Grundwissen Physik am bayerischen Gymnasium (G8)

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Grundwissen Physik – Jahrgangsstufe 7 Definitionen und Regeln Beispiele Der elektrische Strom In einem (metallischen) elektrischen Leiter gibt es frei bewegliche, nicht fest an ein Atom gebundene Elektronen (ungefähr ein bis zwei Elektronen pro Atom). Diese frei beweglichen Elektronen schwirren wie ein Mückenschwarm in ungeordneten Bewegungen zwischen den positiven Atomrümpfen hindurch. Eine elektrische Stromquelle (Batterie, Steckdose) besitzt einen Plus- und einen Minuspol. Am Pluspol herrscht Elektronenmangel, d.h. er ist positiv geladen. Am Minuspol herrscht Elektronenüberschuss, d.h. er ist negativ geladen. Verbindet man den Plus- und den Minuspol einer Stromquelle mit einem Leiter, dann zieht der Pluspol die Leiterelektronen an und der Minuspol stößt sie ab, die Leiterelektronen bewegen sich also vom Minus- zum Pluspol (wie ein Mückenschwarm, der sich von einer Straßenlaterne zur nächsten bewegt). Elektronen fließen am Minuspol in den Leiter hinein und am Pluspol wieder in die Stromquelle zurück. Die Stromquelle wirkt also wie eine Elektronenpunpe. Fließende elektrische Ladung bezeichnet man als elektrischen Strom. Ein Stromkreis besteht aus einer Stromquelle, den Leitungen und einem Verbraucher (z.B. einer Glühbirne). Die Richtung des elektrischen Stromes ist so definiert, dass ein positiver Strom außerhalb der Stromquelle vom Pluspol zum Minuspol fließt. Mechanik Minuspol Definitionen und Regeln Beispiele Die Geschwindigkeit Ein Auto bewegt sich entlang der x-Achse. Zur Zeit t1 befindet es sich am Ort x1, zur Zeit t2 am Ort x2. Die Zeitspanne zwischen t1 und t2 ist ∆t = t2 − t1, die Länge des Weges zwischen x1 und x2 ist ∆x = x2 − x1. Die Geschwindigkeit des Autos ist dann Geschwindigkeit = v = ∆x ∆t = x2 − x1 t2 − t1 1 m s zurückgelegter Weg dazu benötigte Zeit = 3,6 km h 4 0 Leitung t1 Schalter x1 v Stromquelle Stromrichtung Stromquelle ∆t = t2 − t1 ∆x = x2 − x1 Glühbirne t2 x2 v Pluspol PKW auf der Autobahn: Um 13:07:22 bei der km- Marke 27, um 13:17:37 bei der km-Marke 47,5. ∆t = 10min 15s = 10,25min = 615s ∆x = 20,5km = 20500m v = 20,5km km km = 2 = 120 10,25min min h = = 20500m 630s = 33,3 m s x
Grundwissen Physik – Jahrgangsstufe 7 Definitionen und Regeln Beispiele Startet ein Körper zur Zeit t0 = 0 am Ort x0 mit konstanter Geschwindigkeit v und ist er zur Zeit t am Ort x(t), dann ist ∆x = x(t) − x0 und ∆t = t − t0 = t v = ∆x x(t) − x0 = ∆t t Für die Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit gilt also: x(t) = x0 + vt In der Zeit ∆t bewegt sich ein Körper mit der konstanten Geschwindigkeit v um die Strecke ∆x = v · ∆t. Nebenstehendem tv-Diagramm entnimmt man: Weg = Fläche unter dem tv-Diagramm. Die Beschleunigung Ein Auto bewegt sich entlang der x-Achse. Zur Zeit t1 ist seine Geschwindigkeit v1, zur Zeit t2 beträgt sie v2. Die Geschwindigkeitsänderung in der Zeitspanne ∆t = t2 −t1 ist ∆v = v2 −v1. Die Beschleunigung des Autos ist dann a = ∆v ∆t = v2 − v1 t2 − t1 Beschleunigung = Geschwindigkeitsänderung dazu benötigte Zeit Startet ein Körper zur Zeit t0 = 0 mit der Geschwindigkeit v0 mit konstanter Beschleunigung a und hat er zur Zeit t die Geschwindigkeit v(t), dann ist ∆v = v(t) − v0 und ∆t = t − t0 = t a = ∆v v(t) − v0 = ∆t t Für die Bewegung mit konstanter Beschleunigung gilt also: v(t) = v0 + at Startet ein Körper zur Zeit null mit x0 = x(0) = 0 und v0 = v(0) = 0, dann gilt v(t) = at: x(t) = ∆x = 1 1 · t · v = 2 2 at2 x(t) = 1 2 at2 5 tx-Diagramm mit konstanter Geschwindigkeit: x x(t) x0 ∆x t t tv-Diagramm mit konstanter Geschwindigkeit: t1 v v v1 ∆x t1 ∆t 0 x1 x2 x Ein Auto beschleunigt in 10 s von null auf 108 km h . v v(t) v0 v v ∆v = 108 km h a = ∆v ∆t = 30 m s 10s ∆x t2 v t2 t − 0 = 30 m s = 3,0 m s 2 ∆v t t v = at t t v2
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