Kinematik und Dynamik
Physikalische Größen und Einheiten
Was eine physikalische Größe und eine Einheit sind, das SI-System, Vorsätze von Mikro bis Giga, Zehnerpotenzen und das Umrechnen von Einheiten einschließlich km/h in m/s. Mit Rechner.
Skalare und vektorielle Größen
Worin sich ein Skalar von einem Vektor unterscheidet, wie man Vektoren addiert und mit einer Zahl multipliziert und wie man sie mithilfe von Sinus, Kosinus und dem Satz des Pythagoras in Komponenten zerlegt.
Bewegung und Ruhe
Warum Bewegung und Ruhe relativ sind, was ein Bezugssystem, ein Massenpunkt und eine Bahn sind, worin der Unterschied zwischen Weg und Verschiebung besteht und wie man Bewegungen einteilt.
Geschwindigkeit
Was Geschwindigkeit ist und wie man sie berechnet, Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit, warum 60 hin und 40 km/h zurück keinen Durchschnitt von 50 ergeben und warum die Geschwindigkeit ein Vektor ist. Mit Rechner.
Gleichförmige Bewegung
Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Geraden: die Formeln s = v·t und s = s₀ + v·t, warum der Weg-Zeit-Graph eine Gerade ist, deren Steigung die Geschwindigkeit ist, und wie man den Weg aus dem Geschwindigkeitsgraphen abliest.
Aufgaben zur Kinematik und Dynamik lösen
Das Vorgehen bei Physikaufgaben Schritt für Schritt: Angaben notieren, Einheiten umrechnen, Skizze, allgemeine Lösung, Einheitenkontrolle, Abschätzung des Ergebnisses und typische Fehler.
Bewegungsaufgaben
Wie man Textaufgaben zur Bewegung löst: zwei Autos aufeinander zu, Einholen, ein Zug im Tunnel und ein Schiff mit und gegen die Strömung. Lösung durch eine Gleichung und durch den Schnittpunkt der Graphen.
Beschleunigung
Was Beschleunigung ist und warum sie in m/s² gemessen wird. Die Formel a = Δv/Δt, Beschleunigen und Bremsen, Beschleunigung in der Kurve am Beispiel eines Kreisverkehrs und g-Kraft in Vielfachen von g.
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung
Bewegung mit konstanter Beschleunigung: die Formeln v = v₀ + at und s = v₀t + ½at² aus der Fläche unter dem Geschwindigkeitsgraphen, der Weg-Zeit-Graph als Parabel und die Beziehung v² = v₀² + 2as.
Bremsen und Bremsweg
Wo das Auto zum Stehen kommt: Reaktionsweg, Bremsweg und Anhalteweg. Warum doppelte Geschwindigkeit einen viermal so langen Bremsweg bedeutet. Mit Rechner.
Freier Fall
Warum Hammer und Feder auf dem Mond gleich schnell fallen. Der freie Fall mit der Beschleunigung g, Formeln für Geschwindigkeit und Höhe, Brunnen, Sprung vom Turm und Rechner.
Überlagerung von Bewegungen
Wie sich Bewegungen überlagern: Gehen auf der Rolltreppe, ein von der Strömung abgetriebenes Boot und schräger Regen aus dem Auto. Das Unabhängigkeitsprinzip der Bewegungen und Rechnungen Schritt für Schritt.
Gleichförmige Kreisbewegung
Wie man eine Kreisbewegung beschreibt: Umlaufdauer und Frequenz, Winkel im Bogenmaß, Winkelgeschwindigkeit und die Beziehung v = ωr. Warum der Rand eines Karussells schneller fährt als die Stellen nahe der Mitte.
Zentripetalbeschleunigung
Warum ein Körper auf der Kreisbahn beschleunigt, obwohl er gleich schnell bleibt. Die Formel a = v²/r = ω²r, ihre Herleitung aus einem Bild und Beispiele mit Kurve, Erde und Waschmaschine.
Kraft
Was eine Kraft ist, wie groß ein Newton ist und wie man Kräfte zusammensetzt und zerlegt. Resultierende, Kräftegleichgewicht und warum sich ein Seil mit Lampe nicht gerade spannen lässt.
Erstes newtonsches Gesetz
Das Trägheitsgesetz: warum ein Körper ohne resultierende Kraft ruht oder sich gleichförmig geradlinig bewegt. Bus, Tischtuch unter dem Geschirr, Sicherheitsgurte und das Inertialsystem.
Zweites newtonsches Gesetz
Die Grundgleichung der Mechanik F = m · a: wie man die Beschleunigung aus Kraft und Masse berechnet und umgekehrt. Die Masse als Maß der Trägheit, die Definition des Newtons und warum schwere und leichte Körper gleich schnell fallen.
Drittes newtonsches Gesetz
Das Wechselwirkungsprinzip: warum Kräfte immer paarweise an zwei verschiedenen Körpern entstehen. Das Paradoxon von Pferd und Wagen, Gehen, Schwimmen, Rakete und ein Buch auf dem Tisch.
Gewichtskraft und scheinbare Gewichtskraft
Der Unterschied zwischen Masse und scheinbarer Gewichtskraft, die Gewichtskraft und ihre Formel, was die Badezimmerwaage anzeigt, die Normalkraft und warum wir in einem nach oben anfahrenden Aufzug schwerer sind.
Impuls und Kraftstoß
Was der Impuls p = m · v und der Kraftstoß F · Δt sind. Warum Airbag, Weichbodenmatte und nachgebende Hände die Aufprallkraft verkleinern und wie man das zweite newtonsche Gesetz mit dem Impuls schreibt.
Impulserhaltungssatz
Warum sich der Gesamtimpuls eines abgeschlossenen Systems nicht ändert. Herleitung aus dem dritten newtonschen Gesetz, Rückstoß eines Gewehrs, Eisläuferinnen, Zusammenstoß von Waggons und Rakete.
Reibung
Haft- und Gleitreibung, die Formel für die Reibungskraft und eine Tabelle der Reibungszahlen. Warum sich ein Schrank schwer in Bewegung setzen lässt, wozu Räder gut sind und woher die Verzögerung beim Bremsen kommt.
Schiefe Ebene
Wie man die Gewichtskraft auf der schiefen Ebene zerlegt, wie stark ein Schlitten am Hang mit und ohne Reibung beschleunigt wird und wann ein Körper liegen bleibt. Eine Beispielaufgabe Schritt für Schritt.
Zentripetalkraft
Was einen Körper auf der Kreisbahn hält und mit welcher Kraft. Die Formel F = mv²/r, ein Stein an der Schnur, ein Auto in der Kurve, die größte Geschwindigkeit je nach Untergrund und überhöhte Kurven.
Trägheitskräfte
Was Trägheitskraft und Zentrifugalkraft sind, warum nur der sie spürt, der mitfährt, und warum die Beschreibung von außen und von innen dasselbe Ergebnis liefert. Zug, Aufzug und Karussell.
Aufgaben zur Kinematik mit Lösungen
Dreizehn Aufgaben zur Kinematik Schritt für Schritt gelöst: Weg und Verschiebung, Durchschnittsgeschwindigkeit, Beschleunigung, Bremsweg, freier Fall, Kreisbewegung und Ablesen aus dem Graphen.
Aufgaben zur Dynamik mit Lösungen
Dreizehn Aufgaben zur Dynamik Schritt für Schritt gelöst: Kräfteaddition, newtonsche Gesetze, Aufzug, Impuls und Stöße, Reibung, schiefe Ebene, Kurvenfahrt und Trägheitskraft.
