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Unsere Überlegung über die Natur bauen auf Grundannahmen auf. Statt Grundannahmen können wir auch sagen Grundbedingungen, Grundvorraussetzungen oder Axiome.
Axiom klingt kurz und klug. Darum verwenden es oft Menschen, die also sowas gelten wollen, nicht kurz aber eben klug.
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Im Jahr 1687 veröffentlichte der Engländer Isaac Newton sein berühmtes Buch über die Prinzipien der Physik, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica .Dieses Buch ist so fundamental, dass auch ihr bestimmte Inhalte dieses Buches kennen solltet, und zwar so gut, dass ihr diese "Vorstellungen" verstehen und anwenden könnt. Isaac Newton machte sich Gedanken über die Bewegung der Himmelskörper und anderer Körper. Er bemerkte, dass Kräfte die Bewegungsänderungen von Körpern hervorrufen und formulierte daraufhin seine berühmten drei Gesetze.
- 1. Ohne Krafteinwirkung bleibt ein Körper in Ruhe oder bewegt sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit.
- 2. Kraft gleich Masse mal Beschleunigung. F = m · a .
Dabei ist F das Formelzeichen für Kraft, m das Formelzeichen für Masse und a das Formelzeichen für Beschleunigung. - 3. Kraft ist gleich Gegenkraft. (actio est reactio)
Bisweilen werden diese Gesetze auch als Axiome (Axiom = Grundannahme) bezeichnet.
Das 3. Gesetz auf die Erdanziehung (Gravitation) angewandt bedeutet, dass wir die Erde mit derselben Kraft anziehen, mit der die Erde uns anzieht.
Das 2. Gesetz legt die Basis für die Mechanik und für die physikalischen Überlegungen zu Kraft, Energie, Arbeit, Energieerhaltung, Leistung und Wirkungsgrad.
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Es gibt verschiedene physikalische Maßsysteme. Ein sehr grundlegendes Maßsystem ist das MKS System, das sich aus den Grundgrößen Länge, Masse und Zeit zusammensetzt. Dieses Maßsystem reicht aber für die ganze Physik nicht aus, weswegen man dieses System um die Grundgröße Stromstärke, A wie Ampere, erweitert hat.
Größe | Symbol | Einheit |
Länge |
s,l wie (Länge oder length) h wie (Höhe oder height) |
Meter oder m |
Masse | m wie ( Masse oder mass) | Kilogramm oder kg |
Zeit | t wie (tid oder time) | Sekunde oder s |
Ein sehr allgemeines physikalisches Grundsystem ist das SI System. Dieses System bildet eine verbindliche Basis unserer technischen und wissenschaftlichen Kultur in Europa. Das MKS System ist sozusagen ein Teilsystem davon.
Dieses System umfasst 7 Grundgrößen, Länge, Masse, Zeit, Stromstärke, Temperatur (thermodynamische oder absolute Temperatur), Stoffmenge und Lichtstärke.
Im Laufe der technischen und wissenschaftlichen Entwicklung haben sich diese Größen als praktisches Hilfsmittel für das Lösen von vielen wichtigen Fragestellungen herausgestellt.
Die Auswahl der Grundgrößen ist nicht zwingend. Man könnte sich auch andere Maßsysteme vorstellen. Ein älteres Maßsystem, das CGS System, verwendet statt Stromstärke mit der Einheit Ampere, die elektrische Ladung mit der Einheit Coulomb.
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Die abgeleiteten physikalischen Größen werden aus den Grundgrößen mittels mathematischer Verknüpfungen, Multiplikation und Division, gebildet. Hier sind einige wichtige abgeleitete Größen dargestellt. Mit der Größe darf nicht die Einheit verwechselt werden. Das Symbol oder Formelzeichen dient dazu die mathematischen Ausdrücke, die diese abgeleiteten Größen bilden, übersichtlich zu halten.
Größe | Symbol | Einheit |
Kraft |
F wie (force) |
Newton oder N, 1 N = 1 kg*m/s2 |
Arbeit | W wie ( work) | Joule oder J, 1 J = 1 N*m = 1 kg*m2/s2 |
Leistung | P wie (power) | Watt, 1W = 1 J/s = 1 kg*m2/s3 |
Im Laufe der technischen und wissenschaftlichen Entwicklung haben sich diese Größen als praktisches Hilfsmittel für das Lösen von vielen wichtigen Fragestellungen herausgestellt.
Unten ist eine Tabelle für bestimmte Leistungen in W . Wir als Menschen in einer Industriegesellschaft verbrauchen enorme Mengen an Energie.
Ein Liter Kraftstoff z.B. hat soviel Energie, dass man damit eine thermische Energie, sprich Wärmeenergie, von ca. 10 kW eine Stunde bereitstellen kann. 1 kWh = 3,6 MJ, d.h. dass ein Liter Kraftstoff einen Energieinhalt von ca. 36 MJ, also Megajoule hat.
Präfix-Schreibweise | Dezimal |
---|---|
1 mW (Milliwatt) | 0,001 W |
1 W (Watt) | 1 W |
1 kW (Kilowatt) | 1.000 W |
1 MW (Megawatt) | 1.000.000 W |
1 GW (Gigawatt) | 1.000.000.000 W |
1 TW (Terawatt) | 1.000.000.000.000 W |
1 PW (Petawatt) | 1.000.000.000.000.000 W |
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Aus der Grundgröße Länge lassen sich die zusammengesetzten Größen Fläche und Volumen bilden.
Wir sagen z.B. : " Ein Quadrat mit der Kantenlänge 1 m hat die Fläche = Kantenlänge*Kantenlänge= 1 m * 1m = 1 m2
Wir sagen z.B. : " Ein Würfel mit der Kantenlänge 1 m hat das Volumen = Kantenlänge*Kantenlänge*Kantenlänge =1 m * 1 m * 1 m = 1 m3
Die physikalischen Größen Länge, Fläche und Volumen finden sich als Baustein in vielen anderen Größen.
Größe | Symbol | Einheit |
Fläche | A | Quadratmeter,qm oder m2 |
Volumen | V | Kubikmeter,cbm oder m3 |
Unsere Alltagsleben kennt natürlich auch andere Flächenmaße und Volumenmaße, z.B. Liter , l , ml, cl (2 Centiliter ist das Volumen eines Schnapsglases), 1 cl = 10 ml = 0,01 l .
Es ist wichtig sich damit auszukennen, um nicht beim Kauf von voluminösen Dingen übervorteilt zu werden, oder um z.B. das Benzin-Öl Gemisch bei einer Kettensäge richtig einstellen zu können. Mathe-kenntnisse sind Selbstverteidigung und Alltagsnotwendigkeit; aber auch praktische Hilfsmittel des Überlebens - nicht nur in der Schule.
Aber es geht natürlich auch ohne, wenn man Freunde hat, die sich auskennen!