Mittwoch, 11. Dezember 2019
Schrödingergleichung simulieren
Eintrag vom letzten Kurs: https://viererphysik.blogspot.com/2017/01/simulationen-zur-schrdinger-gleichung.html
Montag, 9. Dezember 2019
Elektron als Welle - Licht als Teilchen
Hier ist einiges schöne zum Compton-Effekt, wo Photonen ihren Impuls auf Elektronen übertragen und dadurch langwelliger werden.
https://www.leifiphysik.de/quantenphysik/quantenobjekt-photon/aufgabe/quiz-zum-comptoneffekt
Und hier findet ihr einiges zur Wellenlänge nach de Broglie.
und Aufgaben
Mittwoch, 4. Dezember 2019
Schaut euch die Übersicht auf der Seite von leifiphysik an:
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz
Vor allem Doppelspalt und Gitter. Da ist schön erklärt beim "Grundwissen" und es gibt Aufgaben mit Lösungen
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/doppelspalt#aufgaben
Alle Aufgaben mit grüner Lampe sind gut für euch.
An den gelben könnt ihr euch versuchen, vielleicht die Lösungen nachvollziehen, auch wenn ihr selber nicht drauf kommt.
Nochwas zur Kleinwinkelnäherung, was ich glaube nur einmal erwähnt hatte
Wir hatten zwei Beziehungen, in die der Winkel alpha eingeht, unter dem ein Maximum (oder Minimum) erscheint.
Wenn Wand oder Schirm im Abstand L vom Spalt oder Gitter liegen, ist der Punkt mit Winkel alpha den Abstand x von der Mitte und mit Gegenkathete und Ankathete gilt
tan(alpha) = x/L
Am Spalt oder Gitter ergibt sich ein Gangunterschied zwischen benachbarten Öffnungen, wenn man Licht betrachtet, das im Winkel alpha abgestrahlt wird, und es gilt
sin(alpha) = s/d (bei Maxima ist s = n lambda, bei Minima ist s = (n + 1/2) lambda)
Wenn man jetzt kleine Winkel hat, also weniger als 5°, dann ist ungefähr die Hypothenuse so lang wie die lange Kathete eines rechtwinkligen Dreiecks und es gilt
sin(alpha) = tan(alpha) bis auf etwa 1% genau. Damit kann man gleichsetzen
x/L = s/d
und man hat sehr einfache Rechnungen.
Also z.B. ist bei den ersten (n=1) Maxima s=lambda
x/L = lambda/d
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz
Vor allem Doppelspalt und Gitter. Da ist schön erklärt beim "Grundwissen" und es gibt Aufgaben mit Lösungen
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/doppelspalt#aufgaben
Alle Aufgaben mit grüner Lampe sind gut für euch.
An den gelben könnt ihr euch versuchen, vielleicht die Lösungen nachvollziehen, auch wenn ihr selber nicht drauf kommt.
Nochwas zur Kleinwinkelnäherung, was ich glaube nur einmal erwähnt hatte
Wir hatten zwei Beziehungen, in die der Winkel alpha eingeht, unter dem ein Maximum (oder Minimum) erscheint.
Wenn Wand oder Schirm im Abstand L vom Spalt oder Gitter liegen, ist der Punkt mit Winkel alpha den Abstand x von der Mitte und mit Gegenkathete und Ankathete gilt
tan(alpha) = x/L
Am Spalt oder Gitter ergibt sich ein Gangunterschied zwischen benachbarten Öffnungen, wenn man Licht betrachtet, das im Winkel alpha abgestrahlt wird, und es gilt
sin(alpha) = s/d (bei Maxima ist s = n lambda, bei Minima ist s = (n + 1/2) lambda)
Wenn man jetzt kleine Winkel hat, also weniger als 5°, dann ist ungefähr die Hypothenuse so lang wie die lange Kathete eines rechtwinkligen Dreiecks und es gilt
sin(alpha) = tan(alpha) bis auf etwa 1% genau. Damit kann man gleichsetzen
x/L = s/d
und man hat sehr einfache Rechnungen.
Also z.B. ist bei den ersten (n=1) Maxima s=lambda
x/L = lambda/d
für zweistündig
Die Rechnungen zur Interferenz hatte ich vergessen. Tut mir leid. Hier sind Ergebnisse. Und mir tut auch leid, dass ich es zunächst in meiner Astronomie-Seite gepostet hatte.
Doppelspalt und Laser.
1. Winkel bei 16cm neben der Mitte im Abstand von 1,00m
tan(alpha) = 16/100 = 0,16 -> alpha = 9,09°
Gangunterschied bei diesem Winkel:
s = d * sin(alpha) = 2,00e-5 m * sin(9,09°) = 3,16e-6 m
Das sind wie viele Wellenlängen?
3,16e-6 m / 6,33e-7 m = 5
Gangunterschied ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge -> Maximum
2. Der Gangunterschied wird immer kleiner, Maxima und Minima wandern nach außen. Er kommt
erst das vierte Max, dann das dritte usw. Zuletzt kommt das Minimum mit Gangunterschied einer
halben Wellenlänge.
1/2 *6,33e-7 m = d * sin(9,09°) -> d = 2,00e-6 m also 2 Mikrometer
3. Winkel bei 16cm und Abstand 2,5 m. Ich nenne ihn diesmal beta
tan(beta) = 16/250 = 0,064 -> beta = 3,66°
Gangunterschied bei diesem Winkel
s = d * sin(beta) = 2,00e-5 * sin(3,66°) = 1,28e-6 m
Das sind wie viele Wellenlängen
1,28e-6 m / 6,33e-7 m = 2
Der Gangunterschied geht also zurück von 5 bis 2 Wellenlängen. Der Sensor registriert Minima
bei 4,5, bei 3,5 und bei 2,5 Wellenlängen. Also dreimal.
4. Schirm weit entfernen, die Winkel werden immer kleiner. Wie klein ist der Winkel beim letzten
Minimum mit Gangunterschied einer halben Wellenlänge?
1/2 * 6,33e-7 m = 2,00e-5 m * sin(gamma)
sin(gamma) =6,33e-7 m /(2 * 2,00e-5 m) --> gamma = 0,907°
Gesucht ist der Abstand L, so dass tan(0,907°) = 16,0 cm / L --> L = 10,1 m
Natriumaufgabe am Gitter
a) Maxima der beiden gelben Lichtanteile
sin(alpha1) = 589,00e-9 m / 2,000e-6 m -> alpha1 = 17,12756°
sin(alpha2) = 589,59e-9 m / 2,000e-6 m -> alpha2 = 17,14525°
b) Abstand zur Mitte
x1 = L * tan(alpha1) = 61,6333 cm
x2 = L * tan(alpha2) = 61,7010 cm
Doppelspalt und Laser.
1. Winkel bei 16cm neben der Mitte im Abstand von 1,00m
tan(alpha) = 16/100 = 0,16 -> alpha = 9,09°
Gangunterschied bei diesem Winkel:
s = d * sin(alpha) = 2,00e-5 m * sin(9,09°) = 3,16e-6 m
Das sind wie viele Wellenlängen?
3,16e-6 m / 6,33e-7 m = 5
Gangunterschied ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge -> Maximum
2. Der Gangunterschied wird immer kleiner, Maxima und Minima wandern nach außen. Er kommt
erst das vierte Max, dann das dritte usw. Zuletzt kommt das Minimum mit Gangunterschied einer
halben Wellenlänge.
1/2 *6,33e-7 m = d * sin(9,09°) -> d = 2,00e-6 m also 2 Mikrometer
3. Winkel bei 16cm und Abstand 2,5 m. Ich nenne ihn diesmal beta
tan(beta) = 16/250 = 0,064 -> beta = 3,66°
Gangunterschied bei diesem Winkel
s = d * sin(beta) = 2,00e-5 * sin(3,66°) = 1,28e-6 m
Das sind wie viele Wellenlängen
1,28e-6 m / 6,33e-7 m = 2
Der Gangunterschied geht also zurück von 5 bis 2 Wellenlängen. Der Sensor registriert Minima
bei 4,5, bei 3,5 und bei 2,5 Wellenlängen. Also dreimal.
4. Schirm weit entfernen, die Winkel werden immer kleiner. Wie klein ist der Winkel beim letzten
Minimum mit Gangunterschied einer halben Wellenlänge?
1/2 * 6,33e-7 m = 2,00e-5 m * sin(gamma)
sin(gamma) =6,33e-7 m /(2 * 2,00e-5 m) --> gamma = 0,907°
Gesucht ist der Abstand L, so dass tan(0,907°) = 16,0 cm / L --> L = 10,1 m
Natriumaufgabe am Gitter
a) Maxima der beiden gelben Lichtanteile
sin(alpha1) = 589,00e-9 m / 2,000e-6 m -> alpha1 = 17,12756°
sin(alpha2) = 589,59e-9 m / 2,000e-6 m -> alpha2 = 17,14525°
b) Abstand zur Mitte
x1 = L * tan(alpha1) = 61,6333 cm
x2 = L * tan(alpha2) = 61,7010 cm
Der Abstand ist also 0,717 mm oder besser 0,7 mm
Hinweis: Wenn man hier die Zwischenergebnisse eher rundet, bekommt man eine mitunter große
Abweichung davon. Am besten ist es, Zwischenergebnisse immer möglichst genau mitzunehmen.
Abweichung davon. Am besten ist es, Zwischenergebnisse immer möglichst genau mitzunehmen.
c) Ich könnte den Schirm weiter entfernen, auf das 2/0,7-Fache, also 2,8 mal weiter, das sind etwa
5,60 m. Problem: Dann wird auch die Linie unschärfer. Besser ist es daher, das Gitter zu verfeinern, so dass mehr Linien ausgeleuchtet werden und interferieren. also den Spaltabstand durch 2,8 zu teilen, ein Gitter mit Linienabstand 0,7 Mikrometer.
5,60 m. Problem: Dann wird auch die Linie unschärfer. Besser ist es daher, das Gitter zu verfeinern, so dass mehr Linien ausgeleuchtet werden und interferieren. also den Spaltabstand durch 2,8 zu teilen, ein Gitter mit Linienabstand 0,7 Mikrometer.
Montag, 25. November 2019
Donnerstag, 21. November 2019
Klausur
1a)
Durch die beiden Spalten dringen zwei Wellen, die miteinander interferieren. Zu jeder Stelle auf der Wand gehört ein bestimmter Gangunterschied beider Wellen. An hellen Stellen interferieren sie konstruktiv, an dunklen destruktiv, dazwischen teilweise konstruktiv.
Weil die Spalten eine bestimmte Breite haben, d.h. nicht unendlich dünn sind, nimmt die Intensität jeder einzelnen Welle nach außen hin ab und damit auch das Interferenzmuster. Es gibt eine Einhüllende Helligkeitskurve, die nach außen hin abnimmt.
b)
Kleine Winkel, wir rechnen also mit x/L = n*lambda/d.
Die Positionen der Maxima sind regelmäßig, die Abstände jeweils gleich.
Möglichst genau messen: Viele Maxima gemeinsam messen und dann teilen.
Vom Maximum n=-10 (links) bis n=+10 (rechts) sind es 9,4 cm.
Das heißt das Maximum n=10 ist 4,7cm rechts vom Hauptmaximum n=0.
Damit
d = 10*lambda*2,0m/0,047m
ergibt für lambda=633nm d=0,269mm, und für lambda=480nm d=0,204mm.
c)
rot statt blau: Die hellen Flecke rücken weiter auseinander. Das Muster wird vergrößert.
blau statt rot: Die hellen Flecke rücken näher zusammen. Das Muster wird verkleinert.
d)
Spalten näher zusammen: Die Maxima rücken weiter auseinander.
Spalten auseinander: Die Maxima rücken näher zusammen.
Die Einhüllende bleibt gleich. Sie hängt nur von der Einzelspaltbreite ab.
e)
Die Maxima werden heller und schmäler bzw. schärfer. Es erschinen schwache Zwischenmaxima. Bei k Spalten sind das k-2 Stück.
2a)
Zwischen Sende und Wand überlagern sich einlaufende und reflektierte Welle zu einer stehenden Welle. Die Bäuche sind durch Knoten getrennt, im Abstand lambda/2. Miss mit dem Empfänger die Lage der Minima, ihren Abstand. Berechne daraus lambda. Die Frequenz erhält man als f=c/lambda mit der Lichtgeschwindigkeit c=3,0*10^8 m/s.
b)
Man sieht ein breites Maximum in der Mitte und nach außen hin schwächer werdenen Nebenmaxima, die durch Minima getrennt sind. Die Nebenmaxima sind halb so breit wie das Mittlere.
c)
Winkel mit Minima bei sin(alpha_n) = n*lambda/b
Für b=5cm und lambda=15cm: 0°; 19,5°; 41,8°; 90°
Für b=4cm und lambda=10cm: 0°; 23,6°; 53,2°
3
Um ihn herum ist polarisiertes Licht auf zwei Arten.
Brewster-Winkel
Das vom See reflektierte Licht ist parallel zur Oberfläche polarisiert, also horizontal. Besonders stark beim Brewster-Winkel von tan(alpha)=1,4 (c_Luft/c_Wasser)
Rayleigh-Streuung
Das blaue Licht des Himmels ist polarisiert, und zwar in jedem Punkt quer zur Richtung, die von dort zur Sonne geht. Am stärksten an Punkten die im Winkelabstand 90° zur Sonne liegen.
Das weiß Herr R.
Er blickt auf geeigneten Punkte (Seeoberfläche oder Himmel) und dreht den Filter. Ist er besonders dunkel, steht er orthogonal zur Polarisationsrichtung des Lichts, wenn besonders hell, dann parallel. Das markiert sich Herr R.
4a)
Energie der Photonen
W=h f = h c/lambda
633nm (rot) -> W = 3,14*10^-19J = 1,96eV
534nm (gelbgrün) -> W = 3,72*10^-19J = 2,33eV
Das ist größer als die Austrittsenergie von Ba auf W und Cs (rot) sowie außerdem von K (grün).
Nur dort werden Elektronen ausgelöst, tritt ein Fotoeffekt auf.
b)
Es können immer nur einzelne Photonen Energie an ein Elektron abgeben, nicht mehrere zusammen. Auch wenn sehr sehr viele Photonen auftreffen, ist die Energie der einzelnen nicht groß genug, wenn die Wellenlänge zu lang bzw. Frequenz zu klein ist.
c)
Wellenlänge muss kleiner sein als eine bestimmte Grenze
Die ergibt sich aus lambda=h c/W
Das ist bei Aluminium 2,96*10^-7m= 296nm und bei Kadmium 308nm.
In beiden Fällen ist das UV-Licht.
Durch die beiden Spalten dringen zwei Wellen, die miteinander interferieren. Zu jeder Stelle auf der Wand gehört ein bestimmter Gangunterschied beider Wellen. An hellen Stellen interferieren sie konstruktiv, an dunklen destruktiv, dazwischen teilweise konstruktiv.
Weil die Spalten eine bestimmte Breite haben, d.h. nicht unendlich dünn sind, nimmt die Intensität jeder einzelnen Welle nach außen hin ab und damit auch das Interferenzmuster. Es gibt eine Einhüllende Helligkeitskurve, die nach außen hin abnimmt.
b)
Kleine Winkel, wir rechnen also mit x/L = n*lambda/d.
Die Positionen der Maxima sind regelmäßig, die Abstände jeweils gleich.
Möglichst genau messen: Viele Maxima gemeinsam messen und dann teilen.
Vom Maximum n=-10 (links) bis n=+10 (rechts) sind es 9,4 cm.
Das heißt das Maximum n=10 ist 4,7cm rechts vom Hauptmaximum n=0.
Damit
d = 10*lambda*2,0m/0,047m
ergibt für lambda=633nm d=0,269mm, und für lambda=480nm d=0,204mm.
c)
rot statt blau: Die hellen Flecke rücken weiter auseinander. Das Muster wird vergrößert.
blau statt rot: Die hellen Flecke rücken näher zusammen. Das Muster wird verkleinert.
d)
Spalten näher zusammen: Die Maxima rücken weiter auseinander.
Spalten auseinander: Die Maxima rücken näher zusammen.
Die Einhüllende bleibt gleich. Sie hängt nur von der Einzelspaltbreite ab.
e)
Die Maxima werden heller und schmäler bzw. schärfer. Es erschinen schwache Zwischenmaxima. Bei k Spalten sind das k-2 Stück.
2a)
Zwischen Sende und Wand überlagern sich einlaufende und reflektierte Welle zu einer stehenden Welle. Die Bäuche sind durch Knoten getrennt, im Abstand lambda/2. Miss mit dem Empfänger die Lage der Minima, ihren Abstand. Berechne daraus lambda. Die Frequenz erhält man als f=c/lambda mit der Lichtgeschwindigkeit c=3,0*10^8 m/s.
b)
Man sieht ein breites Maximum in der Mitte und nach außen hin schwächer werdenen Nebenmaxima, die durch Minima getrennt sind. Die Nebenmaxima sind halb so breit wie das Mittlere.
c)
Winkel mit Minima bei sin(alpha_n) = n*lambda/b
Für b=5cm und lambda=15cm: 0°; 19,5°; 41,8°; 90°
Für b=4cm und lambda=10cm: 0°; 23,6°; 53,2°
3
Um ihn herum ist polarisiertes Licht auf zwei Arten.
Brewster-Winkel
Das vom See reflektierte Licht ist parallel zur Oberfläche polarisiert, also horizontal. Besonders stark beim Brewster-Winkel von tan(alpha)=1,4 (c_Luft/c_Wasser)
Rayleigh-Streuung
Das blaue Licht des Himmels ist polarisiert, und zwar in jedem Punkt quer zur Richtung, die von dort zur Sonne geht. Am stärksten an Punkten die im Winkelabstand 90° zur Sonne liegen.
Das weiß Herr R.
Er blickt auf geeigneten Punkte (Seeoberfläche oder Himmel) und dreht den Filter. Ist er besonders dunkel, steht er orthogonal zur Polarisationsrichtung des Lichts, wenn besonders hell, dann parallel. Das markiert sich Herr R.
4a)
Energie der Photonen
W=h f = h c/lambda
633nm (rot) -> W = 3,14*10^-19J = 1,96eV
534nm (gelbgrün) -> W = 3,72*10^-19J = 2,33eV
Das ist größer als die Austrittsenergie von Ba auf W und Cs (rot) sowie außerdem von K (grün).
Nur dort werden Elektronen ausgelöst, tritt ein Fotoeffekt auf.
b)
Es können immer nur einzelne Photonen Energie an ein Elektron abgeben, nicht mehrere zusammen. Auch wenn sehr sehr viele Photonen auftreffen, ist die Energie der einzelnen nicht groß genug, wenn die Wellenlänge zu lang bzw. Frequenz zu klein ist.
c)
Wellenlänge muss kleiner sein als eine bestimmte Grenze
Die ergibt sich aus lambda=h c/W
Das ist bei Aluminium 2,96*10^-7m= 296nm und bei Kadmium 308nm.
In beiden Fällen ist das UV-Licht.
Dienstag, 5. November 2019
Montag, 4. November 2019
Lösungen zu den Aufgaben aus dem Buch - Licht mit Doppelspalt und Gitter
S194/6 Doppelspalt
Kleinwinkelnäherung, 4mm auf einer Entfernung von 3m ist ein SEHR kleiner Winkel.
Es geht um das Maximum mit n=1, also ist dort der Gangunterschied s = lambda
Damit ist die Gleichung
lambda/d = x/L
und umgestellt
lambda = d * x/L = 5e-4 * 4e-3 / 3 m = 6,67 e-7 m = 667 nm
f = c/lambda = 3e8/ 6,67e-7 Hz = 4,5e14 Hz
S194/9 Gitter
Hier kann man eine Kleinwinkelnäherung machen, auch wenn man bei x=26,4 cm im Abstand L=3m allmählich aus dem Bereich rauskommt. Ihr könnt es ja mal mit sin und tan nachrechnen und schauen, ob es große Abweichungen gibt.
n=1 lambda = d * x/L = 4e-5 * 8,7e-2 / 3,0 m = 11,6 e-7 m
n=2 lambda = d * x/(2L) = 4e-5 * 17,8e-2 /(2 * 3,0 m) = 11,9 e-7 m
n=3 lambda = d * x/(3L) = 4e-5 * 26,4e-2 /(3 * 3,0 m) = 11,7 e-7 m
Kleinwinkelnäherung, 4mm auf einer Entfernung von 3m ist ein SEHR kleiner Winkel.
Es geht um das Maximum mit n=1, also ist dort der Gangunterschied s = lambda
Damit ist die Gleichung
lambda/d = x/L
und umgestellt
lambda = d * x/L = 5e-4 * 4e-3 / 3 m = 6,67 e-7 m = 667 nm
f = c/lambda = 3e8/ 6,67e-7 Hz = 4,5e14 Hz
S194/9 Gitter
Hier kann man eine Kleinwinkelnäherung machen, auch wenn man bei x=26,4 cm im Abstand L=3m allmählich aus dem Bereich rauskommt. Ihr könnt es ja mal mit sin und tan nachrechnen und schauen, ob es große Abweichungen gibt.
n=1 lambda = d * x/L = 4e-5 * 8,7e-2 / 3,0 m = 11,6 e-7 m
n=2 lambda = d * x/(2L) = 4e-5 * 17,8e-2 /(2 * 3,0 m) = 11,9 e-7 m
n=3 lambda = d * x/(3L) = 4e-5 * 26,4e-2 /(3 * 3,0 m) = 11,7 e-7 m
Es handelt sich also um infrarotes Licht mit lambda = 11,7 e-7 m = 1,17 mikrometer
S194/10 Gitter mit weißem Licht, ergibt Farben
a) Der Stoff ist eine Überlagerung zweier Gitter in horizontaler (x-) und vertikaler (y-) Richtung. Die Vertikalen Fäden und Lücken dazwischen bewirken die Struktur in x-Richtung, die horizontalen eine Struktur in y-Richtung.
Weißes Licht ist aus vielen Wellenlängen mit einzelnen Farben zusammengesetzt. Jede Farbe hat ihr Maximum in einem zu ihrer Wellenlänge und den Fadenabständen passenden Winkel. Rotes Licht erscheint deshalb weiter außen, blaues weiter innen unter kleineren Winkeln.
Die Fäden sollten eng genug beienander liegen, also weniger als 1/4 mm Abstand haben, damit ein deutliches Muster sichtbar wird. Besser noch: weniger als 1/10 mm.
b) horizontal gedehnt --> d in x-Richtung wird größer --> Winkel der Maxima in x-Richtung werden kleiner --> die Nebenmaxima sind weniger weit rechts bzw. links vom Hauptmaxumum
außerdem wird sich der Stoff in vertikaler Richtung etwas zusammenziehen --> diese Maxima wandern weiter nach außen, also nach oben und unten weg vom Hauptmaximum
Donnerstag, 31. Oktober 2019
Für die Klausur - Aufgaben aus dem Buch
EM Wellen
Polarisation S169/5
Radiowellen S171/13
Mikrowellen S171/14
Doppelspalt mit Mikrowellen S171/17
Licht
Doppelspalt S194/6
Gitter S194/9, 10
Photonen S201/1, 3, 5
Photonen und Austrittsenergie S222/9; S223/10
Doppelspalt S222/5; S223/12
Gitter S222/3
Polarisation S169/5
Radiowellen S171/13
Mikrowellen S171/14
Doppelspalt mit Mikrowellen S171/17
Licht
Doppelspalt S194/6
Gitter S194/9, 10
Photonen S201/1, 3, 5
Photonen und Austrittsenergie S222/9; S223/10
Doppelspalt S222/5; S223/12
Gitter S222/3
Für die Klausur - jetzt MIT dem Buch
Erst einmal die Seiten im Buch mit Erklärungen, Herleitungen, Experimenten
Elektromagnetische Wellen, S150, 151
Ausbreitung, S152-155 (ohne die großen Kästen)
Reflexion, Interferenz, Polarisation S156-158
(das mit Radio und Information lassen wir weg, Synchrotronstrahlung auch, wäre zwar interessant)
Spektrum der Strahlung, S166, 167
kurze Übersicht: S173 unten
Licht
(das mit dem Römer und dem Jupiter lassen wir weg)
Fermat-Prinzip S180
Farbe je nach Wellenlänge S182
Doppelspalt bis Gitter S183-185
Einfachspalt S186
Dünne Schichten S187-188
Michelson-Interferometer (aber ohne die Messung mit Luft vs. Vakuum) S189
Polarisation S190-196 (ohne den Kasten über TFT-Bildschirme)
Photonen
Fotopapier S195
Fotoeffekt S196-197
Zu den Zeigern werde ich nichts fragen, aber es ist ein gutes Hintergrundwissen, jedenfalls das mit dem Doppelspalt S204,205
Elektromagnetische Wellen, S150, 151
Ausbreitung, S152-155 (ohne die großen Kästen)
Reflexion, Interferenz, Polarisation S156-158
(das mit Radio und Information lassen wir weg, Synchrotronstrahlung auch, wäre zwar interessant)
Spektrum der Strahlung, S166, 167
kurze Übersicht: S173 unten
Licht
(das mit dem Römer und dem Jupiter lassen wir weg)
Fermat-Prinzip S180
Farbe je nach Wellenlänge S182
Doppelspalt bis Gitter S183-185
Einfachspalt S186
Dünne Schichten S187-188
Michelson-Interferometer (aber ohne die Messung mit Luft vs. Vakuum) S189
Polarisation S190-196 (ohne den Kasten über TFT-Bildschirme)
Photonen
Fotopapier S195
Fotoeffekt S196-197
Zu den Zeigern werde ich nichts fragen, aber es ist ein gutes Hintergrundwissen, jedenfalls das mit dem Doppelspalt S204,205
Mittwoch, 30. Oktober 2019
Für die Klausur
mein Physikboch habe ich wohl in der Schule liegen lassen. Muss es morgen wieder holen, damit ihc euch die Seitenzahlen nennen kann.
Aber es gibt auch schöne Erklärungen auf leifiphysik.de
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen
und von dort https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen
mit den Quizes
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/quiz-dipolstrahlung-leicht
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/quiz-zu-mikrowellenstrahlung
Aufgaben
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/plattenallerlei-abitur-1994-gk-a2-1
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/interferenz-von-mikrowellen-abitur-2011-ph11-a2-3
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/zwei-sendedipole
Hier noch mal schön eine stehende Welle
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/grundwissen/stehende-elektromagnetische-welle-simulation
Dann hatten wir einiges zu Optik, also zum Licht als Welle
https://www.leifiphysik.de/optik/wellenmodell-des-lichts
https://www.leifiphysik.de/optik/elektromagnetisches-spektrum
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz
https://www.leifiphysik.de/optik/polarisation
Schaut euch da die Aufgaben zum Doppelspalt an
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/doppelspalt#aufgaben
Dieses Quiz finde ich SEHR GUT
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/aufgabe/quiz-zu-interferenzmustern-am-einfach-und-mehrfachspalt
Die zum Gitter sind etwas weiterführend
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/vielfachspalt-und-gitter#aufgaben
Schön: https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/aufgabe/quiz-zu-interferenz-duennen-schichten
und auch etwas weiterführend: https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/interferenz-duennen-schichten#aufgaben
Und zuletzt die Photonen beim Fotoeffekt
https://www.leifiphysik.de/quantenphysik/quantenobjekt-photon/grundwissen/erklaerungsprobleme-des-photoeffekts
Aber es gibt auch schöne Erklärungen auf leifiphysik.de
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen
und von dort https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen
mit den Quizes
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/quiz-dipolstrahlung-leicht
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/quiz-zu-mikrowellenstrahlung
Aufgaben
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/plattenallerlei-abitur-1994-gk-a2-1
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/interferenz-von-mikrowellen-abitur-2011-ph11-a2-3
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/aufgabe/zwei-sendedipole
Hier noch mal schön eine stehende Welle
https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-wellen/grundwissen/stehende-elektromagnetische-welle-simulation
Dann hatten wir einiges zu Optik, also zum Licht als Welle
https://www.leifiphysik.de/optik/wellenmodell-des-lichts
https://www.leifiphysik.de/optik/elektromagnetisches-spektrum
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz
https://www.leifiphysik.de/optik/polarisation
Schaut euch da die Aufgaben zum Doppelspalt an
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/doppelspalt#aufgaben
Dieses Quiz finde ich SEHR GUT
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/aufgabe/quiz-zu-interferenzmustern-am-einfach-und-mehrfachspalt
Die zum Gitter sind etwas weiterführend
https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/vielfachspalt-und-gitter#aufgaben
Schön: https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/aufgabe/quiz-zu-interferenz-duennen-schichten
und auch etwas weiterführend: https://www.leifiphysik.de/optik/beugung-und-interferenz/grundwissen/interferenz-duennen-schichten#aufgaben
Und zuletzt die Photonen beim Fotoeffekt
https://www.leifiphysik.de/quantenphysik/quantenobjekt-photon/grundwissen/erklaerungsprobleme-des-photoeffekts
Donnerstag, 19. September 2019
Hertz-Dipol
Faraday und Maxwell https://www.youtube.com/watch?v=doPlOadWuAo
Heinrich Hertz https://www.youtube.com/watch?v=fYW6tH8swnM
Marconi und Telefunken https://www.youtube.com/watch?v=NAdKseI3wuA&list=PLNhAgob3TD_vc6xqTHa2p0-3erq_zUNAl&index=4
Animationen zum Hertzschen Dipol
http://www.mikomma.de/fh/eldy/hertz.html
http://www.mikomma.de/fh/eldy/hertz_supl.htm
http://www.didaktikonline.physik.uni-muenchen.de/programme/dipolstr/Dipolstr1.html#
https://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/multimedia/programme_applets/e_lehre/dipolstrahlung/animated_dipol/index.html
https://de.wikibooks.org/wiki/Physik_Oberstufe/_Schwingungen_und_Wellen/_Elektromagnetische_Wellen
Kommunikation der deutschen Kolonialarmee in Südwestafrika im Krieg und Völkermord gegen Herero und Nama. Ab Seite 168: Drahtloser Funkverkehr.
https://sundoc.bibliothek.uni-halle.de/diss-online/04/05H118/t8.pdf
Mittwoch, 18. September 2019
Donnerstag, 6. Juni 2019
Dopplereffekt
Das Bild zeigt die Tonfrequenzen im Video. Ab etwa der Mitte der Abbildung seht ihr, wie die Hupe einsetzt.
Ihr seht waagrechte Linien, die gegen Ende nach unten abfallen und wieder waagrecht werden. Die Linien haben gleiche Abstände zueinander. Die unterste Linie gehört zum Grundton der Hupe, die darüber liegenden zu den Obertönen. Ihre Frequenzen sind das doppelte, dreifache, vierfache, usw. des Grundtons.
Die Frequenzen sind etwas schwierig abzulesen, das müsste in einer genauen Messung besser gemacht werden. Der Oberton mit zehnfacher Grundtonfrequenz fällt von etwa 4,4 kHz auf 4,0 kHz ab. Das heißt, der Grundton fällt von 440 Hz auf 400 Hz ab. Die Eigenfrequenz des Tons war daher f = 420 Hz. Beim Annähern haben wir sie um df = 20 Hz höher, beim Wegfahren um df = 20 Hz tiefer gehört.
Wie kann man damit die Geschwindigkeit ausrechnen?
Wir machen es mit einer Näherung an die Doppler-Formel. Die Schallgeschwindigkeit ist dabei c = 335 m/s (bei uns auf der Alb im 700 m Höhe an einem kühlen Sommertag)Wenn sich eine Quelle mit Geschwindigkeit v nähert,
ist die Frequenzänderung df = + f * v/c,
beim Entfernen ist sie df = - f * v/c.
Wir haben f = 420 Hz. df = 20 Hz. c = 335 m/s. Berechnet daraus die Geschwindigkeit des Autos v in m/s und in km/h. War ich zu schnell unterwegs auf der B465?
Sonntag, 19. Mai 2019
Für Montag 20.5. ...
... stelle ich gerade die Endfassung zusammen.
Schaut euch nochmal die Aufgabe mit dem Wellenträger an, wo von links angeregt wird und dann die Welle nach rechts läuft und dann reflektiert wird.
Und macht bzw. zeichnet folgendes:
Ein Wellenträger mit Länge L = 5 m, die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist 2 m/s.
Links ist ein Erreger, der zur Zeit t = 0 s aus der Gleichgewichtslage s = 0 nach oben anfängt zu schwingen mit einer Frequenz f = 0,5 Hz.
Zeichnet das Bild der Welle auf dem Träger zu den Zeiten
t = 1 s; 2 s; 2,5 s
wenn die Welle dann rechts ankommt wird sie reflektiert. Zeichnet, wie es weitergeht in zwei verschiedenen Bildern, einmal mit festem und einmal mit losem Ende.
t = 3 s; 3,25 s, 3,5 s
und dann noch am Schluss
t = 4,5 s; 4,75 s; 5 s; 5,25 s; 5,5 s
Jetzt schau ich mir gerade das Buch an, habe aber eine andere Ausgabe mit anderen Seitenzahlen...
am Ende des Kapitels "Schwingungen" im Überkapitel "Schwinungen und Wellen" gibt es eine Doppelseite mit Aufgaben. Da könnt ihr die Pendelaufgaben 1, 2 und 3 nochmal anschauen.
Die folgende Doppelseite "Überblick" ist auch sehr schön. (Chaotische Schwingungen rechts unten hatten wir nicht, mache ich vielleich nach dem Abi, ist eins meiner Lieblingsthemen)
Dann kommt das Kapitel Wellen, von denen wir bisher nur Mechanische Wellen hatten (und auch die noch nicht fertig). Die Graphik zur Ausbreitung einer Welle ist sehr schön.
Dann habt ihr die Überlagerung von Wellen.
Und die Reflexion am Ende eines Wellenträgers mit den Stehenden Wellen. Merkt euch da, dass die Bäuche immer eine halbe Wellenlänge lang sind.
Auf der Doppelseite mit den Meereswellen sehr ihr unten stehende Wellen mit n=1, n=2 und n=3.
Und auf der Seite, wo das Brechungsgesetz erklärt wird sind unten ein paar Wellenaufgaben. Aufgabe 4 zur Addition gegenläufiger Wellen ist schön.
Und am Ende habt ihr den Überblick zu den Wellen. Da ist die erste Seite für uns wichtig, bis zur Überlagerung, das mit dem Huygens kriegen wir noch.
So, jetzt hoffe ich, dass ich euch nicht völlig verwirrt habe. Bis morgen.
Schaut euch nochmal die Aufgabe mit dem Wellenträger an, wo von links angeregt wird und dann die Welle nach rechts läuft und dann reflektiert wird.
Und macht bzw. zeichnet folgendes:
Ein Wellenträger mit Länge L = 5 m, die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist 2 m/s.
Links ist ein Erreger, der zur Zeit t = 0 s aus der Gleichgewichtslage s = 0 nach oben anfängt zu schwingen mit einer Frequenz f = 0,5 Hz.
Zeichnet das Bild der Welle auf dem Träger zu den Zeiten
t = 1 s; 2 s; 2,5 s
wenn die Welle dann rechts ankommt wird sie reflektiert. Zeichnet, wie es weitergeht in zwei verschiedenen Bildern, einmal mit festem und einmal mit losem Ende.
t = 3 s; 3,25 s, 3,5 s
und dann noch am Schluss
t = 4,5 s; 4,75 s; 5 s; 5,25 s; 5,5 s
Jetzt schau ich mir gerade das Buch an, habe aber eine andere Ausgabe mit anderen Seitenzahlen...
am Ende des Kapitels "Schwingungen" im Überkapitel "Schwinungen und Wellen" gibt es eine Doppelseite mit Aufgaben. Da könnt ihr die Pendelaufgaben 1, 2 und 3 nochmal anschauen.
Die folgende Doppelseite "Überblick" ist auch sehr schön. (Chaotische Schwingungen rechts unten hatten wir nicht, mache ich vielleich nach dem Abi, ist eins meiner Lieblingsthemen)
Dann kommt das Kapitel Wellen, von denen wir bisher nur Mechanische Wellen hatten (und auch die noch nicht fertig). Die Graphik zur Ausbreitung einer Welle ist sehr schön.
Dann habt ihr die Überlagerung von Wellen.
Und die Reflexion am Ende eines Wellenträgers mit den Stehenden Wellen. Merkt euch da, dass die Bäuche immer eine halbe Wellenlänge lang sind.
Auf der Doppelseite mit den Meereswellen sehr ihr unten stehende Wellen mit n=1, n=2 und n=3.
Und auf der Seite, wo das Brechungsgesetz erklärt wird sind unten ein paar Wellenaufgaben. Aufgabe 4 zur Addition gegenläufiger Wellen ist schön.
Und am Ende habt ihr den Überblick zu den Wellen. Da ist die erste Seite für uns wichtig, bis zur Überlagerung, das mit dem Huygens kriegen wir noch.
So, jetzt hoffe ich, dass ich euch nicht völlig verwirrt habe. Bis morgen.
Montag, 13. Mai 2019
Nochmal für die Zweistündigen
Wer nochmal alles mit kleinen Animationen durchschauen will:
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen
Dann natürlich die Quizfragen bei
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgaben
Und von den Aufgaben gefallen mir folgende mit Lösungen
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/bungeesprung-vom-eiffelturm (etwas schwierig)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/schwingung-eines-federpendels
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/massebestimmung-im-weltall (auch schwierig, da würde ich Werte vorgeben, damit man gut ausrechnen kann)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/feder-rollen-kombination (auch die würde ich einfacher formulieren)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/sekundenpendel (EINFACH!)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/messungen-beim-fadenpendel (auch einfach)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/fadenpendel-pendellaenge (nochmal einfach)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/kinderschaukel ( :-) )
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/pendeluhr-im-aufzug (hier kommt zum Ortsfaktor/Erdbeschleunigung noch die Beschleunigung des Aufzugs)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen
Dann natürlich die Quizfragen bei
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgaben
Und von den Aufgaben gefallen mir folgende mit Lösungen
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/bungeesprung-vom-eiffelturm (etwas schwierig)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/schwingung-eines-federpendels
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/massebestimmung-im-weltall (auch schwierig, da würde ich Werte vorgeben, damit man gut ausrechnen kann)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/feder-rollen-kombination (auch die würde ich einfacher formulieren)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/sekundenpendel (EINFACH!)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/messungen-beim-fadenpendel (auch einfach)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/fadenpendel-pendellaenge (nochmal einfach)
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/kinderschaukel ( :-) )
https://www.leifiphysik.de/mechanik/mechanische-schwingungen/aufgabe/pendeluhr-im-aufzug (hier kommt zum Ortsfaktor/Erdbeschleunigung noch die Beschleunigung des Aufzugs)
Samstag, 4. Mai 2019
Aufgaben für die Zweistündigen
Lieber Kurs, so wie es aussieht, bin ich am Dienstag nicht da. Ich schreibe euch drum hier jetzt Aufgaben rein, die zur Klausur in der folgenden Woche passen. Wir können am Donnerstag nochmal drüber reden. Ich bin voraussichtlich in der 4.-6. Stunden (und in die Mittagspause hinein) in den Physikräumen 109 und daneben beim Aufbauen und kann Fragen beantworten.
Lösungen würde ich am Dienstag schreiben. Und so sind/ist die Geo-Leute auch nicht benachteiligt.
Jetzt ein paar Hinweise erst einmal. Zahlen dazu kommen später!
Aufgabe 1 - Frequenzen und Periodendauer
Ein Motor dreht mit 2500 Umdrehungen pro Minute.
Gib die Frequenz in Hz und die Periodendauer, d.h. die Dauer einer Umdrehung, in s an.
1 min = 60 s, f = 1/T bzw. T = 1/f
f = 2500 U/min = 41,7 Hz und T = 0,024 s
Aufgabe 2 - Hüpfender Hänger
Ein leerer PKW-Anhänger gerät in Schwingungen und "hüpft".
Der Hänger hat eine Masse von m = 150 kg. Er schwingt mit Periode T = 0,3 s.
Die Reifen wirken wie eine Feder. Berechne ihre (effektive) Federkonstante D in N/m.
Du lädst 500 kg Kies in den Hänger. Berechne, wie viel er weiter einsinkt.
Berechne die Frequenz und die Periodendauer des schwingenden Hängers mit Ladung.
Periode eines Schwingers: T = 2 pi Wurzel( m/D )
Einsinken, bzw. weitere Ausdehung einer Feder: F = D s bzw. s = F/D mit Gewichtskraft F = mg mit g = 9,81 m/s² bzw. näherungsweise 10 m/s²
D = m * 4 pi²/T² = 65797 N/m das Entspricht etwa dem Gewicht von 660 kg auf 10 cm.
s = F/D = m*g/D = 0,075 m. Der Wagen sinkt um 7,5 cm ein.
T = 2 pi Wurzel(m/D) = 0,62 s und damit f = 1,6 Hz
Aufgabe 3 - Tarzan
Tarzan (m = 90 kg) schwingt an einer 10 m langen Liane.
Berechne Frequenz und Periodendauer seiner Schwingung.
Jetzt rettet er Jane (m = 50 kg) von einem Ast und schwingt mit ihr gemeinsam. Erkläre, welchen Einfluss das auf die Periodendauer der Schwingung hat.
Schwingung eines Pendels, Tarzan ist näherungsweise ein Massenpunkt an einer masselosen Liane:
T = 2 pi Wurzel( l/g )
T = 2,1 s und f = 0,48 Hz
Keinen. Bei einem Pendel hängt die Frequenz/Periode nicht von der Masse ab sondern nur von der Länge des Pendels. Mit der zusätzlichen Masse erhöht sich zwar die Rückstellkraft aber auch die Trägheit. Beide Wirkungen gleichen sich im Quotienten m/D aus.
Aufgabe 4 - Feder-Schwere-Schwinger ohne und mit Dämpfung
Im ersten Versuch zu mechanischen Schwingungen habt ihr Massenstücke an einer Feder auf- und ab schwingen lassen.
Bei einem Versuch wird ein Massenstück mit m = 0,500 kg an eine Feder gehängt. Dabei verlängert sich die Feder um 0,50 m. Berechne Federkonstante D, Periodendauer T und Frequenz der Schwingung.
In Anschlussversuchen werden zwei Mechanismen der Dämpfung untersucht. Einmal hängt das Massenstück an einem Faden, der an einer Stange reibt. Im anderen Versuch wird an das Massenstück ein Pappkarton angebracht, der die Schwingung durch Luftwiderstand bremst. Durch ein Messverfahren wird von beiden Schwingungen der Verlauf s(t) (Auslenkung in Abhängigkeit von der Zeit) aufgenommen. Erläutere, wie sich beide Schwingungsverläufe voneinander unterscheiden.
Ausdehung und Federkonstante wie bei Tarzan, Periodendauer auch wie bei Tarzan.
Denkt beim Dämpfen dran, dass ...
... die Reibungskraft zwischen Faden und Stange immer gleich ist, egal wie schnell es sich bewegt,
... die Reibung in Luft sich deutlich abschwächt, wenn die Bewegung langsamer wird.
D= F/s = 9,8 N/m
T = 2 pi Wurzel(m/D) = 1,42 s und f = 0,705 Hz
Bei Reibung vom Faden an Stange, also der Reibung zweier fester Körper ist die bremsende Reibungskraft unabhängig von der Geschwindigkeit. Das heißt, auch wenn das Pendel schon langsam ist, wird es noch genau so stark gebremst wie am Anfang. Es kommt relativ schnell zum Stillstand.
Bei Reibung in Luft nimmt die bremsende Kraft stark ab mit der Geschwindigkeit. Ein langsamer Schwinger hat kaum noch Reibung und schwingt sehr lange weiter, wobei seine Amplitude dann kaum noch abnimmt.
Lösungen würde ich am Dienstag schreiben. Und so sind/ist die Geo-Leute auch nicht benachteiligt.
Jetzt ein paar Hinweise erst einmal. Zahlen dazu kommen später!
Aufgabe 1 - Frequenzen und Periodendauer
Ein Motor dreht mit 2500 Umdrehungen pro Minute.
Gib die Frequenz in Hz und die Periodendauer, d.h. die Dauer einer Umdrehung, in s an.
1 min = 60 s, f = 1/T bzw. T = 1/f
f = 2500 U/min = 41,7 Hz und T = 0,024 s
Aufgabe 2 - Hüpfender Hänger
Ein leerer PKW-Anhänger gerät in Schwingungen und "hüpft".
Der Hänger hat eine Masse von m = 150 kg. Er schwingt mit Periode T = 0,3 s.
Die Reifen wirken wie eine Feder. Berechne ihre (effektive) Federkonstante D in N/m.
Du lädst 500 kg Kies in den Hänger. Berechne, wie viel er weiter einsinkt.
Berechne die Frequenz und die Periodendauer des schwingenden Hängers mit Ladung.
Periode eines Schwingers: T = 2 pi Wurzel( m/D )
Einsinken, bzw. weitere Ausdehung einer Feder: F = D s bzw. s = F/D mit Gewichtskraft F = mg mit g = 9,81 m/s² bzw. näherungsweise 10 m/s²
D = m * 4 pi²/T² = 65797 N/m das Entspricht etwa dem Gewicht von 660 kg auf 10 cm.
s = F/D = m*g/D = 0,075 m. Der Wagen sinkt um 7,5 cm ein.
T = 2 pi Wurzel(m/D) = 0,62 s und damit f = 1,6 Hz
Aufgabe 3 - Tarzan
Tarzan (m = 90 kg) schwingt an einer 10 m langen Liane.
Berechne Frequenz und Periodendauer seiner Schwingung.
Jetzt rettet er Jane (m = 50 kg) von einem Ast und schwingt mit ihr gemeinsam. Erkläre, welchen Einfluss das auf die Periodendauer der Schwingung hat.
Schwingung eines Pendels, Tarzan ist näherungsweise ein Massenpunkt an einer masselosen Liane:
T = 2 pi Wurzel( l/g )
T = 2,1 s und f = 0,48 Hz
Keinen. Bei einem Pendel hängt die Frequenz/Periode nicht von der Masse ab sondern nur von der Länge des Pendels. Mit der zusätzlichen Masse erhöht sich zwar die Rückstellkraft aber auch die Trägheit. Beide Wirkungen gleichen sich im Quotienten m/D aus.
Aufgabe 4 - Feder-Schwere-Schwinger ohne und mit Dämpfung
Im ersten Versuch zu mechanischen Schwingungen habt ihr Massenstücke an einer Feder auf- und ab schwingen lassen.
Bei einem Versuch wird ein Massenstück mit m = 0,500 kg an eine Feder gehängt. Dabei verlängert sich die Feder um 0,50 m. Berechne Federkonstante D, Periodendauer T und Frequenz der Schwingung.
In Anschlussversuchen werden zwei Mechanismen der Dämpfung untersucht. Einmal hängt das Massenstück an einem Faden, der an einer Stange reibt. Im anderen Versuch wird an das Massenstück ein Pappkarton angebracht, der die Schwingung durch Luftwiderstand bremst. Durch ein Messverfahren wird von beiden Schwingungen der Verlauf s(t) (Auslenkung in Abhängigkeit von der Zeit) aufgenommen. Erläutere, wie sich beide Schwingungsverläufe voneinander unterscheiden.
Ausdehung und Federkonstante wie bei Tarzan, Periodendauer auch wie bei Tarzan.
Denkt beim Dämpfen dran, dass ...
... die Reibungskraft zwischen Faden und Stange immer gleich ist, egal wie schnell es sich bewegt,
... die Reibung in Luft sich deutlich abschwächt, wenn die Bewegung langsamer wird.
D= F/s = 9,8 N/m
T = 2 pi Wurzel(m/D) = 1,42 s und f = 0,705 Hz
Bei Reibung vom Faden an Stange, also der Reibung zweier fester Körper ist die bremsende Reibungskraft unabhängig von der Geschwindigkeit. Das heißt, auch wenn das Pendel schon langsam ist, wird es noch genau so stark gebremst wie am Anfang. Es kommt relativ schnell zum Stillstand.
Bei Reibung in Luft nimmt die bremsende Kraft stark ab mit der Geschwindigkeit. Ein langsamer Schwinger hat kaum noch Reibung und schwingt sehr lange weiter, wobei seine Amplitude dann kaum noch abnimmt.
Dienstag, 26. März 2019
Gedämpfte Schwingungen
Ihr habt 3 Federschwinger mit jeweils verschiedenen Dämpfungen.
- Einer mit Magnet, der durch eine Rolle Alufolie schwingt. Die Bremswirkung ist die einer Wirbelstrombremse, die Bremskraft hängt von der Geschwindigkeit ab wie
F = - b*v (proportional zu v, entgegengerichtet) - Einer mit einem "Pappsegel", das vom Luftwiderstand gebremst wird. Dort ist
F = - c*|v|*v (proportional zum Quadrat von v, entgegengerichtet) - Einer, bei dem die Aufhängung über eine Stange reibt. Hier ist
F = - d*v/|v| (konstanter Betrag, entgegengerichtet)
Nehmt von allen drei Bewegungen ein Video auf. Wählt die Einstellung so, dass der Schwinger gut sichtbar im Bild ist und ausreichend Raum einnimmt.
Ladet das Video in das Videoanalyseprogramm VIANA.
Vieles ist selbsterklärend. Ihr müsst den Maßstab im Bild festlegen, ihr müsst einen Urspung definieren, ihr müsst die Objekterkennung vorbereiten - dafür einen Bereich festlegen, in dem das Objekt bleibt, mit der Maus seine Farbe festlegen - und zuletzt die automatische Analyse starten.
Lasst euch das t-y-Diagramm (Höhe des Schwingers über der Zeit) aufgetragen und gebt euch die Daten in Excel oder LibreOffice aus für die weitere Bearbeitung.
Mittwoch, 13. März 2019
Sonntag, 17. Februar 2019
Rechnungen im Übungsblatt zur Selbstinduktion
Aufgabe 1
Aufgabe 2
- Die Stromstärke erreicht allmählich einen asymptotischen Wert, einen "Plateauwert", den sie nicht überschreiten kann, weil der lange dünne Draht in der Spule einen Ohmschen Widerstand R hat.
Sie erreicht diesen Wert nicht sofort, weil mit dem wachsenden Strom ein magnetischer Fluss in der Spule entsteht, was eine Spannung induziert, die - nach Lenz - gegen die äußere Spannungsquelle wirkt. Dieses Phänomen heißt Selbstinduktion. - Plateauwert I0 = 1,2 A. U0 = 12 V. R = U0/I0 = 10 Ohm
Wachstumsrate des Stroms I'(0) = 1,2A/0,5ms = 1,2A/0,0005s = 2400A/s
L = U0/I'(0) = 12 V / (2400 A/s) = 0,005 H - W = 1/2 * L * I² = 0,5*0,005*1,44 J = 0,0036 J
Aufgabe 2
- In Luft ist myr = 1.
L = my0 * A/l * N² = 0,1047 H - I0 = U0/R = 4,5 V / 100 Ohm = 0,045 A
- I(t) = 0,045 A * (1 - e^(-100 Ohm/0,1047 H * t)) = 0,045 A * (1 - e^(- t / 0,001047s))
man wählt also am besten eine Skala mit Millisekunden auf der x-Achse und 0,01 A auf der y-Achse. - L = 0,4189 H, I0 = 0,0225 A
I(t) = 0,0225 A * (1 - e^(-t / 0,002094 s))
der Plateauwert ist halb so hoch und wird doppelt so spät erreicht. - Der Plateauwert I0 bleibt gleich, er hängt nicht von L ab.
In beiden Fällen steigt L auf das 100-fache. Daher nähert sich I(t) nur 1/100-mal so schnell dem Plateauwert. Das wären
I(t) = 0,045 A * (1 - e^(-t / 0,1047 s)) bzw. 0,0225 A * (1 - e^(-t / 0,2094 s) - ohne Kern W = 4,24*10^-5 J für beide Spulen und mit Kern W = 4,24 * 10^-3 J
Beide Spulen geben den gleichen WErt, weil die 4-mal so große Induktivität L mit dem 1/4-mal so großen I² multipliziert wird. Halber Strom -> 1/4 noch im I².
Dienstag, 12. Februar 2019
leifiphysik
Auf den Seiten von leifiphysik findet man viel über Grundwissen und Versuchen erklärt, dann Aufgaben mit Lösungen:
https://www.leifiphysik.de/elektrizitatslehre/elektromagnetische-induktion
und hier das Grundprinzip des Transformators
https://www.leifiphysik.de/elektrizitatslehre/transformator-fernubertragung
https://www.leifiphysik.de/elektrizitatslehre/elektromagnetische-induktion
und hier das Grundprinzip des Transformators
https://www.leifiphysik.de/elektrizitatslehre/transformator-fernubertragung
Themen für die nächste Klausur
unser Buch ist gar nicht schlecht, um sich alles nochmal anzuschauen, und auch die Übungsaufgaben sind gut.
Ich wollte die Klausur mit Themen aus der Induktion machen. Also, wie Bewegung in einem Magnetfeld und wie Änderung des Magnetfelds zu einer Spannung und zu Strom führt. Dazu im Einzelnen ab Seite 50:
Abschnitte
2.1.1 Induktionsgesetz
2.1.2 bewegtes Leiterstück im Magnetfeld, Transformator, Generator
2.1.3 Selbstinduktion (Achtung in Abbildung Experiment 2.9 auf S57 leuchtet die Glimmlampe unten, OBEN wäre aber richtig, DRUCKFEHLER)
2.1.5 Wirbelströme
Das Kapitel 2.1.4 zur Energie des magnetischen Felds machen wir morgen
Im Überblick auf S90 die obere Hälfte sieht man es auch noch einmal.
Aufgaben S61: 1,2,3,4,5,7,8,9
Aufgaben S88f: 3a,5,7,8, demnächst auch 4.
Ich wollte die Klausur mit Themen aus der Induktion machen. Also, wie Bewegung in einem Magnetfeld und wie Änderung des Magnetfelds zu einer Spannung und zu Strom führt. Dazu im Einzelnen ab Seite 50:
Abschnitte
2.1.1 Induktionsgesetz
2.1.2 bewegtes Leiterstück im Magnetfeld, Transformator, Generator
2.1.3 Selbstinduktion (Achtung in Abbildung Experiment 2.9 auf S57 leuchtet die Glimmlampe unten, OBEN wäre aber richtig, DRUCKFEHLER)
2.1.5 Wirbelströme
Das Kapitel 2.1.4 zur Energie des magnetischen Felds machen wir morgen
Im Überblick auf S90 die obere Hälfte sieht man es auch noch einmal.
Aufgaben S61: 1,2,3,4,5,7,8,9
Aufgaben S88f: 3a,5,7,8, demnächst auch 4.
Mittwoch, 23. Januar 2019
Praktikum am CERN im Mai 2019 - für wen wäre das was?
Vermittelt von der DPG, der deutschen physikalischen Gesellschaft.
http://www.dpg-physik.de/programme/hssip.html
und hier die direkte Seite am CERN in Genf
https://indico.cern.ch/event/750637/
http://www.dpg-physik.de/programme/hssip.html
und hier die direkte Seite am CERN in Genf
https://indico.cern.ch/event/750637/
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