Physik

Sieben Kurse, vom geworfenen Ball zum Motor

Hier beginnt Physik mit sichtbar bewegten Gegenständen und endet bei den Strömen und Feldern im Inneren eines Motors. Die gelösten Beispiele und die meisten Zahlen stammen aus OpenStax College Physics 2e, die Konstanten vom NIST und einige Angaben zum Weltraum von der NASA. Jeder Kurs führt die Rechnungen vollständig aus. Jede Einheit endet mit einer Zusammenfassung und einem Quiz mit erklärten Antworten.

Bewegung vor Kräften, Kräfte vor Energie

Beginne mit Bewegung: Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Bewegungsdiagramme, freier Fall, Wurfbewegungen und Luftwiderstand in sieben Einheiten. Kräfte greift die offenen Fragen aus Bewegung auf und behandelt die drei newtonschen Gesetze, Reibung, Gewichtskraft und Pendel. Energie führt weiter zu Arbeit, kinetischer und potenzieller Energie, Energieerhaltung und Leistung.

Die anderen vier kannst du in beliebiger Reihenfolge anschließen. Wellen und Schall behandelt Wellenlänge und Frequenz, Schall, Interferenz, stehende Wellen auf Saiten und in Rohren sowie das elektromagnetische Spektrum. Licht führt durch Schatten, Spiegel, Brechung, Linsen und Auge, Farben und die lange Suche nach einer Messung der Lichtgeschwindigkeit. Elektrizität reicht von Ladung und ohmschem Gesetz über Reihen- und Parallelschaltungen bis zur Stromrechnung und Sicherheit; Magnetismus von Polen und Feldlinien bis zu Erdmagnetfeld, Elektromagneten, Motoren und Generatoren.

Rechnungen, die du beherrschen solltest

Erkläre, warum ein Auto bei 100 km/h die vierfache kinetische Energie wie bei 50 km/h hat. Berechne, dass ein mit 20 m/s unter 45° geworfener Ball 2.9 Sekunden in der Luft bleibt und etwa 41 m weit fliegt. Begründe, warum eine Person mit 70 kg Masse auf der Erde eine Gewichtskraft von etwa 687 N und auf dem Mond von 113 N hat, obwohl ihre Masse gleich bleibt. Miss bei einem 99.4 cm langen Pendel eine Schwingungsdauer von 2 Sekunden. Rechne einen Abstand von 3 Sekunden zwischen Blitz und Donner in eine Entfernung von etwa 1 km um.

Vier Labore, in denen die Formeln laufen

Das Bewegungslabor wirft einen Ball auf der Erde, dem Mond oder dem Mars und lässt ein Pendel schwingen, dessen Zeit es wie mit einer Stoppuhr misst. Das Energielabor betreibt eine Achterbahn mit Balken für potenzielle Energie, kinetische Energie und Wärme und zeichnet im Magnetismuskurs Feldlinien um Magnete und eine Spule, deren Windungszahl und Stromstärke du einstellst. Im Schaltungslabor schließt du Schalter, ziehst Lampen in Lücken und beobachtest, wie eine Sicherung durchbrennt, wenn drei Lampen 1.5 A durch eine 1 A-Sicherung ziehen. Das Wellenlabor zeigt Seile, Federn, Schall in einem Rohr und eine Wellenwanne und verfolgt Lichtstrahlen durch Wasser, Glas und Linsen nach dem snelliusschen Brechungsgesetz.

Wo die Physik der Intuition widerspricht

Ohne Luft fällt ein schwererer Gegenstand nicht schneller; Hammer und Feder, die 1971 auf dem Mond fallen gelassen wurden, zeigen es. Wenn du ein Seil schneller bewegst, läuft seine Welle nicht schneller: Das Seil bestimmt die Ausbreitungsgeschwindigkeit. Negative Beschleunigung bedeutet nicht immer langsameres Bewegen. Eine Tasche stillzuhalten verrichtet keine Arbeit im physikalischen Sinn, auch wenn dein Arm müde wird. Der Magnetpol nahe dem geografischen Nordpol ist im Sinne eines Magneten ein Südpol. Und ein Spiegel, der nur halb so hoch ist wie du, zeigt deinen ganzen Körper, unabhängig davon, wo du stehst.