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Das selbständige Durchmischen von Teilchen verschiedener Stoffe wird als Diffusion bezeichnet. Das Phänomen ist eine Folge der thermischen Bewegung der Teilchen, die zu einer allmählichen Durchmischung führt.
Besonders ausgeprägt tritt die Diffusion bei Gasen und Flüssigkeiten auf. Auch bei festen Körpern ist sie möglich. Das wird z.B. in der Hableitertechnologie bei der Herstellung von dotierten Halbleitermaterialien genutzt.

* 29. 11. 1803 Salzburg
† 17. 3. 1853 Venedig

Er war ein österreichische Mathematiker und Physiker, der sich mit dem Licht, dem Schall und der Farbenlehre beschäftigte und auch verschiedene astronomische Untersuchungen durchführte. Bekannt ist DOPPLER heute vor allem durch einen Erscheinung, die er untersuchte und die seinen Namen trägt: Die Wellenlänge von Schall und Licht ändert sich bei einer Relativbewegung zwischen Sender und Empfänger in charakteristischer Weise. Diese Erscheinung wird als DOPPLER-Effekt bezeichnet.

Bei der Translation charakterisiert der Impuls den Bewegungszustand eines Körpers. In analoger Weise lässt sich bei der Rotation der Bewegungszustand eines rotierenden starren Körpers durch die physikalische Größe Drehimpuls kennzeichnen. Der Drehimpuls eines Körpers kann berechnet werden mit der Gleichung:

$\begin{array}{l}\overrightarrow{L}=J\cdot \overrightarrow{\omega }\\ J\text{Trägheitsmoment des Körpers}\\ \overrightarrow{\omega }\text{Winkelgschwindigkeit}\end{array}$

Analog zum Impulserhaltungssatz bei der Translation gilt für die Rotation ein Drehimpulserhaltungssatz. Er besagt, dass in einem abgeschlossenen System die Summe der Drehimpulse konstant ist, also gilt:

$\begin{array}{l}\overrightarrow{L}={\displaystyle \sum _{i=1}^n{\overrightarrow{L}}_i}={\displaystyle \sum _{i=1}^n{J}_i\cdot {\overrightarrow{\omega }}_i}=\text{konstant}\\ \overrightarrow{L}\text{Gesamtdrehimpuls}\\ {\overrightarrow{L}}_i\text{Drehimpulse der einzelnen Körper}\\ J_i\text{Trägheitsmomente der einzelnen Körper}\\ {\overrightarrow{\omega }}_i\text{Winkelgeschwindigkeiten der einzelnen Körper}\end{array}$

Dieser Drehimpulserhaltungssatz gilt in der Makrophysik einschließlich astronomischer Objekte ebenso wie im Bereich der Mikrophysik.

Bei Schraubenschlüsseln, Türklinken, Fahrrädern, Flaschenöffnern, Waagen oder Sportgeräten wirken Kräfte auf drehbare Körper. Das Drehmoment oder Kraftmoment ist die analoge Größe zur Kraft. Während die Kraft die Wirkung auf einen Körper beschreibt, der als Massepunkt angesehen werden kann und eine translatorische Bewegung ausführt, beschreibt das Drehmoment die Wirkung einer außerhalb der Drehachse angreifenden Kraft auf einen drehbar gelagerten starren Körper. Diese Wirkung kann durch solche Größen wie Drehwinkel, Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung beschrieben werden. Für das Drehmoment gilt:

$\begin{array}{l}\overrightarrow{M}=\overrightarrow{r}\times \overrightarrow{F}\text{und unter der Bedingung}\text{, dass die Kraft senkrecht}\\ \text{am Hebel angreift}\text{,}M=r\cdot F.\end{array}$

Der Druck gibt an, mit welcher Kraft ein Körper auf eine Fläche von einem Quadratmeter wirkt.

Der Druck kann allgemein berechnet werden mit der Gleichung: $p=\frac{F}{A}$
Ein Pascal (1 Pa) ist die Abkürzung für die Einheit ein Newton je Quadratmeter. Benannt ist die Einheit nach dem französischen Mathematiker und Physiker BLAISE PASCAL (1623-1662).
Druck kann in Flüssigkeiten und in Gasen auftreten. Auch feste Körper können auf andere Körper Druck ausüben.

Eine Eigenschaft von Schallwellen besteht darin, dass sie an Flächen reflektiert werden. Das gilt sowohl für Schall im hörbaren Bereich als auch für Ultraschall. Diese Eigenschaft des Schalles wird in der Technik genutzt, um die Tiefe von Gewässern zu messen oder um Fischschwärme zu orten. Das dabei angewandte Verfahren wird als Echolot bezeichnet.
In der Natur kann man Echos vor allem in den Bergen wahrnehmen. Der Effekt tritt auch unter Brücken oder in großen Räumen auf und wird dann mitunter Nachhall genannt.
Manche Tiere, z. B. Fledermäuse, nutzen das Echo zur Orientierung.

Mechanische Wellen, z. B. Wasserwellen oder Schallwellen, haben eine Reihe von charakteristischen Eigenschaften. Sie breiten sich von einem Erreger (Quelle) aus mit einer bestimmten Geschwindigkeit fort. Mit Wellen wird Energie, aber kein Stoff transportiert. Wellen können reflektiert und gebrochen werden. Es können auch Beugung und Interferenz (Überlagerung) auftreten. Darüber hinaus können mechanische Wellen absorbiert, gestreut oder polarisiert werden. Ebenfalls zu beobachten ist bei mechanischen Wellen Dispersion.

Stöße treten in Natur, Technik und Alltag in vielfältiger Art auf. Nach der Energiebilanz unterscheidet man zwischen unelastischen und elastischen Stößen. Nach der Lage der Körper, die sie beim Stoß zueinander haben, differenziert man zwischen geraden und schiefen Stößen. Darüber hinaus kann ein Stoß zentral oder nicht zentral sein. Alle genannten Arten von Stößen sind Idealisierungen, die in der Praxis nur näherungsweise auftreten.

Energieträger, die in der Natur vorhanden sind, nennt man Primärenergieträger, die in ihnen gespeicherte Energie ist die Primärenergie. Primärenergie wird häufig vor der Nutzung durch den Menschen in andere Formen umgewandelt, die sich besser transportieren, verteilen, lagern und umwandeln lassen. Diese Zwischenstufe nennt man Sekundärenergie, die betreffenden Energieträger Sekundärenergieträger. Unter Nutzenergie versteht man die Energie, die vom Menschen unmittelbar genutzt wird.

Energie kann in unterschiedlichen Formen existieren. Wichtige Energieformen sind die chemische Energie, die innere Energie, die Kernenergie, die potenzielle und die kinetische Energie sowie die Energie, die in elektrischen und magnetischen Feldern gespeichert ist (Lichtenergie, elektrische Energie, magnetische Energie), und diejenige, die in Gravitationsfeldern gespeichert ist (Feldenergie).
Objekte, die Energie besitzen, nennt man Energieträger oder Energiequellen. Zu solchen Energieträgern oder Energiequellen gehören Kraftstoffe und Heizstoffe ebenso wie die Nahrung, fließendes und angestautes Wasser, Batterien oder aufgeladene Kondensatoren. Als Energiequellen betrachtet man auch Solarzellen und Sonnenkollektoren, die Sonne und andere Sterne oder spaltbare Stoffe wie Uran oder Plutonium.

Mechanische Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Lage oder seiner Bewegung mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Strahlung auszusenden.

Spezielle Formen mechanischer Energie sind die potenzielle Energie und die kinetische Energie.
Für ein abgeschlossenes mechanisches System gilt der Energieerhaltungssatz der Mechanik.

Um eine Weltraumstation oder einen Satelliten in den Orbit zu bringen, ist eine bestimmte Arbeit im Gravitationsfeld der Erde erforderlich. Darüber hinaus muss der Station oder dem Satelliten eine bestimmte Geschwindigkeit verliehen werden, damit sie sich auf einer stabilen Bahn bewegen. Die Körper besitzen damit potenzielle und kinetische Energie. Arbeit und potenzielle Energie im Gravitationsfeld können mithilfe des Gravitationsgesetzes berechnet werden, die kinetische Energie ergibt sich aus der Masse und der Geschwindigkeit des Körpers.

Energie ist die Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen.

Die Energie ist eine Zustandsgröße und in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße. Für sie gilt der Energieerhaltuntgssatz.

Energie in ihren verschiedenen Formen wird in vielfältiger Weise genutzt. Dabei spielen unterschiedliche Eigenschaften der Energie eine wichtige Rolle:

Dabei bleibt in einem abgeschlossenen System die Gesamtenergie erhalten.

Schon frühzeitig beschäftigten sich Naturwissenschaftler mit der Frage, wie und warum sich Körper bewegen. Viele Jahrhunderte lang galt die Lehre des ARISTOTELES, dass schwerere Körper schneller fallen als leichtere. Der italienische Naturwissenschaftler GALILEO GALILEI widerlegte diese Auffassung und entdeckte, dass im Vakuum alle Körper gleich schnell fallen. Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen fand er die Gesetze des freien Falls. GALILEI war auch der erste Wissenschaftler, der das Experiment als gezielte Frage an die Natur in die Wissenschaft einführte.

Erdbeben sind natürliche Erschütterungen der Erdkruste bzw. des oberen Erdmantels. Vom Zentrum eines Erdbebens gehen Erdbebenwellen aus, die sich über Hunderte von Kilometern ausbreiten können. Es sind Längs- oder Querwellen, die sich teilweise an der Erdoberfläche und teilweise im Erdmantel ausbreiten und die auch in größerer Entfernung vom Epizentrum erhebliche Zerstörungen anrichten können.

Ein Fadenpendel ist ein einfacher mechanischer Schwinger, bei dem ein an einer Aufhängung befestigter Körper, der näherungsweise als punktförmig angesehen werden kann, in einer Ebene hin- und herschwingt.
Die Schwingungsdauer (Periodendauer) eines solchen Fadenpendels hängt nur von der Länge des Pendels und davon ab, wo sich das Pendel befindet.

Das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen wird im Wesentlichen durch die Konstruktion (z. B. Vorder-, Hinter- bzw. Allradantrieb, Fahrzeugart, Radstand, Spurweite, Achsbelastung) und das Wirken von äußeren Kräften bestimmt und wird bei besonderen Fahrsituationen (z.B. Anfahren, Bremsen, Kurvenfahrten) deutlich. Dargestellt und an Beispielen erläutert sind die unterschiedlichen Fahrzeugbewegungen, die verschiedenen Arten von Reibung, das Beschleunigen, Bremsen, Kurvenfahrten und Achsbelastungen.

Die Beschleunigung, die bei einem frei fallenden Körper auftritt, wenn der Luftwiderstand vernachlässigbar klein ist, wird als Fallbeschleunigung g bezeichnet. Ihr mittlerer Wert für die Erdoberfläche beträgt 9,81 m/s².
Die Fallbeschleunigung ist abhängig von dem Ort, an dem man sich befindet. Sie wird deshalb auch als Ortsfaktor bezeichnet. Der Ortsfaktor gibt an, wie groß der Quotient aus der Gewichtskraft eines Körpers und seiner Masse am jeweiligen Ort ist. Es gilt g = 9,81 N/kg.

Falltürme ermöglichen die Durchführung von Kurzzeitexperimenten unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit. Ein solcher Fallturm befindet sich in Bremen und wird deshalb als „Fallturm Bremen“ bezeichnet.
Bei diesem Fallturm ist es möglich, bei einer Fallhöhe von 110 m im freien Fall ca. 4,5 Sekunden lang Schwerelosigkeit zu erreichen. Die Kurzzeitexperimente werden in einer speziell konstruierten Fallkapsel durchgeführt.

Ein Federschwinger oder Federpendel ist ein einfacher mechanischer Schwinger, bei dem ein an einer elastischen Feder befestigter Körper, der näherungsweise als punktförmig angesehen werden kann, in einer Richtung hin- und herschwingt.
Die Schwingungsdauer (Periodendauer) eines solchen Federschwingers hängt von der Masse des Pendelkörpers und von den elastischen Eigenschaften der Feder ab.

Flugzeuge haben sich im Verlaufe des 20. Jahrhunderts zu einem wichtigen Verkehrs- und Transportmittel entwickelt. Trotzdem war und bleibt das Fliegen eines Flugzeuges eine relativ komplizierte Angelegenheit und erfordert insbesondere beim Starten und beim Landen viel Erfahrung. Moderne Elektronik in Verbindung mit den traditionellen Teilen eines Flugzeuges (Antrieb, Tragflächen, Höhenruder, Querruder, Seitenruder) ermöglicht heute ein relativ sicheres Fliegen von Flugzeugen mit mehreren hundert Passagieren.

Harmonische mechanische Schwingungen werden nicht nur von Federschwingern und Fadenpendel durchgeführt. Lässt man eine Flüssigkeitssäule in einem U-förmigen Rohr hin- und herschwingen, so führt diese Flüssigkeitssäule ebenfalls harmonische Schwingungen aus, wobei die Schwingungsdauer nur vom Rohrdurchmesser und vom Volumen der eingefüllten Flüssigkeit abhängig ist.
Auch ein Körper, der in einer Flüssigkeit schwimmt, kann eine harmonische Schwingung ausführen, wobei die Schwingungsdauer in diesem Falle von den Dichten des Körpers und der Flüssigkeit sowie von den Abmessungen des Körpers abhängig ist.

* 19.09.1819 Paris
† 11.02.1868 Paris

Er war ein französischer Physiker und Astronom, der auf verschiedenen Gebieten der Physik und Astronomie tätig war und u. a. mit einem Pendel die Rotation der Erde direkt nachwies, eine Methode zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit entwickelte und sich auch Verdienste um die Herstellung großer Hohlspiegel für astronomische Zwecke erwarb.