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Ein Gedankenexperiment ist eine Methode der Erkenntnisgewinnung. Es ist ein Experiment auf gedanklicher Ebene und wird meist dann angewendet, wenn die Bedingungen für die Durchführung von Realexperimenten nicht gegeben sind oder wenn man Bedingungen, die beim Realexperiment auftreten (z.B. die Reibung), zum Verschwinden bringen will. Gedankenexperimente sind vor allem in der speziellen Relativitätstheorie häufig, werden aber auch in der klassischen Physik angewendet.

In Erscheinungen der Natur und Technik kann man durch Beobachtungen oder Experimente, aber auch durch theoretische Überlegungen Zusammenhänge zwischen einzelnen Eigenschaften von Körpern, Stoffen oder Vorgängen erkennen. Wenn sich diese Zusammenhänge unter bestimmten Bedingungen immer wieder einstellen und für eine ganze Gruppe von Objekten gelten, dann spricht man von gesetzmäßigen Zusammenhängen, Gesetzmäßigkeiten oder Gesetzen.
Gesetze in der Physik sind allgemeine und wesentliche Zusammenhänge in Natur und Technik, die unter bestimmten Bedingungen stets wirken.

Physikalische Größen sind spezielle Fachbegriffe. Sie unterscheiden sich von anderen Fachbegriffen dadurch, dass sie messbare Eigenschaften von Objekten beschreiben. Neben der physikalischen Bedeutung kann auch der Wert der Größe in Form eines Zahlenwertes und einer Maßeinheit angegeben werden. Darüber hinaus gibt es für jede Größe ein Formelzeichen.
Bei den physikalischen Größen kann man unterscheiden zwischen vektoriellen und skalaren Größen sowie zwischen Zustands- und Prozessgrößen. Einen speziellen Charakter haben Erhaltungsgrößen und Wechselwirkungsgrößen. Gesondert abgehoben werden manchmal auch Stoffkonstanten und Naturkonstanten.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) sind Basiseinheiten für sieben physikalische Größen festgelegt. Die meisten anderen Einheiten lassen sich aus diesen sieben Einheiten ableiten. Die Festlegungen über Einheiten sind international vereinbart und werden von der Generalkonferenz für Maß und Gewicht (CGPM) getroffen. Als verbindliche Basiseinheiten wurden auf der 11. Generalkonferenz für Maß und Gewicht im Jahre 1960 die heute gültigen Einheiten festgelegt, deren Definition sich aber inzwischen teilweise verändert hat, wie bei der Sekunde und beim Meter.

Interpretieren ist eine Tätigkeit, die eng mit dem Experimentieren sowie mit Gleichungen und Diagrammen verbunden ist. Beim Interpretieren wird einer verbale Aussage, einem Zeichensystem (z. B. Gleichung, Proportionalität, Messwerten) oder einer grafischen Darstellung (z. B. einem Diagramm) eine auf die Natur bezogene inhaltliche Bedeutung gegeben.

Klassifizieren ist eine Erkenntnistätigkeit. Beim Klassifizieren werden verschiedene Objekte aufgrund gemeinsamer und unterscheidender Merkmale in Klassen eingeteilt. Alle Objekte, die gemeinsame Merkmale besitzen, werden zu einer Klasse zusammengefasst. Stoffe kann man z.B bezüglich ihrer Härte, ihrer Dichte, ihrer Wärmeleitfähigkeit oder ihrer elektrischen Leitfähigkeit klassifizieren.

* 19.02.1473 Thorn (Torun)
† 24.05.1543 Frauenburg (Frombork)

Er war einer der bedeutendsten Astronomen des Mittelalters und leitete mit der Ausarbeitung des heliozentrischen Weltbildes eine der größten Revolutionen in der Geschichte der Astronomie ein. KOPERNIKUS ging davon aus, dass sich nicht die Erde, sondern die Sonne im Zentrum unseres Planetensystems befindet. Das bedeutete eine völlig neue Vorstellung über den Aufbau unseres Planetensystems. Oft spricht man in diesem Zusammenhang von der „kopernikanischen Wende“.

Messen ist eine Tätigkeit, die eng mit dem Experimentieren verbunden ist. Beim Messen wird der Wert einer Größe, d. h. der Ausprägungsgrad einer Eigenschaft, mithilfe eines Messgerätes dadurch bestimmt, dass die zu messende Größe mit einer festgelegten Einheit verglichen wird. Dazu wird in der Regel eine Messvorschrift festgelegt.

Ein Modell in der Physik ist ein ideelles (gedankliches) oder materielles (gegenständliches) Objekt, das als Ersatzobjekt für ein Original genutzt wird. Es ist eine Vereinfachung des Originals und damit der Wirklichkeit. In einigen Eigenschaften stimmt das Modell mit dem Original überein, in anderen nicht. Ein Modell ist weder richtig noch falsch, sondern nur für einen bestimmten Zweck geeignet oder nicht geeignet.
Beispiele für Modelle sind das Modell Feldlinienbild, Atommodelle, das Teilchenmodell oder Modelle von technischen Geräten.

Einige physikalische Größen in der Natur haben einen bestimmten, festen Wert, der im Laufe der Zeit immer genauer bestimmt worden ist. Man nennt solche physikalischen Größen Naturkonstanten. Typische Beispiele für solche Naturkonstanten sind die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum als die größtmögliche in der Natur auftretende Geschwindigkeit, der absolute Nullpunkt der Temperatur als die tiefstmögliche Temperatur oder die Fallbeschleunigung, die angibt, welche Beschleunigung ein Körper im Gravitationsfeld beim Fall im luftleeren Raum hat.

Die Verleihung von Nobelpreisen hatte der schwedische Chemiker und Unternehmer ALFRED NOBEL, der von 1833 bis 1896 lebte, 1895 in seinem Testament verfügt. Der Nobelpreis wird seit 1901 jeweils zum Todestag von ALFRED NOBEL am 10. Dezember in den Bereichen Physik, Chemie, Medizin/Physiologie, Literatur und Frieden verliehen. Seit 1969 erfolgt auch eine Verleihung des Nobelpreises auf dem Gebiet der Wirtschaftswissenschaften. Der Nobelpreis gilt als höchste wissenschaftliche Auszeichnung.

Die Physik ist eine Naturwissenschaft. Sie beschäftigt sich mit grundlegenden Erscheinungen und Gesetzen in unserer Umwelt und ermöglicht auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse die Erklärung und Voraussage vieler Erscheinungen in der Natur. Das Wort „Physik“ ist von dem griechischen Wort „physis“ bzw. „physikos“ abgeleitet, das „Natur“ bzw. „die Natur betreffend“ bedeutet.
Die Physik untersucht vielfältige Naturerscheinungen und wendet dabei typische Denk- und Arbeitsweisen an, die z. B. mit solchen Tätigkeiten wie dem Beobachten, dem Messen und dem Experimentieren verbunden sind. Sie kann in unterschiedlicher Weise eingeteilt werden.

Zwischen Physik und alltäglichem Leben gibt es zahlreiche Verbindungen, die uns teilweise bewusst und teilweise nicht bewusst sind. In unserem täglichen Leben können wir physikalische Gesetze und Zusammenhänge bewusst beachten und nutzen, unbewusst berücksichtigen oder auch versuchen, sie zu negieren oder zu „überlisten“. An vielen Beispielen wird deutlich: Die bewusste Nutzung bzw. Beachtung physikalischer Gesetze erleichtert unser Leben und erhöht unsere Sicherheit. Unkenntnis oder Nichtbeachtung physikalischer Gesetze können zu Unfällen oder Schäden führen.

Die Naturwissenschaften beschäftigen sich mit jeweils ausgewählten Teilbereichen der lebenden oder der nicht lebenden Natur. Im Laufe der historischen Entwicklung haben sich als die wichtigsten naturwissenschaftlichen Disziplinen die Astronomie, die Biologie, die Chemie, die Physik und die physische Geografie herausgebildet.

Ziel jeder Naturwissenschaft ist es,

• in der Natur Zusammenhänge und Gesetze zu erkennen,
• mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse Erscheinungen und Vorgänge erklären und voraussagen zu können,
• die gewonnenen Erkenntnisse zu nutzen, um das Leben der Menschen sicherer und angenehmer zu machen.

Zwischen der Entwicklung der Physik als Wissenschaft und der Entwicklung der Gesellschaft gibt es vielfältige Wechselwirkungen. Gesellschaftliche Verhältnisse können wissenschaftliche Arbeit nicht nur befördern und auf bestimmte Schwerpunkte lenken, sondern auch einschränken und behindern. Wissenschaftliche Entwicklungen und deren Anwendungen ihrerseits können gesellschaftliche Verhältnisse in erheblichem Maße beeinflussen.
Die Zusammenhänge zwischen Physik und Gesellschaft sind überaus komplex und vielgestaltig. Wir können sie nur aspekthaft beleuchten.

Die Physik ist eine wichtige Grundlage der Technik. In der Technik werden bewusst physikalische Erkenntnisse genutzt, um z. B. Geräte und Anlagen zu bauen, Informationen zu übertragen, Energie in den gewünschten Formen zu gewinnen und zum Verbraucher zu transportieren. Dabei ist oft die Natur selbst Vorbild für technische Lösungen.
Ziel technischer Entwicklungen und damit der Anwendung der Physik ist es, unser Leben sicherer und angenehmer zu machen.

* 427 v. Chr. Athen
† 347 v. Chr. Athen

Er war ein bedeutender griechischer Philosoph, der 388 v. Chr. in Athen die erste große Philosophenschule gründete und der sich auch mit mathematischen und naturwissenschaftlichen Themen beschäftigte. So vertrat PLATON u. a. die Auffassung, dass sich Himmelskörper nur auf den vollkommensten geometrischen Bahnen, den Kreisbahnen, bewegen können.

* um 100 n. Chr. Ptolemäus (Ägypten)
† um 170 n. Chr. Alexandria

Er war ein bedeutender antiker Astronom und hat auch bedeutende Werke über Mathematik, Geografie, Optik und Astrologie hinterlassen. Er entwickelte das geozentrische Weltbild mit der Erde als Mittelpunkt, das bis ins späte Mittelalter die Wissenschaft beherrschte und erst dann allmählich vom heliozentrischen Weltbild des NIKOLAUS KOPERNIKUS abgelöst wurde.

Vor allem im Bereich der Elektrizitätslehre und der Elektrotechnik werden zur anschaulichen und effektiven Darstellung Schaltzeichen und Sinnbilder verwendet. Schaltzeichen nutzt man vorrangig zur Darstellung einzelner Bauelemente, z.B. für Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Gleichrichter. Sinnbilder verwendet man vor allem zur Darstellung von Geräten und Anlagen. Eine besondere Form der Sinnbilder sind Blockschaltbilder, die der Darstellung der wichtigsten Teile einer komplexen Anlage dienen.

Das Aufsteigen von Flüssigkeiten in engen Röhren (Kapillaren) oder Hohlräumen wird als Kapillarität bezeichnet. Man kann sie z.B. unmittelbar beobachten, wenn man ein Stück Zucker mit einer Ecke in Tee oder Kaffee hält.
Für die Kapillarität gilt: Je enger eine Röhre oder ein Hohlraum ist, umso höher steigt beispielsweise Wasser. Ursache für die Kapillarität sind die Molekularkräfte und die sich daraus ergebende Oberflächenspannung der Flüssigkeit.
Es gibt auch Flüssigkeiten, bei denen genau der umgekehrte Effekt auftritt, also die Flüssigkeit in einer engen Röhre nicht aufsteigt, sondern abfällt.

* 27.12.1571 Weil
† 15.11.1630 Regensburg

Er war einer der bedeutendsten Astronomen der frühen Neuzeit und entdeckte die nach ihm benannten drei Gesetze der Planetenbewegung, die keplerschen Gesetze. Damit gehört er neben NIKOLAUS KOPERNIKUS, GALILEO GALILEI und ISAAC NEWTON zu den Wegbereitern eines neuen wissenschaftlichen Weltbildes, mit dem mittelalterliche Auffassungen überwunden und naturwissenschaftliche Erkenntnisse Grundlage der Vorstellungen wurden.

Der Astronom JOHANNES KEPLER (1571-1630) entdeckte die grundlegenden Gesetze der Planetenbewegung. Die nach ihm benannten drei keplerschen Gesetze machen Aussagen über die Bahnform von Planeten und die Stellung der Sonne (1. keplersches Gesetz), die Bewegung von Planeten längs ihrer Bahn (2. keplersches Gesetz) sowie den Zusammenhang zwischen der Größe der Bahn und der Zeit für einen Umlauf um die Sonne (3. keplersches Gesetz).

Zwischen den Teilchen von Stoffen wirken zwischenmolekulare Kräfte, auch Molekularkräfte genannt. Die Erscheinung, dass zwischen den Teilchen eines Körpers anziehende Kräfte wirken, wird als Kohäsion bezeichnet. Die zwischen den Teilchen wirkenden Kräfte heißen Kohäsionskräfte.
Die Erscheinung, dass zwischen den Teilchen verschiedener Körper anziehende Kräfte wirken, wird als Adhäsion bezeichnet. Die zwischen den Teilchen wirkenden Kräfte heißen Adhäsionskräfte.
Eine Folge der Molekularkräfte ist die Oberflächenspannung, die unter anderem dazu führt, dass Regentropfen die Form einer Kugel einnehmen.

Die Geschwindigkeiten, die ein Körper mindestens erreichen muss, um von einem Himmelskörper aus auf eine Bahn um diesem Himmelskörper zu gelangen oder um diesen Himmelskörper zu verlassen, bezeichnet man als kosmische Geschwindigkeiten. Unterschieden wird zwischen

• der 1. kosmischen Geschwindigkeit (minimale Keisbahngeschwindigkeit),
• der 2. kosmischen Geschwindigkeit (Fluchtgeschwindigkeit) und
• der 3. kosmischen Geschwindigkeit.

Welche Kräfte bei einer Kreisbewegung wirken, hängt davon ab, welches Bezugssystem man zugrunde legt. Von einem Inertialsystem (unbeschleunigtes, ruhendes Bezugssystem) aus beschrieben gilt:

Damit sich ein Körper auf einer Kreisbahn bewegt, muss auf ihn eine Kraft in Richtung Zentrum der Kreisbewegung wirken. Diese Kraft wird als Radialkraft bezeichnet. Sie bewirkt die Radialbeschleunigung und hat den Betrag:

$F_r=m\cdot \frac{v^2}{r}=m\cdot {\omega }^2\cdot r=m\cdot \frac{4{\pi }^2\cdot r}{T^2}=m\cdot 4{\pi }^2\cdot r\cdot n^2$

Zu dieser Radialkraft existiert nach dem Wechselwirkungsgesetz eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Gegenkraft, die keine besondere Bezeichnung trägt.
Von einem mitrotierenden (beschleunigten) Bezugssystem aus stellt sich der Sachverhalt anders dar: Auf einen Körper wirkt eine radial nach außen gerichtete Trägheitskraft, die als Zentrifugalkraft bezeichnet wird.