Fragen zu Physik

Unter einer gleichförmigen Bewegung versteht man eine Bewegung ohne Richtungsänderung und mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Dieser Bewegung begegnen wir in der Physik an vielen Stellen, sie stellt sozusagen die Grundlage für alle weiteren Bewegungen dar (physikalisch betrachtet).

In der Physik kann eine Kraft nicht nur die Form eines Körpers verändern, sondern auch dessen Bewegung. Diese Bewegungsänderungen sind in der Physik besonders wichtig und lassen sich exakt berechnen, z. B. durch das Trägheitsgesetz oder das Gesetz von Hooke.

Das Gesetz von Hooke oder auch Hookesches Gesetz (nach Robert Hooke) beschreibt das elastische Verhalten von Festkörpern. Es ist daher in der Mechanik ein besonders häufig anzutreffendes Gesetz und spielt z. B. in der Statik eine große Rolle.

Überall in unserem Alltag begegnen uns verschiedene Kraftarten. Dabei ist die Kraft in der Physik ein grundlegender Begriff, ohne den eine Vielzahl von anderen physikalischen Vorgängen gar nicht möglich wäre. Die Untersuchung der verschiedenen Kraftarten spielt daher eine besondere Rolle.

Mit welcher Beschleunigung ein Körper im freien Fall zu Boden fällt, hängt von seiner Fallbeschleunigung ab. Diese ist jedoch wiederum von dem Ort abhängig, an dem das Ganze stattfindet. Dabei spricht man in der Physik auch vom sogenannten Ortsfaktor.

Immer dann, wenn sich eine Größe im Verlauf eines physikalischen Prozesses nicht ändert, lässt sich diese Tatsache in einem Erhaltungssatz festschreiben.

Unter der Akustik versteht man die Wissenschaft vom Schall und seiner Ausbreitung. Die Akustik umfasst dabei u. a. die Entstehung und Erzeugung des Schalls, dessen Ausbreitung, die Beeinflussung und Analyse des Schalls sowie seine Wahrnehmung und Wirkung auf Menschen und Tiere.

Der moderne Elektromagnetismus wird auch als Elektrodynamik bezeichnet, bzw. stellt das größte Teilgebiet dieser dar (je nach Definition). Er ist wiederum ein Teilgebiet der Physik, das sich mit bewegten elektrischen Ladungen beschäftigt, was auch die zeitlich veränderlichen elektrischen und magnetischen Felder mit einschließt.

Unter einem (elektrischen) Stromkreis versteht man ein geschlossenes System von Leitern. Unter einem Leiter versteht man in diesem Zusammenhang wiederum jedes Medium, das bewegliche Ladungsträger besitzt und somit zum Transport elektrischer Ladungen fähig ist.

Bei einer Änderung des Bewegungszustands eines Körpers spricht man in der Physik von einer Beschleunigung. Es geht hier also die momentane zeitliche Änderungsrate einer Geschwindigkeit. Diese spielt bei der Beschreibung von Bewegungsvorgängen und deren Beeinflussung durch Kräfte in der Physik eine sehr wichtige Rolle.

Von einer Wärmekraftmaschine spricht man, wenn eine Maschine Wärmeenergie in mechanische Energie umwandelt.

Temperaturen spielen auf unserer Erde eine ausschlaggebende Rolle. Sie sorgen dafür, dass wir Menschen überhaupt überleben können, Sie können auf der anderen Seite aber auch sämtliches Leben vernichten.

Wir alle kennen die Reibung aus unserem Alltag. Dazu muss man lediglich einmal mit dem Hosenboden auf einem rauen Untergrund hin- und her rutschen.

Die Kreisbewegung wird in der Fachsprache auch Rotation oder Drehung genannt. Man versteht darunter die Bewegung eines Körpers um seine eigene Rotationsachse.

Wenn ein Körper sich ausschließlich unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegt, spricht man auch vom freien Fall.

Was wiegt mehr, eine Tonne Federn oder eine Tonne Stahl? Die alte Scherzfrage besitzt jedoch einen Hintersinn, denn sie gibt eine ungefähre Vorstellung davon, wie Masse, Volumen und Dichte zusammenhängen.

Wirken auf einen Körper zwei Kräfte ein, wird aus diesen zwei Teilkräften vektoriell eine resultierende Kraft. Diese resultierende Kraft, auch Gesamtkraft genannt, lässt sich sowohl rechnerisch als auch zeichnerisch ermitteln und darstellen. Der Betrag aus der resultierenden Kraft ergibt sich aus den Beträgen der zwei Teilkräfte sowie dem Winkel zwischen ihnen.

In der Formel zur Berechnung einer linearen oder gleichförmigen Bewegung werden die Informationen Strecke, Geschwindigkeit, Zeit und Anfangsweg in Relation zueinander gesetzt.

Die drei Begriffe Arbeit, Energie und Leistung sind in der Physik sogenannte Formelzeichen. Sie beinhalten weitere Formelzeichen wie etwa Zeit, Weg und Kraft. Über Arbeit, Energie und Leistung werden verschiedene Parameter der Mechanik definiert und berechnet.

Ein magnetisches Feld ist der Raum um einen Magneten, innerhalb dessen auf andere Körper magnetische Kräfte ausgeübt werden. Im Besonderen auf Körper aus ferromagnetischen Stoffen, etwa Eisen.

Der Grund für die Ausdehnung der Stoffe bei Erwärmung, ob nun fest, flüssig oder gasförmig, liegt darin, dass die Elektronen, die um den Kern eines Atoms kreisen, mit zunehmender Erwärmung schneller werden.

Die Elektronik ist heute das Hauptgebiet der Elektrotechnik und ist gekennzeichnet durch den Einsatz von Elementen, die sich nicht linear verhalten.

Der Transformator besteht in der einfachsten Form aus dem Eisenkern oder auch einem Magnetkern sowie einer Primär- und einer Sekundärwicklung. Die Primärwicklung entspricht der angelegten Spannung und erzeugt ein Magnetfeld innerhalb des Stromkreises im Transformator.

Im Teilbereich Elektrotechnik oder Elektromechanik innerhalb der Physik stellt die Induktion ein elektrisches Feld dar, das durch die Veränderung eines magnetischen Flusses entsteht. Verallgemeinert wird unter Induktion die berührungs- oder kontaktlose Übertragung elektrischer Energie verstanden.

Es geht in der Kernphysik darum, die Struktur und die Wechselwirkungen von Atomkernen zu untersuchen. Innerhalb der allgemeinen Physik ist die Kernphysik zwischen der Atomphysik und der Elementarteilchenphysik angesiedelt.

Das etwas seltsam anmutende Wort Energieentwertung ist im Grunde eine genauere Bezeichnung für den allgemeinen Begriff Energieverbrauch. In der Physik findet statt „Energieverbrauch“ der Begriff Energieentwertung Verwendung, weil sich Energie nicht verbraucht, aber sie ändert ihre Wertigkeit.

Der Kernpunkt der Relativitätstheorie bezieht sich auf die Feststellung, dass nichts schneller als das Licht ist. Alles andere verhält sich dazu relativistisch. Über diese Kernaussage erklärt Einstein das Verhältnis von Raum und Zeit.

Die Energiespeicherung beschäftigt sich damit, bestehende Energieformen so zu speichern, das sie relativ kurzfristig abgerufen und verbraucht werden können.

Vereinfacht beschrieben ist eine Halbleiterdiode ein elektrisches oder elektronisches Bauteil, das wie ein Ventil für elektrischen Strom funktioniert. Eine Halbleiterdiode besteht aus drei Schichten, die jedoch alle drei aus dem gleichen Material bestehen, meist Silicium. Eine Schicht wird n-Halbleiter, eine p-Halbleiter und eine, diese liegt dazwischen, wird pn-Übergang genannt.

Jede Materie, ob nun ein Lebewesen, eine Flüssigkeit, ein Gas oder vielleicht ein Stein, besteht aus Atomen. Diese Atome bestehen aus einer Atomhülle und einem Atomkern. Dieser Atomkern setzt sich wiederum aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen zusammen. In der Physik wird der Atomkern Nukleon oder Nuklid genannt. Die Anzahl an Protonen und Neutronen in einem Nuklid bestimmt dessen Eigenschaften.

Ein Elektromotor ist eine elektrische Maschine, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, weshalb auch von einem elektromechanischen Wandler gesprochen wird. Die meisten Elektromotoren arbeiten durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Motors und dem elektrischen Strom in einer Drahtwicklung, um eine Kraft in Form eines auf die Motorwelle ausgeübten Drehmoments zu erzeugen.

Der Begriff Gasgesetz oder besser Gasgesetze beinhaltet physikalische Gesetze, die zwischen verschiedenen Zustandsgrößen von Gasen, wie Volumen, Druck, Temperatur, Stoffmenge, Masse oder Teilchenzahl, eine Beziehung herstellen. Dabei werden die Eigenschaften sowie das Verhalten von realen und idealen Gasen beschrieben. Die wichtigsten Gasgesetze sind hierbei die allgemeine Gasgleichung für ideales Gas und die Van-der-Waals-Gleichung für reales Gas.

Die keplersche Gesetze modifizierten die heliozentrische Theorie von Nicolaus Kopernikus, ersetzten seine Kreisbahnen und Epizyklen durch elliptische Bahnen und erklärten, wie sich die Planetengeschwindigkeiten ändern.

Der Widerstand von einem Objekt ist zum größten Teil abhängig von dessen Materialzusammensetzung. Elektrische Isolatoren wie etwa Gummi weisen einen hohen Widerstand bei geringer Leitfähigkeit auf, hingegen Objekte aus elektrischen Leitern, wie etwa Metalle, einen niedrigen Widerstand sowie eine sehr hohe Leitfähigkeit besitzen.

Ein elektrischer Strom ist eine physikalische Erscheinung geladener Teilchen wie Elektronen oder Ionen, die sich durch einen elektrischen Leiter oder Raum bewegen. Er wird als Nettoflussrate elektrischer Ladung durch eine Oberfläche oder in einem Kontrollvolumen gemessen.

Die Einordnung elektrischer Grundgrößen erfolgt im Segment der Elektrodynamik, wobei die meisten Grundgrößen eine weitere Aufteilung in Untergrößen erfahren.

Die Wärmeübertragung oder der Wärmetransport ist ein Bereich innerhalb der Thermodynamik, der sich mit der Erzeugung, Umwandlung, Nutzung, und dem Austausch von Wärmeenergie zwischen mindestens zwei physikalischen Systemen beschäftigt.

Der Begriff Wechselstrom bezieht sich auf einen Vorgang bei der Stromerzeugung. Elektrischer Strom für das öffentliche Netz wird in Drehstrom- beziehungsweise Wechselstromgeneratoren erzeugt. Um zu verstehen, warum von Wechselstrom gesprochen wird, ist es notwendig, den technischen Vorgang in einem Generator aufzuzeigen.

Elektrische Ladung oder auch bewegte Ladung ist eine physikalische Eigenschaft von Materie, die sich in der Form zeigt, dass sie in einem elektromagnetischen Feld eine Kraft erfährt. Es gibt zwei Arten elektrischer Ladung: positive und negative (üblicherweise von Protonen bzw. Elektronen getragen), die in Elementarteilchen auftreten.

In der Elektrotechnik als Teilbereich der Elektrodynamik innerhalb der Physik sind Spulen Wicklungen aus elektrischen Leitern, meist isolierter Kupferdraht unterschiedlicher Stärke, die überwiegend einen Kern (Spulenträger) besitzen.

Ein elektrisches Feld ist das physikalische Feld, das jede elektrische Ladung umgibt und auf alle anderen Ladungen im Feld eine Kraft ausübt, die sie entweder anzieht oder abstößt. Elektrische Felder entstehen durch elektrische Ladungen oder durch zeitlich veränderliche Magnetfelder.

Der Begriff der Wärmekapazität oder genauer der spezifischen Wärmekapazität bezieht sich auf die Thermodynamik von Stoffen, speziell auf deren Fähigkeit, thermische Energie zu speichern.

Das elektromagnetische Spektrum ist der Frequenzbereich (das Spektrum) der elektromagnetischen Strahlung und ihre jeweiligen Wellenlängen und Photonenenergien. Das elektromagnetische Spektrum umfasst elektromagnetische Wellen mit Frequenzen von unter einem Hertz bis über 1025 Hertz, die Wellenlängen von Tausenden von Kilometern bis zu einem Bruchteil der Größe eines Atomkerns entsprechen.

Schwingung ist eine periodische Änderung einer oder mehrerer physikalischer Größen um einen bestimmten Durchschnittswert. Wenn die physikalischen Größen, die sich periodisch ändern, die Feldstärke eines elektrischen Feldes und eines Magnetfelds sind, dann sprechen wir von elektromagnetischer Schwingung.

Der Begriff der mechanischen Schwingungen umfasst alle Stoffe und Körper, die eine eigene Elastizität besitzen oder über elastische Verbindungen verfügen. Grundsätzlich wird bei mechanischen Schwingungen von Vibration gesprochen, was wiederum inkludiert, das diese Vibrationen über die menschlichen Sinne wie Hören und Fühlen erfassbar sind.

Eine mechanische Welle ist eine Schwingung der Materie, die Energie durch ein Medium überträgt und an dieses gebunden ist Gleichzeitig kann aber auch ein Übertrag der Energie von einem Medium zum anderen stattfinden.

Der Glühelektrische Effekt oder auch die Thermionische Emission ist die Freisetzung von Elektronen aus einer Elektrode bzw. Kathode aufgrund ihrer Temperatur (Freisetzung von Energie, die durch Wärme geliefert wird). Dies liegt daran, dass die dem Ladungsträger zugeführte Wärmeenergie die Austrittsarbeit der Elektronen erleichtert.

Nach dem Gravitationsgesetz wirkt jeder Massepunkt auf jeden anderen Massepunkt mittels einer Gravitationskraft ein. Diese Gravitationskraft richtet sich entlang der Verbindungslinien beider Massepunkte und verhält sich in ihrer Stärke proportional zum Produkt beider Massen sowie umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands der Massen.

Bei Wasser und bei Schall sind Beugung und Interferenz derer Wellen ein relativ offensichtliches Phänomen. Aber auch bei Licht ist dies der Fall und sie weisen auf den Wellencharakter des Lichts hin. Interferenz ist als Überlagerung von Wellen zu verstehen, während Beugung ein Vorgang ist, der stets bei der Begrenzung einzelner Wellenfronten durch ein Hindernis entsteht.

Als elektromagnetisches Spektrum ist der gesamte Frequenzbereich jeglicher elektromagnetischen Strahlung sowie deren jeweiligen Photonenenergien und Wellenlängen zu verstehen. Dieses Spektrum umfasst elektromagnetische Wellen mit Frequenzen von unter einem Hertz bis über 1025 Hertz, was einem Bruchteil der Größe eines Atomkerns oder Wellenlängen von Tausenden von Kilometern entspricht.

Der Begriff „Wellenmodell des Lichts“ beruht auf der Wellentheorie von Christiaan Huygens, die dieser um das Jahr 1650 verfasste. Sie bildete die Grundlage für den Teilbereich „Wellenoptik“ innerhalb der optischen Physik. Heute beschäftigt sich die Wellenoptik überwiegend mit den Eigenschaften des sichtbaren Lichts wie die Farben, die Beugung und Interferenzfähigkeit sowie die Polarisation, also den Bereichen, die mittels geometrischer Optik nicht zu erklären sind.

Polarisation ist als Eigenschaft einer Transversalwelle zu verstehen, die eine geometrische Ausrichtung der Schwingungen angibt. Bei einer Transversalwelle ist die Richtung der Schwingung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Welle. Einfache Beispiele für polarisierte Transversalwellen sind Schwingungen, die sich entlang gespannter Schnüre bewegen.

Ein Atom besteht aus dem Atomkern mit Protonen und Neutronen, sowie der Atomhülle mit Elektronen und Ionen. Ein atomarer Energieaustausch erfolgt durch Elektronen bzw. Ionen aus der Atomhülle, wobei die Elektronen gleichzeitig Photonen abgeben oder aufnehmen.

Die Liste der Atommodelle ist nicht vollständig, aber sie umfasst die bedeutendsten Entscheidungsschritte hin zum heutigen Wissen über Atome. Die älteste Überlieferung ist etwa 2400 Jahre alt.

Damit es zu einer Kernspaltung kommt, werden die Protonen der Uran- oder Plutonium-Atome mit Neutronen beschossen. Durch diesen Beschuss spaltet sich das Proton und setzt Energie, aber auch weitere Neutronen frei, die wiederum Protonen beschießen, wodurch sich eine Kettenreaktion ergibt.

In der Kernphysik wird eine Kernreaktion als ein Prozess betrachtet, bei dem ein oder zwei Kerne und ein externes subatomares Teilchen kollidieren, um dadurch ein oder mehrere neue Nuklide zu erzeugen.

Die moderne Forschung in der Teilchenphysik konzentriert sich auf subatomare Teilchen, einschließlich atomarer Bestandteile wie Elektronen, Protonen und Neutronen (Protonen und Neutronen sind zusammengesetzte Teilchen, sogenannte Baryonen aus Quarks), die sich durch radioaktive und streuende Prozesse auszeichnen, indem Beispielsweise Photonen, Neutrinos und Myonen sowie eine Vielzahl von exotischen Partikeln emittiert werden.

Die Sonne ist eine fast perfekte Kugel, bestehend aus heißem Plasma, die durch Kernfusionsreaktionen in ihrem Zentrum erhitzt wird und die Energie hauptsächlich als sichtbares Licht sowie Infrarotstrahlung ausstrahlt.

Photonen, auch Quanten von Licht oder Lichtteilchen, sind, vereinfacht ausgedrückt, die "Energiepakete" der elektromagnetischen Strahlung. Physikalisch gesehen ist das Photon ein Austauschteilchen.