Optik in der Realschule

1Was versteht man unter Bewegung?Beobachten:

Beschreiben:Ortsvernderung in einem bestimmten Zeitraum

Messen: Objektivierte Darstellung durch Vergleiche mit allgemein gltigen Standards: Lngenma, Zeitma

Bezugssystem: Um von Ruhe oder Bewegung eines Krpers sprechen zu knnen, muss man sein Bezugssystem betrachten. Oft wird die Erde als Bezugssystem gewhlt, fr astronomische Bewegungen auch die Sonne. z.B.: Eine Person in einem fahrenden Zug ruht im Bezugssystem Zug, bewegt sich aber zum Bezugssystem Erde.

Bewegung

Abbildung Motorrad: lizenzfrei aus Internet12MasystemeLngenma 1m:seit 1983: Strecke des Lichts whrend des 299.793.458-ten Teils einer Sekunde

Zeitma 1s: seit 1967: SI-Sekunde: 9192631730-fache Periode der Hyperfeinstruktur-Aufspaltung im Cs-Atom (Isotop 133Cs , 100% Vorkommen)Bewegung

133Cs -Atome (6s1 Elektronenkonfiguration) tragen ein magnetisches Dipolmoment. Dipole zeichnen sich (wie der Name schon sagt) durch zwei Pole aus. Der eine wird nach Norden gezogen, der andere nach Sden. Sofern das Feld homogen ist, sind beide Krfte gleich gro und heben sich dadurch auf,d.h. es wirkt zwar ein ausrichtendes Moment auf den Dipol, jedoch keine resultierende Kraft. 3MasystemeLngenma 1m:seit 1983: Strecke des Lichts whrend des 299.793.458-ten Teils einer Sekunde

Zeitma 1s: seit 1967: SI-Sekunde: 9192631730-fache Periode der Hyperfeinstruktur-Aufspaltung im Cs-Atom (Isotop 133Cs , 100% Vorkommen)Bewegung

DE = h n,Mikrowellenfrequenzen

Spektrallinie bei n = 9,2 GHzmit Linienbreite 50 500 Hz4Gleichfrmige BewegungMessung von Strecke und Zeit

sReset0,19 sStrecke s 0 m 1 m 2 m 4 m

Zeit t nicht definiert0,19 ss0,38 s 0,38 s

s0,76 s 0,76 sBewegungAbbildung Zug: lizenzfrei aus Internet4Gleichfrmige BewegungMesswertetabelle

5Strecke s0 m 1 m 2 m 4 m Zeit t nicht def. 0,19 s 0,38 s 0,76 s Quotient s/tnicht def. 5,26 m/s5,26 m/s5,26 m/s DiagrammdarstellungDiagrammauswertung:

Ursprungsgerade Proportionalitt: ( t ~ s )

mathematische Umformung:

Festlegung: Konstante heit v: Geschwindigkeit

Formelgleichung v = s / t

Die Geschwindigkeit eines Krpers beschreibt das Verhltnis von zurckgelegter Strecke s zur dafr bentigten Zeit t.

BewegungGleichfrmige Bewegung:Beispiele und Anwendung6

BewegungUmrechnung von GeschwindigkeitseinheitenUmrechnung von in :

Allgemein:

Umrechnung von in :

Allgemein: 7

Bewegung8Gleichmig beschleunigte BewegungResetResetResetResetDs = 57,0 cm

Av0Abbildung Zug: lizenzfrei aus Internet8Gleichmig beschleunigte Bewegungt in s s in mv0 in m/sv0/t in m/s0nicht definiertnicht definiert nicht definiert11,5 1,51,526 31,5424 61,5654 91,5896 121,59Messungen einer beschleunigten Bewegung mit unterschiedlichen Streckenlngen s, aber gleicher Beschleunigung. Eine mit der Beschleunigungszeit t anwachsende Momentangeschwindigkeit v0. DiagrammdarstellungBewegung10Gleichmig beschleunigte BewegungDarstellung im t-s-Diagramm

Problem: Messmethode gibt nur die mittlere Geschwindigkeit zwischen zwei Orten an! Abstnde verkleinern und stckelnAufteilung der Messstrecke in gleichlange Messabschnitte, d.h. Aufteilung in gleichlange Zeitintervalle (z.B. Videoaufnahme)Bestimmung der Momentangeschwindigkeit aus dem t-s-Diagramm: Die mittlere Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit im Mittelpunkt des Zeitintervalls.Aus den Geschwindigkeitswerten in den Mittelpunkten der Zeitintervalle ein t-v-Diagramm erstellen

Bewegung11Gleichmig beschleunigte BewegungDarstellung der mittleren Geschwindigkeitswerte im t-v-Diagramm:Verbindungslinie als Ursprungsgerade:

Die Konstante wird alsBeschleunigung a bezeichnet:v = a t

Die Dreiecksflche unter der Ursprungsgerade im (v,t) Diagrammist der zurckgelegte Weg s(t):

s0 = v0 t0 ; wird v0 noch durch a ausgedrckt (v0 = a t0): s0 = (a t0) t0 = a t0

v = atBewegungv0t0allg.:s(t) = atfr a = const.Unabhngigkeitsprinzip:12berlagerung von gleichformiger Bewegung und beschleunigter Bewegung(ohne wechselseitige Beeinflussung)

Video: Institut fr Physik der Universitt Augsburg: Das Multimediale Physikbuch12Station 1GeschwindigkeitPflichtstation

Lesestation

Geschwindigkeit ist ein Begriff, den Du mit Sicherheit kennst.

Doch was bedeutet Geschwindigkeit genau?

Beispiel:

Du fhrst mit deinen Eltern jemanden besuchen, der in Nrnberg wohnt. Fr die Strecke von 150 km bentigt ihr mit dem Auto 1 Stunde und 30 Minuten. Dies ergibt eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 100 km/h. Wie kommt man zu diesem Ergebnis?

Lsung:

Man nimmt die Strecke (150km) und teilt sie durch die dafr bentigte Zeit (1 h 30 min =1,5 h; der Buchstabe h steht fr Stunde). Das Ergebnis ist die Durchschnittsgeschwindigkeit der gefahrenen Strecke. Aus diesem Ergebnis geht nicht hervor, dass man in der Stadt langsamer und auf der Autobahn schneller als 100 fhrt.

Die zu einem bestimmten Zeitpunkt gefahrene Geschwindigkeit nennt man Momentangeschwindigkeit. Sie ist etwas schwieriger zu berech-nen. Im Auto wird sie mit dem Tachometer gemessen.

Aus dem vorangegangenen Beispiel resultiert folgende Formel fr die

Durchschnittsgeschwindigkeit: v =

Hierbei ist:v das Symbol fr die Geschwindigkeit,

s das Symbol fr die gesamte zurckgelegte Strecke und

t das Symbol fr die gesamte dazu bentigte Zeit.

Beantworte folgende Frage am Ende des Lernzirkels:

Welche der nachfolgenden Stationen beschftigt sich

- mit der Momentangeschwindigkeit: .............................

- mit der Durchschnittsgeschwindigkeit: ........................

EINBETTEN

_-191636316.unknown

Station 8GeschwindigkeitPflichtstation

Zeichnen

An dieser Station sollst Du lernen, den Streckenverlauf eines Zuges graphisch in einem Zeit-Weg-Diagramm darzustellen. Trage zu den angegebenen Zeiten die gefahrenen Kilometer ein und verbinde diese Punkte anschlieend mit einem Lineal.

Ein Zug fhrt von

Mnchen nach Dortmund:

Mnchen9:00 UhrStuttgart11:00 Uhr(200 km)

Stuttgart11:15 UhrFrankfurt12:30 Uhr(weiter 250 km)

Frankfurt13:00 UhrDortmund16:00 Uhrmit der konstanten Geschwindig-

keit 75 . Achtung! Hier musst

du zuerst die gefahrenen Kilo-

meter berechnen.

Aufgabe:

Zwischen welchen Stdten ist der Zug am schnellsten?

Kann man dies auch aus der Zeichnung erkennen, und wenn ja wie?

EINBETTEN

Weg

Zeit

_-186965468.unknown