Physik

Physik

Naturwissenschaftliche Erkenntnisse beeinflussen seit der Antike die Entwicklung der Kultur in Europa und spätestens seit dem 20. Jahrhundert die Kultur der gesamten Menschheit.

Physik prägte durch ihre Erkenntnisse und ihre Methodik andere Naturwissenschaften und löste vor allem im Bereich der Philosophie mehrmals geisteswissenschaftliche Umwälzungen aus.

Mit dem Erfolg der Physik ist das Wirken Galileo Galileis verbunden: Neben seiner innovativen, streng mathematischen Vorgehensweise prägte er vor allem die Rolle des Experimentes in der Physik als notwendige empirische Überprüfung physikalischer Theorien. Seither unterscheidet sich die Physik von anderen Welterklärungsansätzen durch den konsequenten Anspruch auf die prinzipielle Überprüfbarkeit des Wissens durch das Experiment. Dieser Ansatz spiegelt sich in den Denk- und Arbeitsweisen der Physik wider, die gemeinsam mit den physikalischen Inhalten unverzichtbarer Bestandteil eines naturwissenschaftlichen Unterrichts sind.

Die Physik bildet nicht nur die Grundlage für technische und medizinische Entwicklungen, sondern prägt in vielerlei Hinsicht unser Leben in einer hochtechnisierten Gesellschaft. Technische Entwicklungen bergen aber neben Chancen auch Risiken mit teilweise weitreichenden Folgen für Umwelt, Gesellschaft und Frieden. Es gilt, diese zu erkennen und zu bewerten. Physikalische Bildung ermöglicht dem Individuum eine aktive Teilhabe an gesellschaftlicher Kommunikation und Meinungsbildung über technische Entwicklung und naturwissenschaftliche Forschung und ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil der Allgemeinbildung in einer naturwissenschaftlich-technisch geprägten Welt.

Videos

Gedankenexperiment Schrödingers Katze
Der Österreicher Erwin Schrödinger war einer der Vorreiter der Quantenphysik. Am bekanntesten ist er für ein Experiment, das er zum Glück nie durchgeführt hat: Schrödingers Katze - ein Gedankenexperiment.
Wie arbeitet eine Fusionsanlage?
Energie aus der Verschmelzung zweier Atomkerne zu gewinnen, ist ein lang gehegter Traum der Wissenschaft. Forscher in Greifswald sind ihm einen großen Schritt nähergekommen. Die benötigten Rohstoffe finden sich in Wasser und Gestein.
De-Broglie-Wellenlänge
Hier lernst du de-Broglie-Wellenlänge (Materiewellenlänge) kennen, ihre Herleitung, ein Beispiel und wie die de-Broglie-Wellenlänge mit Spannung ausgedrückt werden kann.
Partielle Differentialgleichung lösen mit Separationsansatz (Produktansatz)
Lerne, wie man partielle Differentialgleichungen (DGL) mit Separation der Variablen (Produktansatz) löst. Hier machen wir ein Beispiel mit der eindimensionalen Wellengleichung.
Lineare DGL 2. Ordnung lösen mit Exponentialansatz
Lerne, wie mit dem Exponentialansatz, (in)homogene lineare Differentialgleichungen 2. Ordnung gelöst werden können.
Homogene DGL 1. Ordnung lösen mit Trennung der Variablen
Mit der Lösungsmethode "Trennung der Variablen" (auch Trennung der Veränderlichen genannt) kannst du homogene lineare Differentialgleichungen 1. Ordnung lösen.
Induktiver Blindwiderstand
Lerne, was ein induktiver Blindwiderstand (Reaktanz) ist und wie du diesen bei einer Spule (Induktivität) in einem Wechselstromkreis bestimmen kannst.
Einführungsvideo zum Versuch Elektrotonus/RC-Schaltungen (ET)
In diesem Versuch wird ein Teil der Signalübermittlung durch Nervenzellen an einem Modell simuliert und untersucht.
Einführungsvideo zum Versuch Ionenleitung (IL)
Wie leitest du? Fließen eines elektrischen Stromes, der auf der Wanderung von Ionen beruht (im Gegensatz zur Elektronenleitung).
Einführungsvideo zum Versuch Elektrische Potentiale/EKG
Ein wichtiger Grundbegriffder Elektrizit‹atslehre ist der des elektrischen Potentials bzw. der Potentialverteilung. Er ist Grundlage f‹ur die Erkl‹arung der Entstehung von Signalen in Elektrokardiogrammen (EKG) und Elektroenzephalogrammen (EEG).
Antriebseffekte beim Segeln
Beim Segeln werden zwei Antriebseffekte genutzt: Widerstand und Auftrieb in Kombination. Verantwortlich für die Bewegung sind Winddruck und Luftströmung.
Wie entsteht Wind?
Gerät Luft in Bewegung entsteht Wind. Verantwortlich dafür sind Temperaturunterschiede. Erwärmt sich Luft, steigt sie auf und kältere Luft strömt nach. Das ist der kühle Wind, den wir spüren. An den Küsten gibt es fast immer Wind.
Wie funktioniert ein Windrad?
Windräder nutzen die Energie des Windes und wandeln diese in Strom um. Dabei nutzen sie das physikalische Prinzip der Auftriebskraft.
Einfacher Stromkreis
Ein elektrischer Stromkreis ist ein System von Leitern, das einen geschlossenen Weg darstellt. Dabei umfasst der Begriff Leiter jedes Medium, das bewegliche Ladungsträger besitzt und somit zum Transport elektrischer Ladung fähig ist.
Mit der Kraft der Sonne
Erklärfilm zum Thema Kernfusion von Tom Laase am Mediencolleg in Rostock, 2. Lehrjahr Cross Media Redaktion, Jahrgang 2016
Der Heissluftballon und seine Erfindung
Die Geschichte des Heissluftballons. Erklärvideo aus der Ausbildung Mediengestalter Digital undf Print am Mediencolleg in Rostock, Jahrgang 2017
Farben sehen
Die Welt in allen Farben sehen - das ermöglichen spezialisierte Lichtsinneszellen der Netzhaut, die Zapfen. Es gibt drei verschiedene Arten, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge rezipieren. Doch die Buntheit der Welt schafft erst das Gehirn.
Lichtabsorption im Wasser
Wasser absorbiert Licht. Rotes Licht wird zuerst verschluckt, dann andere Teile des Lichtspektrums. Ab ungefähr einem Kilometer dringt kein Licht mehr in die Tiefe.
Welche Form hat das Universum?
Kann das Universum unendlich sein, und welche Form kann es haben? Ein Gedankenexperiment im zwei- und dreidimensionalen Raum.
Anwendungen Transformator
In diesem Video wird mit einem Transformator eine Hochspannung und damit ein Lichtbogen erzeugt. Außerdem wird mittels Transformator ein großer Strom erzeugt, mit dessen Hilfe Lötzinn geschmolzen und das Elektroschweißen / Punktschweißen demonstriert wird.
Das Ohmsche Gesetz
Hier lernst du, wie du das Ohmsche Gesetz in einem U-I-Diagramm erkennen kannst und wie du die dazugehörige URI-Formel anwenden kannst. Es werden drei Beispiele behandelt.
Stromübersetzung am Transformator
In diesem Video wird experimentell die Gleichung für die Stromübersetzung am Transformator verdeutlicht. Für verschiedene Windungszahlkombinationen werden Primär- und Sekundärstromstärke gemessen.
Transformator
In diesem Video wird der Aufbau eines Transformators und dessen Funktion erläutert. Ausgangspunkt ist eine "Blackbox" Situation zur leiterlosen Übertragung elektrischer Energie bzw. von elektrischem Strom.
Spannungsübersetzung am Transformator
In diesem Video wird experimentell die Gleichung für die Spannungsübersetzung am Transformator verdeutlicht. Für verschiedene Windungszahlkombinationen werden Primär- und Sekundärspannung gemessen.
Wirkung von Magneten
Die Wirkung von Dauermagneten auf verschiedene metallische Gegenstände sowie die Anziehung ungleichnamiger und die Abstoßung ungleichnamiger Pole wird demonstriert.
Induktion in einem Leiter
In diesem Video wird die Induktion einer Spannung in einem Leiter durch Relativbewegung eines Leiters bzw. Spule und einem Dauermagneten demonstriert.
Der Widerstand
Wie ist ein Widerstand aufgebaut? In welcher Einheit wird der Widerstandswert gemessen und wie kann der Wert gelesen werden?
Flying Classroom: Ein Kreisel auf der ISS
Alexander Gerst führt hier verschiedene Experimente mit einem rotierenden Kreisel durch. Das Besondere: Während sich die ISS um die Erde bewegt und dabei jeweils innerhalb eines 90-minütigen Orbits einmal um sich selbst dreht, steht der Kreisel stabil im Raum und macht diese Drehung nicht mit. Aus Sicht der Innenbord-Kamera führt das dazu, dass der Kreisel zu kippen scheint, während in Wirklichkeit die ISS langsam um die Erde „kippt“. Alexander Gerst demonstriert dies in einem spektakulären Versuch, der so wahrscheinlich noch nie auf der ISS durchgeführt wurde.
Flying Classroom: Kleine Teilchen und große Planeten
Alexander Gerst macht hier eine Art „Crash-Test“ – allerdings ganz harmlos mit Zuckerkörnchen. Was passiert, wenn sie zusammenstoßen? Dafür wird Zucker in einer Tüte kräftig geschüttelt – nicht gerührt ;-) Und Samantha Cristoforetti, die nach Alex zur ISS flog, führt das Experiment mit Schokolinsen fort. Ob die Crew die Süßigkeiten danach gegessen hat, wissen wir nicht. Die kleinen Demo-Versuche sind aber auf jeden Fall spannend: Sie haben sogar etwas damit zu tun, wie Planeten entstehen.
Flying Classroom: Das Rätsel der stabilen Achsen
Das Video zeigt, wie Alexander Gerst einen Tablet-PC um die verschiedenen Achsen rotieren lässt – mit einem überraschenden Effekt. Dieses Experiment könnt ihr zu Hause oder im Unterricht übrigens auch selbst mal durchführen: Werft vorsichtig ein Buch in die Höhe – und zwar in mehreren Durchgängen genauso, wie Alex das im Video macht.
Voyager 2 und die Größe des Sonnensystems
1977 trat die NASA-Raumsonde Voyager 2 ihre Reise zu den Planeten unseres Sonnensystems an. Doch die Sonde liefert auch jenseits der Planeten noch Hinweise über das Sonnensystem.
Wie funktioniert eine Lithium-Schwefel-Batterie?
Bei der Lithium-Schwefel-Batterie besteht die Kathode aus Kohle und Schwefel und die Anode aus Lithium-Metall. Im Betrieb wandern die Lithium-Ionen zur Kathode und reagieren dort mit dem Schwefel.
Wie funktioniert eine Lithium-Ionen-Batterie?
Eine Lithium-Ionen-Batterie ist aus einer Kathode, dem Plus-Pol und einer Anode, dem Minus-Pol aufgebaut. Die Trennschicht in der Mitte verhindert, dass es zu einem Kurzschluss kommt.
Erklärvideo Elektromagnet
Wie ein Elektromagnet aufgebaut ist und welche Eigenschaften er hat erfahrt ihr in diesem Video.
Lichtquellen
Lichtquellen - Wozu brauchen wir Licht überhaupt und wo kommt das Licht her? Das erfährst du in diesem Video
Wie funktioniert eine Feststoffbatterie?
Eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie braucht einen flüssigen Elektrolyten, der brennbar ist. Die Feststoffzelle soll hingegen ohne einen flüssigen Elektrolyten funktionieren. Das senkt die Brandgefahr. Statt der entflammbaren Flüssigkeit wird zum Beispiel ein Glas-Keramik-Material getestet, durch das sich die Lithium-Ionen auch bewegen können. Leistungsstark und brandsicher könnte das die Autobatterie der Zukunft werden.
Wie funktioniert autonomes Fahren?
Autonomes Fahren - darunter stellt man sich Autos vor, die vollkommen selbstständig fahren. Diese Fahrzeuge könnten den Insassen an einem Ort absetzen und dann eigenständig einen Parkplatz suchen. Dort stehen sie auf Abruf zur Verfügung bis sie wieder eine Person abholen. Bis so ein autonomes Fahrzeug beim Händler steht, bedarf es noch Entwicklungsarbeit. Man unterscheidet fünf Entwicklungsstufen: Stufe 1 Fahrerassistenz: Fast alle Fahrzeuge, die heute unterwegs sind, gehören mindestens zu Stufe 1. Sie haben Fahrassistenzsysteme wie ABS oder ESP, die zur Fahrsicherheit den Fahrer im Ernstfall in der Steuerung des Fahrzeugs unterstützen. Stufe 2 teilautomatisiert: Fahrassistenzsysteme übernehmen zunehmend mehr Lenk- und Bremsaufgaben. Der Fahrer muss hier permanent alles überwachen. Das Fahrzeug kann selbst lenken und bremsen. Stufe 3 abhängige Automatisierung: Ab jetzt übernimmt das Fahrzeug. Es kann selbstständig fahren. Der Fahrer muss das System nicht mehr dauerhaft überwachen, muss nach Aufforderung aber jederzeit in der Lage sein, es zu übernehmen. Stufe 4 hochautomatisiert: Jetzt wird es interessant für das entspannte Fahren. Bei hochautomatisierten Fahrzeugen darf sich der Fahrer während der Fahrt auch anders beschäftigen - vor allem auf der Autobahn funktioniert das gut. Der Fahrer wird rechtzeitig informiert, bevor er das Steuer wieder übernehmen muss. Stufe 5 voll automatisiert: Das Auto braucht keinen Fahrer mehr. Auch in der Stadt sind diese Fahrzeuge autonom und können zum Beispiel als Taxi eigenständig fahren. Lenkrad und Pedale sind jetzt überflüssig.
Wie entstehen Wendekreiswüsten?
Wenn am Äquator feuchtwarme Luft aufsteigt und abkühlt, kondensiert die Feuchtigkeit zu Wolken und es regnet. Sinkt sie wieder ab, erwärmt sich die Luft erneut und sorgt für extreme Trockenheit, Wendekreiswüsten entstehen.
Wie wir Farben sehen I Wahrnehmung
Die Welt in allen Farben sehen -- das ermöglichen spezialisierte Lichtsinneszellen der Netzhaut, die Zapfen. Es gibt drei verschiedene Arten, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge rezipieren. Doch die Buntheit der Welt schafft erst das Gehirn.
Schwerkraft als Krümmung des Raumes
Das Weltall wird als ein flaches Raster dargestellt. Erde, Mond und Sonne dellen dieses Raster aufgrund ihrer Masse ein. Alle Himmelskörper müssen sich dann entlang der Vertiefungen bewegen. Ihre Fliehkraft wirkt jedoch dagegen.
Gibt es einen Fahrstuhl in den Weltraum?
Wie auf einer Schiene soll der Aufzug in die Höhe gleiten. Doch bis heute gibt es kein geeignetes Material für ein solches Seil. Der Fahrstuhl ins All bleibt also erst einmal ein Traum.
Der Milankovic Zyklus – Neigung der Erdachse
Die Stellung der Erdachse wirkt sich auf die Eisbedeckung der Erde aus. Mit einem Zyklus von etwa 40.000 Jahren neigt sich die Erdachse um bis zu zwei Grad mehr Richtung Sonne. Immer wenn das geschieht, ist die Eisbedeckung geringer. Die Stellung der Erdachse wirkt sich auf die Eisbedeckung der Erde aus. Mit einem Zyklus von etwa 40.000 Jahren neigt sich die Erdachse um bis zu zwei Grad mehr Richtung Sonne. Immer wenn das geschieht, ist die Eisbedeckung geringer.
Wie entsteht die Rotverschiebung?
Das Licht der Sterne verrät ihre Bewegung. Wenn sich eine Lichtquelle von uns entfernt, werden die Lichtwellen auseinandergezogen. Das Licht wird dadurch rötlicher. Diese Rotverschiebung verrät, dass und wie schnell sich die Lichtquelle von uns weg bewegen. Das Licht der Sterne verrät ihre Bewegung. Wenn sich eine Lichtquelle von uns entfernt, werden die Lichtwellen auseinandergezogen. Das Licht wird dadurch rötlicher. Diese Rotverschiebung verrät, dass und wie schnell sich die Lichtquelle von uns weg bewegen.
Newtons Idee der Schwerkraft
Isaak Newton erkennt: Je schwerer ein Körper ist, umso stärker ist auch seine Anziehungskraft. So halten sich die Himmelskörper gegenseitig auf ihren Bahnen.
Elektromagnetische Induktion
Hier lernst Du elektromagnetische Induktion kennen. Beispielsweise wie ein Induktionsstrom durch Lorentzkraft oder Magnetfeld-Änderung entsteht; wobei Stromrichtung mit der Lenzschen Regel bestimmt wird. Außerdem gibts hier Herleitung des Induktionsgesetzes. Paar Beispiele (z.B. Leiterschaukelversuch) verfestigen das Gelernte. Elektromagnetische Induktion wird hauptsächlich in der 11 oder 12. Klasse der Oberstufe behandelt und ist ein Phänomen der Elektrizität.
DREI-FINGER-REGEL
Mit der drei-Finger-Regel (auch UVW-Regel genannt) kannst Du beispielsweise mit der linken Hand die Richtung der Lorentzkraft bestimmen. Nimm dir 6 Minuten Zeit und zieh das Video bis zum Ende durch. Danach - versichere ich dir - hast du diese Drei-Finger-Regel hundertprozentig verstanden!
Elektrischer Strom einfach erklärt
Hier wird elektrischer Strom einfach erklärt - wie der Strom entsteht und wie dieser mit der elektrischen Ladung zusammehängt (+ Einheit, Formelzeichen, Beispiel).
Massenmittelpunkt - Physik einfach erklärt
Hier lernst Du, den Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) eines ausgedehnten Körpers experimentell und rechnerisch zu berechnen. Am Ende folgt ein kleines Beispiel.

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