PH I - 13 - Kräfte und Kraftfelder

Einführung in die Physik I
a.o. Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Paul Wagner
Fakultät für Physik
Universität Wien
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Timeline:
0:00:27 - EXPERIMENT 1: Pendel mit 2 Stiften, die Pendellänge
verändern. Höhe über Ruhelage an Umkehrpunkt bleibt
gleich, unabhängig von Stiftposition. Erklärung durch
Energieerhaltung
0:05:42 - Zusammenfassung der Erhaltungssätze: 9 vektoriell und
1 skalar Unterschied zwischen Arbeit (Übertragung durch
Grenzfläche und Energie (Systemeigenschaft)
0:08:32 - Noether-Theorem: Erhaltungssätze folgen aus
Invarianzeigenschaften (Symmetrien):
Translationsinvarianz → Impulserhaltung;
Rotationsinvarianz → Drehimpulserhaltung;
Invarianz gegenüber Transformationen zwischen
Inertialsystemen → Erhaltung des Impulses des
Massenmittelpunkts; Invarianz gegenüber
Zeittranslationen → Energieerhaltung
Sehr allgemeines Konzept, auch außerhalb der Mechanik
(z.B. Ladungserhaltung folgt aus Invarianz gegenüber
Eichtransformationen)
0:14:10 - Kräfte und Kraftfelder: Homogene Kraftfelder: sind
räumlich konstant, Zentralkräfte: sind auf Kraftzentrum
gerichtet; Statische Kräfte: zeitunabhängig;
Fernwirkungskräfte: wirken instantan (Konzept heute
wenig gebräuchlich); Nahwirkungskräfte: ursprünglich
lokal begrenzter 'Zustand des Raumes' breitet sich mit
endlicher Geschwindigkeit aus
0:23:12 - Grundlegende Kräfte: Stärken und Reichweiten
Starke Wechselwirkung, Elektomagnetische
Wechselwirkung, Schwache Wechselwirkung, Gravitation
0:35:40 - Gravitation: Gewicht eines Körpers proportional zu
Schwerer Masse; Feldstärke: Kraft auf Einheitsmasse
0:40:31 - Freier Fall an Erdoberfläche: Integration der
Bewegungsgleichung
0:50:04 - EXPERIMENT 2: 2 Metallkugeln aus unterschiedlichem
Material und mit unterschiedlichem Gewicht fallen gleich
schnell. Diskussion: Experimente legen Gleichsetzung
von Träger und Schwerer Masse nahe Äquivalenzprinzip,
Berechnung der Fallzeit
0:59:57 - EXPERIMENT 3: Bestimmung der Erdbeschleunigung
aus Fallhöhe und Fallzeit einer Kugel
EXPERIMENT 4: Federwaage zeigt Kraft von etwa 9.8
Newton für eine Masse von 1 kg
1:04:06 - Pendelschwingung: Aufstellen der Bewegungsgleichung
für kleine Winkel
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