Physik - neue und gute Antworten

Wikipedia hilft:

"Die Suprasolidität ist ein quantenmechanischer Zustand der Materie, der gleichzeitig sowohl Eigenschaften fester als auch suprafluider Körper zeigt. [...] In diesem Experiment bewegte sich 4He bei Abkühlung auf unterhalb von etwa 200 mK nicht mehr wie ein klassischer Feststoff, sondern zeigte eine Rotationsanomalie, welche mit der des suprafluiden 4He vergleichbar ist.[3][4] Paradoxerweise ist mit dem teilweisen Übergang in den suprafluiden Zustand eine Zunahme der Steifigkeit der Materie verbunden."

[Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Suprasolidit%C3%A4t]

Und Eigenschaften von suprafluiden Körpern:

"Zustand einer Flüssigkeit, bei dem sie jede innere Reibung verliert. Zudem besitzen suprafluide Stoffe keine Entropie und eine unendlich hohe Wärmeleitfähigkeit; es ist also nicht möglich, innerhalb eines suprafluiden Stoffes einen Wärmegradienten zu erzeugen."

[Quelle: de.wikipedia.org/wiki/Suprafluid]

Das sind doch schon ein paar Unterschiede...

Wäre nicht wenigstens ein Satz bzw. eine Frage dringewesen?

http://www.leifiphysik.de/web_ph08_g8/umwelt_technik/08brennstoffz/prinzip.htm

Das heißt Gewichtskraft....

Also der Würfel hat eine gewisse Gewichtskraft. Wird er ins Wasser eingetaucht, wirkt entgegengesetzt (nach oben) die Auftriebskraft. Wenn man nun also den Würfel an einen Kraftmesser hängt, dann misst man nur die Differenz aus Auftriebs- und Gewichtskraft, also:

F(gemessen) = FG - FA

Für die Gewichtskraft eines Objektes gilt: FG = m * g

Für die Auftriebskraft gilt: FA = ρ * V * g

Dabei ist m die Masse des Würfels, g die Erdbeschleunigung (g = 9,81 m/s²), ρ die Dichte des Wassers und V das verdrängte Volumen an Wasser.

Der ist vollständig eingetaucht, also verdrängt er genau so viel Volumen an Wasser wie er selbst an Volumen hat. Daher ist V auch das Volumen des Würfels. Und weil wir das wissen wollen und seine Dichte kennen, können wir seine Masse ersetzen durch m = ρ * V, also ist seine Gewichtskraft:

FG = ρ(Würfel) * V * g

und seine Auftriebskraft

FA = ρ(Wasser) * V * g

Die gemessene Kraft ist also:

F(gemessen) = FG - FA

= ρ(Würfel) * V * g - ρ(Wasser) * V * g

= V * g * [ρ(Würfel) - ρ(Wasser)]

Und das können wir nach V auflösen und erhalten:

V = F(gemessen) / (g * [ρ(Würfel) - ρ(Wasser)])

= 38.2 N / (9,81 m/s² * [1816 kg/m³ - 1000 kg/m³])

= 4,772 * 10^(-3) m³ = 4,772 l

Dabei gilt für die Einheiten:

1 N = 1 kgm/s², also: 1N / (1kg/m²s²) = 1kgm/s² / (1kg/m²s²) = 1 kgm/s² * 1 m²s²/kg = m³

und

1 m³ = 1000 dm³ = 1000 l

p(h) = ρ * g * h

Die Wassersäule erzeugt einen Druck von

pW = ρW * g * hW

auf die Oberfläche des Quecksilbers und das drückt dann noch zusätzlich mit seinem Druck

pQ = ρQ * g * hQ

auf den Boden, also insgesamt ist der Druck auf den Boden:

p = pW + pQ

= ρW * g * hW + ρQ * g * hQ

= g * (ρW * hW + ρQ * hQ)

= 9,81 m/s² * (1000 kg/m³ * 0,131 m + 13600 kg/m³ * 0,351 m)

= 48114,126 kg/ms² = 48114,126 Pa = 481,14126 hPa = 481,14126 mbar = 0,481 bar

Denn 1 kg/(m * s²) = 1 Pa (Pascal) und 100 Pa = 1 hPa (Hektopascal) = 1 mbar (Millibar)

Und 1 bar sind 1000 mbar. Sind n paar Zwischenschritte, die man sich sparen könnte, aber so hab ich es im Kopf. Du kannst dir auch merken: 1 bar = 100.000 Pa

Vernachlässigt habe ich hier den Umgebungsdruck, also den Luftdruck, der noch auf dem Wasser lastet oder auch nicht, je nachdem, ob das Gefäß offen ist. Den müsstest du eventuell noch draufaddieren. Atmosphärendruck ist in Bodennähe (Meereshöhe) ca. 1 bar (oder 1,01325 bar). Dann wären es mit Luftdruck also 1,494 bar.

p = Druck

ρ = Dichte (rho)

g = Erdbeschleunigung = 9,81 m/s²

h = Höhe

Ein paar Beispiele(die fettgedruckten sind ganz gut für den Physikunterricht geeignet, kann man ganz nett aufbauen, der Rest beinhaltet auch ein bisschen Geschichte, Politik und sowas, was man so am Rande mit einfließen lassen kann, weil der Mond da schon eine große Rolle spielt/spielte):

• Was ist überhaupt ein Mond? Was für ein Himmelskörper ist unser Erdmond? (Astronomisches)

• Ein paar Fakten (Größe, Gewicht etc. im Vergleich zur Erde, am besten mit Bällen oder so im gleichen Verhältnis, damit man sich das gut vorstellen kann, Oberfläche, Temperatur....)

• Entstehungstheorien

• Wie der Mond uns beeinflusst (tatsächliche Einflüsse, zB Gravitation -> Ebbe, Flut;Angebliche Einflüsse, zB Schlafstörungen und so weiter bei Vollmond, Aberglaube im Zusammenhang mit dem Mond.........)

• Gravitation auf dem Mond (warum ist die nur 1/6 der Gravitationskraft auf der Erde? Kann man ganz leicht herleiten)

• Mondlandung, Herausforderungen dabei (Raumfahrt, Strahlung, ....)

• Aktuelle Forschung im Zusammenhang mit dem Mond (Was untersucht man da, welche Projekte gibt es, warum sind die sinnvoll?)

• Ausblick in die Zukunft: dauerhafte Mondstation? Hinweise auf außerirdisches Leben? Wem gehört der Mond? Tourismus zum Mond?

Ein Hohlspiegel ist einfach ein gekrümmter Spiegel, zB ein Stück einer Kugel, in den das Licht reinstrahlt sozusagen. Dann wird es reflektiert, je nach dortiger Krümmung bzw. Auftreffwinkel unter verschiedenen Winkeln, und wird dadurch im Brennpunkt gesammelt. Guck dir zB mal das Applet hier an, dann siehst du es ganz gut.

http://www.leifiphysik.de/web_ph09/simulationen/12optischbank/optikbank/hohlspie...

Genutzt wird das sehr viel! Parabolantennen sind zum Beispiel auch Hohlspiegel, nur eben eventuell für andere Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Hier ist die Form des Spiegels keine Kugel, sondern eine Parabel und dieser Spiegel sammelt die Signale in einem Punkt, in dem dann der Empfänger sitzt. Eine Parabel ist einfach besser, um die Strahlen wirklich alle auf einen Punkt zu reflektieren, bei sphärischen Spiegeln gibt es da Fehler. Hast du bestimmt schonmal für Fernsehantennen gesehen, das sind diese runden Dinger auf den Dächern für Satellitenempfang. Mit den Dingern werden aber auch zB Funkwellen gesendet oder das Licht bei Scheinwerfern halbwegs parallel gemacht, auch das wäre ein Sender. Anwendungen gibt es jede Menge.

Vielleicht bringt es dir ja auch jetzt noch was...

1.) a) Siehe angehängtes Bild 1. Das ist eine Skizze, die ziemlich übertrieben große Winkel hat, damit man es besser erkennt. Also NICHT MAßSTABSGETREU!

In den Umkehrpunkten (A) hat das Pendel nur die potentielle Energie, weil da die Geschwindigkeit 0 ist und damit auch die kinetische Energie (denn Ekin = 1/2 * m * v²). Die Höhe und damit die potentielle Energie sind maximal in diesem Punkt.

In der Ruhelage (B) hat es nur kinetische Energie, weil die Höhe dort null ist (wenn man das Koordinatensystem so festlegt) und damit die potentielle Energie auch null (denn Epot = m * g * h). Die Geschwindigkeit und damit auch die kin. Energie ist maximal in diesem Punkt.

Kreisdiagramm und eintragen? Nimm den Kreis, den ich blau gestrichelt gemacht hab. In A und B kennst du ja jetzt die Energieformen, dazwischen ist jeweils potentielle und kinetische Energie vorhanden. Bei der Aufwärtsbewegung wird Ekin immer kleiner und Epot immer größer und bei der Abwärtsbewegung andersrum. Ekin + Epot bleibt immer gleich!

b) In den Umkehrpunkten erreicht es eine Höhe von 40 cm, also ist die maximale potentielle Energie Epot(max) = m * g * h(max) = 3,6 kg * 9,81 m/s² * 0,4 m = 14,1264 J. Das ist gleich der Gesamtenergie, weil die sich ja beim ganzen Vorgang nicht ändern darf und in diesem Punkt keine andere vorliegt. Genauso ist es auch in der Ruhelage, da ist Ekin maximal und sonst nix. Also gilt auch:

E(gesamt) = Epot(max) = Ekin(max)

m * g * h(max) = 1/2 * m * v(max)²................................I : m

g * h(max) = 1/2 * v(max)²..........................I * 2

2 * g * h(max) = v(max)²..............................I Wurzel

v(max)1 = Wurzel(2 * g * h(max)) = Wurzel (2 * 9,81 m/s² * 0,4 m) = 2,8 m/s

v(max)2 = - Wurzel (2 * g * h(max) = ... = -2,8 m/s

Auf dem Hin- und Rückweg ist es ohne Dämpfung und Reibung natürlich gleich schnell, das Minus sagt nur aus, dass es einmal in die entgegengesetzte Richtung geht.

c) p = m * v

= 3,6 kg * 2,5 m/s = 9 Ns

m = Masse

g = Erdbeschleunigung = 9,81 m/s²

h = Höhe

v = Geschwindigkeit

Ekin = kinetische Energie

Epot = potentielle Energie

p = Impuls

Einheiten: 1kgm²/s² = 1 J und 1 kgm/s² = 1 N

2.)

a) U = R * I und P = U * I

Reihenschaltung, also haben beide dieselbe Stromstärke I, aber unterschiedliche Spannungen U und Widerstände R und es gilt: I = U1/R1 = U2/R2 Außerdem U1 + U2 = U = 230 V.

U1/R1 = U2/R2...................I * I

U1 * I/R1 = U2 * I/R2........................I U * I ist P

P1/R1 = P2/R2.........................................I * R1 und : P2

P1/P2 = R1/R2

=> R1/R2 = P1/P2 = 25W/100W = 0,25

Jetzt kennen wir schonmal das Verhältnis der Widerstände. Außerdem wissen wir ja noch, dass U1 + U2 = 230V, also:

U1/R1 = U2/R2...........I * R1 und : U2

U1/U2 = R1/R2 ............................I R1/R2 ersetzen durch das Ergebnis von oben

U1/U2 = 0,25

U1/U2 = 0,25.........................I U1 = 230V-U2

(230V - U2)/U2 = 0,25

230V - U2 = 0,25 * U2

230 V = 1,25 * U2

184 V = U2

=> U1 = 46 V

P = U * I, und I = U/R also:

P1 = U1²/R1 => R1 = U1²/P1 = 84,64 Ω

P2 = U2²/R2 => R2 = U2²/P2 = 338,56 Ω

b) Reihenschaltung: R(gesamt) = R1 + R2 = 84,64 Ω + 338,56 Ω = 423,2 Ω

c) I = U1/R1 = U2/R2 = 46V/(84,64Ω) = 184 V/(338,56Ω) = 0,543 A

U = Spannung

I = Stromstärke

R = Widerstand

P = Leistung

Einheiten: 1 W = 1 V * 1 A und 1 Ω = 1V/1A

3.) R1 = R2 = 60 Ω, U1 = U2 = U(gesamt) = 12 V

a) Siehe Bild 2

b) (I) Schalter 1 geschlossen und Schalter 2 offen:

Dann ist der Stromkreis links geschlossen und der rechts offen, da kann nix fließen, also geht der gesamte Strom nur durch Lampe 1, also:

I = U/R1 = 12V/(60Ω) = 0,2 A

(II) Ist genau dasselbe, nur andersrum, also:

I = U/R2 = 12V/(60Ω) = 0,2 A

(III) Da kann durch beide Lampen Strom fließen, also muss er sich aufteilen und das macht er nach Widerständen, bei Parallelschaltung:

I1/I2 = R2/R1

In diesem Fall ist das recht simpel, weil die beiden Widerstände ja eh gleich groß sind, also ist R1/R2 = R2/R1 = 1 und damit muss auch gelten:

I1/I2 = 1, also I1 = I2

Beide Ströme müssen also gleich groß sein. Außerdem gilt ja:

I(gesamt) = U(gesamt)/R(gesamt)

Der Gesamtwiderstand bei einer Parallelschaltung ist:

R(gesamt) = 1/ [ 1/R1 + 1/R2] = 1/ [ 1/R + 1/R] = 1/[ 2/R] = R/2 = 30 Ω, da in diesem Fall R1 = R2 = R ist.

Also:

I (gesamt) = U(gesamt) / R(gesamt) = 12V/(30Ω) = 0,4 A

Und damit gilt für die beiden Lampen:

I1 = I2 = I(gesamt)/2 = 0,2 A

c) Hab ich eben schon gemacht.

Auch wenn es schon zu spät ist:

Δ l = α * l * ΔT

Also das, was dazukommt an Länge ist Längenausdehnungskoeffizient * Ursprungslänge * Temperaturdifferenz.

2 * l * ΔT wäre ein bisschen viel. ^^ Und dann hättest du auch den Längenausdehnungskoeffizienten gar nicht mit drin, das wäre n bisschen blöd.

Grob gesagt:

Beim Dotieren bringst du Fremdatome in das Wirtsgitter von Halbleitern ein, um die Leitfähigkeit zu erhöhen bzw. gezielt zu beeinflussen.

Du hast zum Beispiel Silicium. Das besteht aus einer Gitterstruktur, in der jedes Atom vier Valenzelektronen hat, die sich jeweils mit einem Valenzelektron eines Nachbarn zusammentun.

Bringst du da nun ein Element der 5. Hauptgruppe des Periodensystems ein, dann hat das an der Stelle ein Elektron zu viel, dort ist dann also ein Elektron übrig. Das ist dann n-dotiert (negativ) und heißt "Donator" (von donare - geben), weil es ein Elektron mehr abgeben kann bzw. ein Elektron mehr hat, dass bei Stromfluss fließen kann.

Bringst du stattdessen ein Element der 3. Hauptgruppe in das Gitter ein, dann bleibt eine Stelle unbesetzt, weil diese Elemente ein Valenzelektron weniger haben. Dort ist also ein "Loch", da fehlt ein Elektron. Das ist dann p-Dotierung (positiv, weil ein Elektron, also eine negative Ladung weniger) und das Element ist dann der "Akzeptor" (acceptare oder so: annehmen). Das kann an dieser Stelle also ein Elektron aufnehmen, das dann nebenan wieder fehlt und so weiter. So können die Elektronen weiterwandern bzw. die Löcher auch. Nur wandern die Löcher nicht aktiv, sondern werden eben gefüllt und dann ist daneben ein Loch. Der Löcherstrom ist also dem Elektronenstrom entgegengesetzt.

An besten machst du dir das an einem Bild klar, wenn du es noch nicht ganz verstanden hast. Ich hab mal ein gutes angehängt. Das schwarze ist das Silicium-Gitter (Si, 4. Hauptgruppe, das blaue Phosphor (P, 5. Hauptgruppe) und das rote Bor (B, 3. Hauptgruppe).

Beachte aber, dass man da nicht unendlich viele Fremdatome einbringen kann. Das sind nur ganz wenige in dem Gitter. Mehr "passt" dann irgendwann nicht mehr, weil das Gitter ja dadurch auch verzerrt wird. Je nach Dotierung kann man die Leitfähigkeit dann beeinflussen. Das geht ebenso auch mit anderen Elementen, nicht nur mit Silizium. Aber Silizium wird in der Elektronik und zB bei Solarzellen sehr oft eingesetzt und ist deshalb das Standardbeispiel. ^^

Außerdem kannst du die beiden Schichten (p-dotierte und n-dotierte) dann auch zusammenbringen und hast dann einen pn-Übergang und so weiter, das lernt ihr wahrscheinlich noch. Damit werden jede Menge Halbleiter-Bauelemente wie Dioden, Transistoren, Operationsverstärker und son Kram ermöglicht. Und dadurch wiederum Anwendungen wie zB Sensoren oder LEDs. Halbleiterlaser gibt es auch.

Selbstverständlich gilt der Dopplereffekt auch bei Licht genauso wie bei Schall. Die geläufigste Anwendung liegt bei der Rotverschiebung (s. dazu Wiki) in der astronomischen Messung radialer Entfernungsgeschwindigkeiten.