![]() Dabei wird davon ausgegangen, dass 10kg eine Gewichtskraft von 100N hervorrufen, also der Ortsfaktor auf 10 gerundet. | \(c\) ist der Widerstandskoeffizient (wird experimentell ermittelt) \(A\) ist die (Front-)Fläche senkrecht zur Bewegungsrichtung (Area) \(\rho\) ist die Dichte des Gases oder der Flüssigkeit in der sich das Objekt bewegt \(v\) ist die Geschwindigkeit des Objektes Die Kraft nimmt quadratisch mit der Geschwindigkeit zu (also doppelte Geschwindigkeit, vierfacher Widerstand / Widerstandskraft) | je schneller das Objekt ist (nicht proportional!) - oder aber auch je größer die Masse (Bus bei 10km/h oder Wattebausch bei 10km/h) |
je höher sich das Objekt befindet - oder aber auch je größer die Masse ist | Beschleunigung ist die Geschwindigkeitsänderung (bremsen oder schneller werden). Die Beschleunigung von ![]() | Was kann man aus dieser Gleichung ablesen? 1. Dass die Wurfweite nur vom Produkt der beiden Geschwindigkeitskomponenten abhängt (d.h. der Abwurfwinkel 15° gibt die selbe Weite wie 75°) und 2. dass bei doppelter Fallbeschleunigung, die Wurfweite halbiert wird. (proportional) 3. zudem ist die Wurfweite Proportional zur Geschwindigkeit (Doppelte Geschwindigkeit, doppelte Weite) |
Geschwindigkeit ist die Änderungsrate des Ortes | Entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung ![]() | 1 Joule = 1 Nm (Newtonmeter) = 1 \(\frac{\text{kg}\cdot \text{m}^2}{\text{s}^2}\) Eine weitere Einheit wäre die kcal (Kilokalorie) |
![]() m - Masse in kg, v = Geschwindigkeit in m/s, E = kinetische Energie | ![]() | Beschleunigung oder Verformung |
Bewegungsenergie=kinetische Energie, Lageenergie=Höhenenergie=potentielle Energie, Spannenergie (z.B. einer Feder) | Die Beschleunigung ist an jeder Stelle der Kreisbahn senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor und ändert daher nicht seine Länge (den Betrag der Geschwindigkeit), sondern nur seine Richtung. | ![]() Die Kraft muss in Richtung des Weges wirken |
(oder genauer: Was muss eintreten, damit ein Objekt nicht weiter beschleunigt wird?) Die beschleunigende Kraft muss gleich dem Strömungswiderstand sein. \(F_{accel.} = F_{Luftwiderstand}\) | Dabei geht es um den Energie und Materieaustausch zwischen dem betrachteten System und seiner Umwelt. In einem offenen System wird sowohl Energie als Materie ausgetauscht In einem geschlossenen System wird nur Energie ausgetauscht (z.B. Erde) In einem abgeschlossenen System findet kein Austausch statt. | Die Verbrennung erzeugt heiße Gase, die sich stark ausdehnen und hohen Druck erzeugen. Dieser Druck treibt die Gase durch die Düse aus und beschleunigt die Rakete durch Rückstoß. |
![]() F - Kraft, m - Masse, a - Beschleunigung in m/s^2 | Die Trägheit ist eine Eigenschaft des Körpers sich einer Bewegungsänderung zu wiedersetzen. Sie hängt davon ab, wie groß die Masse eines Körpers ist. Je größer die Masse eines Körpers, desto mehr Kraft ist nötig ihn zu beschleunigen (z.B. VW-Bulli und Bobycar) | Dass die Auslenkung (s) einer Feder aus der Ruhelage proportional zur Kraft (F) ist, die an der Feder zieht: \(F\sim s\) ![]() |
Zu jeder Kraft gibt es immer eine gleich große Gegenkraft. Beim Beschleunigen eines Objektes z.B. die Trägheitskraft, die Anziehungskraft der Erde auf ein Objekt wirkt auch auf die Erde, wenn sich zwei Skateboardfahrer gegenseitig aneinander abdrücken, wirkt auf beide die gleiche Kraft usw. | Leistung ist Arbeit pro Zeit \(P=\frac{\Delta E}{\Delta t} = \frac{W}{t}\) und \([P]=W = \frac{J}{s}=\frac{Nm}{s}\) Die Einheit heißt Watt - ältere Einheiten Pferdestärke PS | Die Energie die Aufgrund der Verformung z.B. in einer Feder steckt |
Das Rückstoßprinzip basiert auf dem 3. Newtonschen Gesetz: „Actio = Reactio“. Wenn ein Körper eine Kraft auf einen anderen ausübt, wirkt eine gleich große, entgegengesetzte Kraft zurück. Beispiel: Eine Rakete stößt (heißen) Treibstoff mit hoher Geschwindigkeit nach hinten aus. Der Rückstoß (Reaktionskraft) treibt die Rakete nach vorne. Das Rückstoßprinzip erklärt, wie Bewegungen ohne äußeren Widerstand (z. B. im All) möglich sind. | In der Mechanik bedeutet es, dass sich die Bewegung eines Körpers in mehrere unabhängige Komponenten zerlegen lässt, z.B. in horizontale und vertikale Richtungen. Die resultierende Bewegung ist dann einfach die Summe dieser Einzelbewegungen. | Der Ortsfaktor beschreibt wie Stark eine Masse an einem Ort angezogen wird. Auf der Erde beträgt er etwa ![]() |
Der Wirkungsgrad \(\eta\) (lies: eta) bestimmt den Anteil der nutzbaren Energie bei einer Energieumwandlung (z.B. Maschine) - er ist somit Einheitenlos \(\eta = \frac{\Delta E_{nutz}}{\Delta E_{\text{zugeführt}}} = \frac{P_\text{nutz}}{P_{\text{gesamt}}}\) Beispiel: Eine Glühbirne hat einen Wirkungsgrad von ca. 5%, d.h. gerade einmal 5% der zugeführten Energie werden in die nutzbare Lichtenergie umgewandelt, der Rest wird zu Wärme. | \(\omega \cdot \cos(\omega t)\) Der Stauchungsfaktor \(\omega\) erhöht die Steigung um den Faktor \(\omega\) | Die Gewichtskraft ist die Anziehungskraft die eine Masse aufgrund der (Erd-)Anziehungskraft erhält. Sie ist proportional zur Masse. Die Masse ist aber eine Eigenschaft des Körpers, die immer gleich bleibt, auch wenn sich der Körper ausserhalb von Anziehungskraft also z.B. im Weltall befindet. |
Eine Kraft die senkrecht auf eine Fläche wirkt. | Die Trägheistkraft ist die Kraft die man als Gegenkraft wahrnimmt, wenn man versucht einen Körper zu beschleunigen. Sie berechnet sich mit ![]() | Geschwindigkeit - ![]() Die Geschwindikgeitszunahme entspricht der Fläche im Zeit-Beschleunigungsdiagramm |
Strecke - ![]() Die zurückgelegte Strecke ist die Fläche im t-v-Diagramm | Wenn auf ein Objekt oder an einer Stelle mehrere Kräfte wirken und diese sich alle aufheben, so spricht man von einem Kräftegleichgewicht. Liegt z.B. ein Objekt auf einem Tisch, so ist die Anziehungskraft im Gleichgewicht mit der Kraft die der Tisch auf das Objekt ausübt. | Eine gleichförmige Bewegung ist eine gradlinige Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. |
Eine Bewegung bei der die Geschwindigkeit konstant ist, die Beschleunigung also gleich 0 | Eine Größe, die nur einen Wert hat (keine Richtung, ...), z.B. Temperatur, Masse, ... | Eine Größe die Betrag und Richtung hat, wie Geschwindkigkeit und Kraft |
Die innere Energie besteht aus Wärmeenergie und der Energie, die als Druck gespeichert ist. Erläuterung:
| Die Wurfweite ist symmetrisch zum Abwurfwinkel um 45° (bei 80° kommt man genau so weit wie bei 10°). Die maximale Weite wird bei 45° erreicht. ![]() | Ein körper der ruht oder sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, verändert seine Geschwindigkeit (und Richtung) nicht, wenn alle auf ihn einwirkenden Kräfte in der Summe 0 sind. Z.B. eine auf einem Tisch reibungsfrei(!) rollende Kugel. Die Erdanziehungskraft wird von einer haltenden Kraft, die der Tisch auf die Kugel ausübt kompensiert. |
Die Kreisfrequenz ist auch eine Winkelgeschwindigkeit, sie gibt an wie viel Winkel im Bogenmaß pro Sekunde überstrichen wird: \(\omega = \frac{\Delta \varphi}{\Delta t} = \frac{2\pi}{T}\) | Die Federkonstante und die Masse - insbesondere hat die Auslenkung keine Auswirkung auf \(T\) je größer die Masse, desto langsamer die Schwingung (größere Schwingungsdauer) je kleiner die Federkonstante (weiche Feder), desto langsamer die Schwingung | Angriffspunkt, Richtung und Größe bzw. Betrag |
\(v_B = \omega \cdot r \Leftrightarrow \omega = \frac{v_B}{r}\) | \(0 = -\frac12\cdot g \cdot t^2 + 0,25 \) Man rechnet auf beiden Seiten -0,25, da der Summand am "lockersten" angebunden ist (Mal bindet stärker als Plus). Es ergibt sich \(-0,25 = -\frac12 \cdot g \cdot t^2\) Auflösen ist wie eine Mandarine schälen, immer das was am losesten sitzt abmachen (von Außen nach Innen) | Eine Möglichkeit ist: \(a=g=-9,81 m/s^2, v_0 = 0, s_0=0,25m, s(t)=0m\) Man kann es sich auch etwas einfacher machen und die Teile mit \(s_0\) und \(v_0\) weglassen (d.h. beides auf 0 setzen) und dann für \(s(t)=0,25m\) und \(g=9,81m/s^2\) einsetzen. Bemerkung: \(s_0=s(0)\) ist die Anfangsstrecke zu Beginn der Bewegung und \(v_0=v(0)\) ist die Startgeschwindigkeit. |
Man hängt die Pfeile aneinander ![]() | Man zeichnet einen Pfeil mit seinem Fußpunkt an die Spitze des anderen Pfeils. Die Ersatzkraft ist dann der Pfeil vom Fuß des ersten Pfeils bis zur Spitze des zweiten Pfeils. | ![]() Mit dem Satz des Pythagoras \(\left | {\vec{v_1}+\vec{v_2}} \right | = \sqrt { \left | \vec{v_1} \right |^2 + \left | \vec{v_2} \right |^2 } = \sqrt {v_1^2+v_2^2}\) |
![]() Die Gewichtskraft F (oder manchmal auch G) ist gleich dem Produkt aus Masse (m) und Ortsfaktor ( ![]() | \(\vec{r}(t) = r \cdot \left( \begin{matrix} \cos (\omega \cdot t) \\ \sin (\omega \cdot t) \end{matrix} \right ) \) | \(F_Z=m\cdot \omega^2 \cdot r= m \frac{v^2}{r}\) und sie zeigt immer zum Kreismittelpunkt. \(v\) ist die Bahngeschwindigkeit des Objekts |
Durch zerlegen der Gewichtskraft in den Anteil der Hangabtriebskraft und den der Normalkraft. ![]() | Durch komponentenweises Ableiten des Geschwindigkeitsvektors (Superpostionsprinzip). Er dreht sich dabei um 90° und wird um den Faktor \(\omega\) verlängert. ![]() Der Beschleunigungsvektor zeigt also zum Kreismittelpunkt hin | ![]() \(\vec{v}(t) =\dot{ \vec{r}} (t) = r \cdot \omega \cdot \left( \begin{matrix} -\sin (\omega \cdot t) \\ \cos (\omega\cdot t) \end{matrix} \right)\) |
Hängt man an den Federkraftmesser eine Masse oder zieht man an ihm mit einer bestimmten Kraft, so verformt sich die Feder (verformende Wirkung der Kraft). Die Längenänderung der Feder ist proportional zur Kraft, so kann man die Kraft bei einem geeichten Kraftmesser bestimmen. | ca. 1N [Newton] | eta - wird oft für den Wirkungsgrad verwendet |
mü - wird z.B. bei Reibungskoeffizienten oder auch für die magnetische Permeabilität verwendet | epsilon - wird in der mathematik oft für kleine Werte verwendet und in der Physik für die Dielektrizitätszahl (elektrische Eigenschaft eines Stoffes) | \(\omega = 2\pi f\) |
Sie sind Kehrwerte voneinander: \(f=\frac1T\) | Durch einer Kraft wird Energie übertragen - z.B. beim herunterfallen des Eimers wird potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. | Es gilt: \(T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{D}} \) |
\(f=\frac1T\) Die Frequenz (Schwingunen pro Sekunde) ist gleich 1 durch Periodendauer (Zeit für eine Schwingung) | ![]() | \(\omega = 2\pi f = \frac{2\pi}{T}\) Einheit: [\(s^{-1}\) lies: pro Sekunde] Sie beschreibt wieviel Winkel (im Bogenmaß) bei einer Bewegung pro Sekunde ausgeführt wird. Z.B. \(\omega = \pi\) würde bedeuten, dass eine halbe Schwingung (\(\pi \hat{=} 180°\)) in einer Sekunde durchgeführt wird. |
Die Beschleunigung ist die Änderungsrate also die Steigung der ![]() | In dem man eine Kraft auf ihn wirken läßt. | ![]() |
E = m g h | Man nutzt die Energieerhaltung und die Impulserhaltung Bei einem elastischen Stoß bleibt die Energie als kinetische Energie erhalten | Zwei Körper sind von gleicher Masse, wenn sie bei gleicher auf sie einwirkender Kraft die gleiche Beschleunigung erfahren. (z.B. wenn die Kraft von 1N eine Sekunde lang auf die einwirkt, sollten sie die gleiche Geschwindigkeit erreicht haben). Hat ein Körper die doppelte Beschleunigung erfahren, so ist er nur halb so schwer usw. |
So lange bis die Kraft durch den Luftwiderstand (oder anderes Medium) gleich der Erdbeschleunigung ist. ![]() | m - Meter, \(\frac{m}{s}\)- Meter pro Sekunde, \(\frac{m / s}{s} = \frac{m}{s^2}\)- Meter pro Sekunde quadrat Natürlich geht das auch mit km/h oder ähnlich | \(E_\text{Spann}+E_\text{kin.} = E_\text{ges.} = \text{const}\) etwas konkreter: \(\frac12 D s^2 + \frac12 mv^2 = E_\text{ges.}\) wegen \(v=\dot{s}\) (Geschwindigkeit ist die Änderungsrate des Ortes) kann man daraus die Funktion \(s(t)\) bestimmen. |
kinetische Energie | potentielle Energie | \(F_\text{Feder} = F_\text{Träg.} \Leftrightarrow Ds = -ma\) wegen \(a = \dot{v} = \dot{(\dot{s})} = \ddot{s}\) kann man daraus die Funktion \(s(t)\) bestimmen. Das Minuszeichen ergibt sich daraus, dass die Beschleunigung durch die Feder immer in die andere Richtung der Auslenkung zeigt (Rückstellkraft - sie will die Masse zur Ruhelage \(s=0\) hin beschleunigen) |
\(s(t)=A\cdot \sin(\omega \cdot t)\) mit der Amplitude \(A\) und der Winkelgeschwindigkeit \(\omega\). Lies: A mal sinus omega t Die Schwingung oben beginnt im Ursprung. Wenn sie in voll ausgelenktem Zustand beginnt, verwendet man \(s(t)=A\cdot \cos(\omega t)\), allgemein \(s(t) = A \cdot \sin(\omega t + \varphi)\)mit einem Verschiebungswinkel \(\varphi\) (lies: phi) | \(v(t) = a\cdot t + v_0\) Die Geschwindigkeit nimmt in jeder Sekunde um den Betrag von \(a\) zu. \(v_0=v(0)\) ist die Startgeschwindigkeit | \(s(t) = v \cdot t + s_0\) In jeder Sekunde erhöht sich die Position des Ortes um den Wert von \(v\). \(s_0 = s(0)\) ist der Ort zu Beginn der Beweung (Zeitpunkt \(t=0\)) |
\(s(t) = \frac{1}{2}a\cdot t^2 + v_0 \cdot t + s_0\) Dabei ist \(a\) die konstante Beschleunigung, \(v_0=v(0)\) die Startgeschwindigkeit und \(s_0 = s(0)\) der Ort zum Zeitpunkt 0 (Startort) | ![]() | Durch den Umrechnungsfaktor 3,6 1 km/h = 3,6 m/s (Man muss also den Wert bei km/h mit 3,6 Multiplizieren um auf m/s zu kommen) |
Also Kombination aus mehreren Zahlen, die jeweils für eine Richtung stehen (x,y,z) \(\left( \begin{matrix} 2 \\ 3 \end{matrix} \right)\) - zweidimensionaler Vektor bzw. \(\left( \begin{matrix} -4 \\ 2 \\ 3 \end{matrix} \right)\) - dreidimensionaler Vektor Das passt prima zum zeichnerischen Addieren zweier Vektoren, wenn man hier Komponentenweise addiert. Zudem ergibt sich fast nebenbei das Superpositionsprinzip, weil beim Rechnen die x,y und z - Werte sozusagen für sich betrachtet werden | ![]() Die Steigung der Geraden entspricht der Geschwindigkeit. | ![]() |
![]() 9,81 m/s² gilt natürlich nur bei einer Fallbewegen im Erdschwerefeld | ![]() Es ergibt sich eine Parabel Der Scheitelpunkt ist der Umkehrpunkt der Bewegung (muss nicht immer vorhanden sein) | ![]() |
![]() Es ergibt sich eine Gerade (hier die fallende Gerade bei einem schiefen Wurf mit der Steigung als Beschleunigung) | Als Pfeil | 1. Zu zerlegende Kraft zeichnen, ![]() 2. Wirkungslinien zeichnen, 3. parallele Linien zu den Wirkungslinien durch die Pfeilspitze der Ausgangskraft, 4. Kanten des Parallelogramms als Teilkräfte markieren |
Das \(\Delta\) (lies: Delta) steht für eine Differenz oder eine Änderung \(\Delta t = t_2 - t_1\) (Abstand zweier Zeitpunkte) \(\Delta v = v(t_2)-v(t_1)\) (Geschwindigkeitsunterschied - Geschwindigkeit zum Zeitpunkt \(t_2\) zu \(t_1\)) Zur Info: kleines Delta: \(\delta\) | Es werden zwei Energien (oder eine Arbeit) gleich gesetzt. Meist vorher und nachher (bzlg. eines Vorganges). z.B. \(E_\text{kin}=E_\text{innere}\) Ebenso bei Kräften. Manchmal bedeutet es auch diese Kraft wirkt als... z.B. die Bremskraft wirkt gegen die Trägheitskraft oder als beschleunigende Kraft. \(F_\text{Brems}=m\cdot a\) | Von ihrem Angriffspunkt, der Richtung und der Größe bzw. dem Betrag der Kraft |
Von der Form des Objektes und der Geschwindigkeit zudem auch vom Maß der Fläche, senkrecht zur Bewegungsrichtung und der Dichte des Mediums (hier Luft) in dem sich das Objekt bewegt. | Achtung Kraft und Weg müssen in die gleiche Richtung zeigen, wie beim Anheben eines Eimers. Beim Tragen eines Eimers von einem Ort zum anderen wird physikalisch gesehen keine Arbeit verrichtet. | Achtung Kraft und Weg müssen in die gleiche Richtung zeigen, wie beim Anheben eines Eimers. Beim Tragen eines Eimers von einem Ort zum anderen wird physikalisch gesehen keine Arbeit verrichtet. |
nach ChatGPT wäre auch folgende Definition sinnvoll: "Energie ist die Fähigkeit, Veränderungen im System oder in seiner Umgebung hervorzurufen." mit der Ergänzung: Diese Definition betont die grundlegende Rolle der Energie als Maß für die Fähigkeit, physikalische Prozesse zu ermöglichen oder zu beeinflussen, sei es durch Arbeit, Wärme, Bewegung oder andere Formen der Energieübertragung. | nach ChatGPT wäre auch folgende Definition sinnvoll: "Energie ist die Fähigkeit, Veränderungen im System oder in seiner Umgebung hervorzurufen." mit der Ergänzung: Diese Definition betont die grundlegende Rolle der Energie als Maß für die Fähigkeit, physikalische Prozesse zu ermöglichen oder zu beeinflussen, sei es durch Arbeit, Wärme, Bewegung oder andere Formen der Energieübertragung. |