• Grundlagen der Physik
  • SC
  • 01.07.2023
  • Naturwissenschaft
  • 9
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Grundlagen der Physik

I. Grund­la­gen der Phy­sik

Grund­be­grif­fe:

Merke:

Die Phy­sik be­schreibt Na­tur­er­schei­nun­gen und er­forscht Na­tur­ge­set­ze.

Die prak­ti­sche An­wen­dung die­ser Er­kennt­nis­se Ist die Auf­ga­be der Tech­ni­ker.

Tech­nik/Me­cha­nik ist also an­ge­wand­te Phy­sik!

In­ter­na­tio­na­les Ein­hei­ten­sys­tem (SI) und phy­si­ka­li­sche Grund­grö­ßen:



Um phy­si­ka­li­sche Vor­gän­ge be­schrei­ben zu kön­nen, be­nö­tigt es ex­ak­te Mes­sun­gen. Sinn­vol­ler­wei­se ver­wen­det man dafür welt­weit die­sel­ben Ein­hei­ten und Grund­grö­ßen.



Phy­si­ka­li­sche Grund­grö­ßen im in­ter­na­tio­na­len Ein­hei­ten­sys­tem SI (fran­zö­sisch Système in­ter­na­tio­nal d'unités):

Ba­sis­grö­ße

Bais­ein­heit (Name)

Ba­sis­ein­heit (Zei­chen)

Länge

Meter

m

Masse

Ki­lo­gramm

kg

Zeit

Se­kun­de

s

Tem­pe­ra­tur

Kel­vin

K

Strom­stär­ke

Am­pere

A

Stoff­men­ge

Mol

mol

Licht­stär­ke

Can­de­la

cd

Bei vie­len Mes­sun­gen wür­den diese Ein­hei­ten aber sehr große oder sehr klei­ne Zah­len als Er­geb­nis lie­fern, daher ver­wen­den wir Zeh­ner­po­ten­zen der Ein­hei­ten.

Vor­sät­ze und Zeh­ner­po­ten­zen der Ein­hei­ten:

Vorsatz

Faktor

10er-Potenz

T...Tera

billionenfach

1012\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{12}

G...Giga

milliardenfach

109\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{9}

M...Mega

millionenfach

106\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{6}

k...Kilo

tausendfach

103\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{3}

h...Hekto

hundertfach

102\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{2}

da...Deka

zehnfach

101\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{1}

eins

100\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{0}

d...Dezi

Zehntel

101\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{-1}

c...Zenti

Hundertstel

102\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{-2}

m...Milli

Tausendstel

103\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{-3}

μ\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} \mu...Mikro

Millonstel

106\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{-6}

n...Nano

Milliardstel

109\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{-9}

p...Piko

Billonstel

1012\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 10^{-12}

Und wozu brau­che ich das?





Wenn du bei­spiels­wei­se in ein Ge­schäft gehst und Fleisch kaufst, wirst du in den sel­tens­ten Fäl­len sagen: Ich hätte gerne 1.000 Gramm Hack­fleisch. Das Tau­send­fa­che von einem Gramm ist ein Kilogramm.





Oder ein an­de­res Bei­spiel: Du zeich­nest eine Linie in dein Heft. Du wirst diese aber kaum mit 0,007 Meter be­schrif­ten, son­dern si­cher mit 7 Mil­li­me­ter. Denn ein Millimeter ist das Tau­sends­tel eines Me­ters.





Dir fal­len si­cher noch wei­te­re Bei­spie­le ein, in denen du Vor­sät­ze ver­wen­dest. Denk an das Fach Ma­the­ma­tik - dort kom­men sehr viele Vor­sät­ze zum Ein­satz.





Ein­fa­che Re­chen­bei­spie­le mit Zehner-​Potenzen:

Schau dir zu­nächst die Bei­spiel­rech­nung an und ver­su­che an­schlie­ßend, die drei Re­chen­bei­spie­le ei­gen­stän­dig zu lösen!

Bei­spiel: Rech­nen mit Zehner-​Potenzen

Bei­spiel 1:



Klas­si­sche Mul­ti­pli­ka­ti­on:



300 x 3.000

900.000

Drü­cke die Zah­len als Zeh­ner­po­tenz aus!
  • 300 = ?
  • 3.000 = ?
Lösung
300 = 3102\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 3\cdot 10^{2}
3.000 = 3103\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 3\cdot 10^{3}
Mul­ti­pli­zie­re die bei­den Zeh­ner­po­ten­zen!
Lösung
(3102)(3103)=9105\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} \left ( 3\cdot 10^{2} \right ) \cdot \left ( 3\cdot 10^{3} \right ) = 9\cdot 10^{5}
Hin­weis:

Die Zah­len vor den Zeh­ner­po­ten­zen wer­den mul­ti­pli­ziert, die Hoch­zah­len wer­den ad­diert!

Bei­spiel 2:



Klas­si­sche Mul­ti­pli­ka­ti­on:



5.000 x 20.000

100.000.000

Drü­cke die Zah­len als Zeh­ner­po­tenz aus!
  • 5.000 = ?
  • 20.000 = ?
Lösung
5.000 = 5103\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 5\cdot 10^{3}
20.000 = 2104\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 2\cdot 10^{4}
Mul­ti­pli­zie­re die bei­den Zeh­ner­po­ten­zen!
Lösung
(5103)(2104)=10107=1108\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} \left ( 5\cdot 10^{3} \right ) \cdot \left ( 2\cdot 10^{4} \right ) = 10\cdot 10^{7} = 1\cdot 10^{8}
Hin­weis:

Ist die vor­de­re Zahl 10 oder höher, ver­steckt sich darin be­reits eine wei­te­re Zeh­ner­po­tenz!

Bei­spiel 3:



Klas­si­sche Mul­ti­pli­ka­ti­on:



0,03 x 0,004

0,00012

Drü­cke die Zah­len als Zeh­ner­po­tenz aus!
  • 0,03 = ?
  • 0,004 = ?
Lösung
0,03 = 3102\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 3\cdot 10^{-2}
0,004 = 4103\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 4\cdot 10^{-3}
Mul­ti­pli­zie­re die bei­den Zeh­ner­po­ten­zen!
Lösung
(3102)(4103)=12105=1,2104\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} \left ( 3\cdot 10^{-2} \right ) \cdot \left ( 4\cdot 10^{-3} \right ) = 12\cdot 10^{-5} = 1{,}2\cdot 10^{-4}
Hin­weis:

Ach­tung beim Ad­die­ren von ne­ga­ti­ven Hoch­zah­len!

Und jetzt du:

1
Er­gän­ze in den Lü­cken die feh­len­den Wör­ter!

Das in­ter­na­tio­na­le Ein­hei­ten­sys­tem re­gelt phy­si­ka­li­sche Grund­grö­ßen. Für die Länge ver­wen­den wir , für die Masse , für die Zeit und für die Tem­pe­ra­tur .

2
Ordne den richtigen Vorsatz dem passenden Begriff zu!
  • Zenti
  • Mikro
  • Deka
  • Nano
  • Hekto
  • Milli
  • Tera
  • Mega
  • Kilo
  • Dezi
  • hundertfach
  • Hundertstel
  • Tausendstel
  • tausendfach
  • Millionstel
  • Zehntel
  • billionenfach
  • Milliardstel
  • millionenfach
  • zehnfach
3
Er­gän­ze in den Merk­sät­zen die Lü­cken um die pas­sen­den Be­grif­fe!

Die Phy­sik be­schreibt und er­forscht .

Die prak­ti­sche An­wen­dung die­ser Er­kennt­nis­se Ist die Auf­ga­be der Tech­ni­ker.

Tech­nik/Me­cha­nik ist also !

4
Schrei­be die Zahl 8.800 als Zeh­ner­po­tenz an!
Lösung
8,8103\gdef\cloze#1{{\raisebox{-.05em}{\colorbox{none}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}}}} 8{,}8\cdot 10^{3}
x