdifferenz zwischen dem Absoluten Nullpunkt und dem Tripelpunkt des Wassers. Candela (modern): Lichtstärke einer Strahlungsquelle, die mono- chromatische Strahlung der Frequenz 540 THz mit einer Leistung von 1/683 Watt pro Steradians (Raumeinheits- winkel) aussendet. (historisch): 60 cd ist die Lichtstärke der 1 cm2 großen Öffnung eines Schwarzkörpers mit einer Temperatur von 2042,5 Kelvin. mol: Zahl der Atome in 12 g des Kohlenstoff-Isotops C12

Skalare und Vektoren: Nicht alle physikalischen Größen sind durch Angabe von Maßzahl und Einheit eindeutig definiert ! Es kann z.B. die Angabe einer Richtung nötig sein. Richtungsunabhängige Größen heißen Skalare, solche bei der die Angabe einer Richtung nötig ist Vektoren. Es gibt auch physikalische Größen mit einer noch komplexeren Richtungs- abhängigkeit, sogenannte Tensoren. Die mathematisch strenge Definition von Skalaren, Vektoren und Tensoren betrachtet das Verhalten der physikalischen Größe unter bestimmten Klassen von Koordinatentransformationen.