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Ulrich Stein

15.12.2014

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Maschinenbau und Produktion

Wiederholung (auch auf Homepage) Experimentalphysik Ulrich Stein

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg Maschinenbau und Produktion

Klausur-Modalitäten Bearbeitungszeit: 90 Minuten / Lichtbild-Ausweis Erlaubte Hilfsmittel: Formelsammlungen, Taschenrechner, Bücher, sofern sie keine durchgerechneten Beispiele enthalten. Verboten sind: Handschriftliche Aufzeichnungen, Computerausdrucke, Kopien, Handys, nachbarschaftliche Zusammenarbeit Klausur ist bestanden ab 50 % der erreichbaren Punktzahl

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Ulrich Stein

15.12.2014

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Warum Physik für Ingenieure Keine Ausbildung zum Physiker, jedoch Kenntnis der wichtigsten physikalischen Begriffe, wie - Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, - Kraft, Drehmoment, Impuls, Energie, Leistung, - Intensität, Pegel, - Masse, Dichte, Druck, Spannung, Massenträgheitsmoment, - Frequenz, Wellenlänge, Resonanz, - Brennweite, Bildweite, Gegenstandsweite, Brechzahl, - Interferenz, Beugung, stehende Wellen - Quantisierung, Lichtquanten, Materiewellen Problem erkennen, Lösungswege und Algorithmen üben

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Klausur-Inhalte # Kapitel 1

- Mechanik

# Kapitel 2 knapp, nur Basis

- Wärme

# Kapitel 4

- Schwingungen

# Kapitel 5

- Wellen

# Kapitel 6

- Optik

# Anhang: speziell Differential- und Integralrechnung

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1. Mechanik 1.1 Kinematik Lineare Bewegung (1-dim. bis 3-dim): Funktionen: r(t), v(t), a(t), ... Vektoren Integration der Bewegungskurven, senkrechter Fall, waagrechter Wurf, ... Kreisbewegung: Drehwinkel ϕ(t), Winkelgeschwindigkeit ω(t), Winkelbeschleunigung α(t), Frequenz

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Aufgabe aus Kinematik Integration + Anfangswert: z.B. gegeben ist v(t) = f(t) und Anfangswert x(t0)=x0 Aufgabe: Berechne a(t) und x(t) für eine gegebene Zeit t Lösung: a(t) ist die Ableitung von v(t), x(t) ist das Integral von v(t) plus Integrationskonstante c, x(t0) legt die Integrationskonstante c fest Die gegebene Funktion f(t) ist eine Standardfunktion: z.B. t, t2, t3, 1/t, cos(ω.t), ebt, G

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1. Mechanik (2) 1.2 Dynamik Definitionen: Masse, Dichte, Kraft, Newtonsche Axiome: Dynamisches Grundgesetz Lineare Bewegung: Impuls (Vektor!) starrer Körper - Rotationsanteil: Kräfte-Zerlegung tangential / normal, ... Drehmoment, Trägheitsmoment, Drehimpuls

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1. Mechanik (3) 1.3 Kräfte verschiedene Arten von Kräften mit ihren Konstanten, z.B. Federkraft, Gewichtskraft, Reibung, ... mit Federkonstante, Erdbeschleunigung, ... verwendet für 2. Newtonsches Gesetz und Kräftegleichgewicht

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1. Mechanik (4) 1.4 Erhaltungssätze Arbeit und Energie: Hubarbeit, Verformungsarbeit, Beschleunigungsarbeit, G Weg-Integral konservative Kräfte Energie-Arten entsprechend den Arbeitsdefinitionen Leistung Impuls und Drehimpuls: Stoß, Kupplungs-Aufgabe

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2. Wärme Definitionen Druck absolute Temperatur (Ideale Gasgleichung)

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4. Schwingungen DGL für unterschiedliche Pendel Freie ungedämpfte Schwingung: Kreisfrequenz, Frequenz, Schwingungsdauer Gedämpfte Schwingungen: Frequenz, Abklingkoeffizient, Aperiodischer Grenzfall, G Erzwungene Schwingungen: Resonanz, Frequenz, G

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5. Wellen Wellenlänge, Phasengeschwindigkeit, Wellenzahl, Longitudinal-, Transversalwellen Intensität, Intensitätspegel, dB, ... Signalausbreitung: DGL, Wellenpakete, Dispersion Reflexion und Brechung: siehe Optik Beugung: Spalt, Formel für Minima und Maxima, Stehende Wellen: Schwingungs-Knoten und -Bäuche (Länge = Lambda/2), Oberwellen Akustik

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6. Optik (1) 6.1 Geometrische Optik Hohlspiegel: Abbildung, Brennweite, Vorzeichen-Konvention, Hauptstrahlen Brechung: Brechungsgesetz, Totalreflexion, Planparallele Platte, Prisma Linsen: Brennweite, Linsenschleiferformel, Abb.-Gleichung, Brechkraft, Abb.-Maßstab Optische Instrumente: Lupe, Mikroskop, Fernrohr Formeln für Winkelvergrößerung, Sehwinkel, ...

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Aufgaben (Bereich Geom. Optik) Linsen-Abbildung + Vorzeichenkonvention Brennweite aus Krümmungsradien und Brechungsindex für unterschiedliche Linsentypen, speziell eine Seite plan (r = oo) Bildweite aus Abbildungsgleichung

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6. Optik (2) 6.2 Wellenoptik Interferenz an dünnen Schichten: z.B. senkrechter Einfall, oben/unten, Seifenlamelle, G Optisches Gitter / Doppelspalt / Einfachspalt: Formel für Minima / Maxima Stehende Wellen Polarisiertes Licht: Brewster Winkel, ...

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6. Optik (3) 6.3 Quantenoptik Wärmestrahlung: Wiensches Verschiebungsgesetz, Stefan-Boltzmann-Gesetz (Absolute Temperatur) Photoeffekt: Energie eines Photons, Austrittsarbeit Comptoneffekt: Impuls eines Photons, Wellenlängen-Änderung Materiewellen: Frequenz und Wellenlänge eines massiven Teilchens Heisenbergsche Unschärferelation

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Aufgaben (Bereich Quantenoptik) Wärmestrahlung: Wiensches Verschiebungsgesetz, Stefan-Boltzmann Fotoeffekt: Bestimmung der Austrittsarbeit Comptoneffekt: Wellenlängenänderung, Impuls eines Photons Heisenbergsche Unschärferelation: Wellenlänge eines massiven Teilchens (Materiewellen)

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Begriffe - Themengebiete Orts-Funktion, Geschwindigkeit, Beschleunigung Drehwinkel, Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschl. Masse (massives Teilchen), Dichte, Kraft, Impuls / Trägheitsmoment, Drehmoment, Hebelarm, Drehimpuls Arbeit, Energie, Leistung Temperatur, Druck (Vielteilchen-System) Schwingungsdauer, Frequenz, Resonanz, Aperiodischer GF Wellenlänge, Wellenzahl, Phasengeschw., Intensität, Pegel Reflexion, Brechung, Beugung, Dispersion, Maxima Wärmestrahlung, Impuls von Photonen, Wellenlänge von massiven Teilchen

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Formel-Quiz (eine 4.0 in 5 Minuten) a = dv/dt, r = ∫ v dt p=mv

F=ma

E = ∫ v dr

ω=2πf =2π/T JQuader = 1/12 m

c=λf

FF = k x

P=E/t ωFP = √ k / m

(a2+b2);

1/f = (n-1) (1/r1 – 1/r2)

Fg = m g

Ja = J + m

ωPhysP = √ a m g / Ja a2

1/f = (1/b – 1/g)

a sin( δ ) = m λ

tan( δ ) = d / D

λ=L/2 I=P/A

λmax = b / T E=hf

LI = 10 log( I / I0 )

AKugel = 4 π r2

E(T) = σ T4 = P / A,

T = Tc + 273°

p=h/λ

Hintergrund (auch für den Job): Problem erkennen

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