einführung in die physik
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Übung : Montags 13:15 bis 14 Uhr, Liebig-HS
Vorlesung: Montags 14:15 bis 15:45, Liebig HS
Tutorials: Montags 16:00 bis 17:30, B00.019, C3003, D0001
http://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/wise_07_08/pph/Web-Seite zur Vorlesung :
für Pharmazeuten und Biologen (PPh)Mechanik, Elektrizitätslehre, Optik
Einführung in die Physik
Kreisel
Festkörper
heat them and beat them
FlüssigkeitenHydrostatik
Vorlesung Physik für Pharmazeuten : PPh - 05
Kreisel
Symmetrieachsen und freie Achsen
IL
i
ii rmI 2
Die Rotation um freie Achsen erfordert kein Drehmoment.
Jeder starre Körper besitzt (mindestens) drei freie Achsen, und diese stehen senkrecht aufeinander.
Freie Drehachse (Zentripetalkräfte kompensieren sich)
ILRotation um freie Achse
[Tafel 5.1]
Ein Kreiselrotiert immer um eine freie Achse
IL
L
r v
r
v
Iv mrL
[Experiment kräftefreier Kreisel]
Was passiert, wenn ein Drehmoment auf einen Kreisel wirkt?
dL
dt
M
L
M t
r
L
F
M
L parallel
M
L
L nicht
parallel F
von oben:
LL
Das Rad läuft um die Aufhängung mit Umlauffrequenz
L
t
M
LL /
L
M
Lt
L
t
Höhere Drehimpulse stabilisieren die Drehachse
Kreisel im Schwerefeld: Präzession
F
L
M
[Tafel 5.2]
Präzession des Kreisels
Experiment GyroscopeExperiment Kraftzerlegung
Festkörper
Bisher: starre KörperJetzt: deformierbare Körper
-Raumgitter (Kristallgitter)-Gitterebenen (Netzebenen)
Der kristalline Festkörper
m, k, l: ganze Zahlen
clbkamrr
Translationssymmetrie
Gitter+Basis=Kristallstruktur
Kristallformen
Demo Kristall
Interferenz von Röntgenstrahlen in Kristallen
Lennard Jones Potential
Molekulare Basis eines Festkörpers
[Tafel 5.3]
Elastizitätsgrenze und Plastizität
Zugfestigkeit
MaterialwissenschaftPhysik("HookscheFeder")
Atomares Bild der plastischen Deformation
GitterfehlerVersetzungen
Korngrenzenwanderung ...
Gefüge
Def.: Zugspannung und Dehnung
A
FD
l
l
Zugspannung
Dehnung
Elastizitätsmodul
E D
Pam
N2
D E Hooksches Gesetz
F D A E Al l Dl
F ||A
GS
: Schubspannung
G : Schubmodul
Einheit [,G]=Pa
Schubspannung und Scherung
A
FS
||
: Scherwinkell
l
l
l
ll
Flüssigkeiten kann man nicht statisch scheren oder biegen !
[Experiment Silly putty]
l
RGM
2
4
R
r
l
r
M = F x R (Drehmoment)
F
M
Torsion=Scherung
Biegung = Dehnung + Stauchung: Lösung durch Integration ...
hL
baEF
3
3
4
ab
L
neutrale Faser
h
Andere Deformationen sind geometrisch ableitbar
Versuch Biegung[Tafel 5.4]
F h
Elastizitätsmodul(109 Pa)
Zugfestigkeit(109 Pa)
Material
A Space Elevator, or more specifically the LiftPort Space Elevator, will consist of a ribbon made of a very strong and very light material, carbon nanotubes, anchored to the Earth's surface at the LiftPort Station with the other end reaching into space. By making the ribbon long enough, and attaching a small satellite as counterweight, the Earth's rotation will provide enough centrifugal effect to overcome the pull of gravity and keep the ribbon taut. The LiftPort Space Elevator will then provide a permanent bridge between earth and space. Elevator cars will be robotic "lifters" which will climb the ribbon to deliver cargo and eventually people to orbit or beyond.
V, m
]/[ 3mkgV
m
Die Dichte
Dichte=Masse/Volumen
1
m
VVSspez. Volumen:
spez. Gewicht: gV
mg
V
FG G
S
Hydrostatik
Der hydrostatische Druck : A
FP
Kompressibilität
p1
V1
p2
V2
p K V
VK : Kompressionsmodul
V
V p
1
KKompressibilität
Festkörper und Flüssigkeiten sind inkompressibel (K ist groß) im Gegensatz zu Gasen (K ist klein)
SchubmodulKompress.-modul
Pascalsches Prinzip
Der hydrostatische Druck : A
F
[P]=N/m2 = Pa(scal)
Einfaches Druckmeßgerät (Manometer)
Der Druck wirkt isotrop (in alle Raumrichtungen),unabhängig von der (geschlossenen) Gefäßform.
F
1 bar=105 Pa
Pascalsches Prinzip
A
FP
p1 p2
2
2
1
1
A
F
A
F
F1 s1 F2 s2 Energieerhaltung
Hydraulische Presse(Anwendung des Pascalschen Prinzips)
Kolbenarbeit gegen den hydr. Druck VpW 221111 sApsAp
Der Schweredruck
hgp F/A
gmFG
m V Ah
hAgFG Ah
Anwendungen: Wasserturm, Taucher unter Wasser, ....Experiment Hydrostatik
Druck und Dichte entkoppelt (inkompressible Flüssigkeit)
Druckmessung U-Rohr:
U-Rohr Flüssigkeits-Manometer
hgpp 01
Wo ist der hydrostatische Druck am größten?
Hydrostatisches Paradoxon
Tafel 5.5 Versuch kommunizierende Röhren
Der Druck am Boden des (offenen) Gefäßes ist unabhängig von der Form
Magdeburger Halbkugeln
Nachweis des Luftdrucks durch Otto von Guericke (1602-1682)
Der atmosphärische Schweredruck
p 0
p
p0
g h
p gh
Formel für hydrostatischen Druck(Gas: Druck und Dichte sind gekoppelt)
p
h 0
g
p0
p
h
p
gphp
000 exp)( Barometrische Höhenformel
0
p
p0h
p0 ,0
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
302520151050
Höhe in km
Dru
ck in
bar druckabhängige
Dichte
p Quecksilber g h
Quecksilber 13,6 kg / l
Wie hoch steht die Quecksilbersäule bei 1013 mbar?
Torricellische Röhre zur Messung des Luftdrucks
Atmosphärischer „Normaldruck“: 1,013·105 Pa = 1 atm=1013 mbar = 760 Torr = 760 mm-Hg
=p1p0~0
Archimedisches Prinzip
F1 g h1 A
F2 gh2 A
Fläche A
Auftriebskraft
Ahhg
FFFA
)( 12
12
VgFA
Ein Körper, der teilweise oder vollständig in eine Flüssigkeit eingetaucht ist, erfährt eine Auftriebskraft, deren Betrag gleich der Ge-wichtskraft der verdrängten Flüssigkeit ist
Schwimmen SchwebenSinken
GA FF GA FF GA FF
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