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Eine mechanische Schwingung ist eine zeitlich periodische Bewegung eines Körpers um eine Ruhelage. Solche Schwingungen kann man

• in verschiedener Weise aufzeichnen,
• in einem y-t-Diagramm darstellen oder
• mithilfe solcher physikalischer Größen wie der Auslenkung, der Amplitude, der Schwingungsdauer (Periodendauer) und der Frequenz charakterisieren.

Eine mechanische Welle ist die Ausbreitung einer mechanischen Schwingung im Raum. Beispiele für mechanische Wellen sind Wasserwellen, Schallwellen oder Erdbebenwellen.
Mechanische Wellen können beschrieben werden

• mit Ort-Zeit- und Weg-Zeit-Diagrammen,
• mit solchen physikalischen Größen wie Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz,
• mit einer Wellengleichung.

Die Dichte gibt an, welche Masse ein Kubikzentimeter Volumen eines Stoffes hat.

Die Dichte ist eine für jeden Stoff charakteristische Stoffkonstante. Sie ist abhängig von der Temperatur und vom Druck.

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

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.

Kinetische Energie (Energie der Bewegung) ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Bewegung mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden:

Kinetische Energie ist eine spezielle Form mechanischer Energie.

Potenzielle Energie (Energie der Lage) ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Lage mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden.

Potenzielle Energie ist eine spezielle Form mechanischer Energie.

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.

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 ab von der Masse des Pendelkörpers und von den elastischen Eigenschaften der Feder.

Die Fallbewegung eines Körpers, die nicht durch den Luftwiderstand behindert wird, nennt man freien Fall.
Der freie Fall ist eine gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung, wobei die Beschleunigung gleich der Fallbeschleunigung g am jeweiligen Ort ist.

Wird ein Körper von einer Flüssigkeit oder einem Gas umströmt, dann wird die Bewegung des Körpers gehemmt. Diesen Widerstand nennt man Strömungswiderstand oder im Falle von Luft auch Luftwiderstand. Die Kraft, die die Bewegung des Körpers hemmt, heißt Strömungswiderstandskraft. Sie hängt vom Körper selbst (Querschnittsfläche, Form, Oberflächenbeschaffenheit), von der Dichte des strömenden Stoffes sowie davon ab, mit welcher Geschwindigkeit der Körper umströmt wird.

Verformungsarbeit wird verrichtet, wenn auf einen Körper eine Kraft wirkt und er dadurch seine Form ändert. Eine spezielle Form der Verformungsarbeit tritt auf, wenn eine elastische Feder gedehnt wird. Für diesen Fall kann die Arbeit mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:

$\begin{array}{l}{W}_F=\frac{1}{2}{F}_E\cdot s\\ W_F=\frac{1}{2}D\cdot s^2\\ F_E\text{ Endkraft (Kraft bei der Ausdehnung }s\text{)}\\ s\text{ Dehnung der Feder (Weg)}\\ D\text{ Federkonstante}\end{array}$

Die Verformungsarbeit kann auch aus einem Kraft-Weg-Diagramm (F-s-Diagramm) ermittelt werden. Die Verformungsarbeit wird wie die anderen Arten mechanischer Arbeit in den Einheiten ein Newtonmeter (1 Nm) und ein Joule (1 J) gemessen.

Unter einem waagerechten Wurf versteht man die Überlagerung (Superposition) einer gleichförmigen Bewegung mit der Anfangsgeschwindigkeit (Abwurfgeschwindigkeit) in horizontaler Richtung und des freien Falls senkrecht dazu.
Die beiden Teilbewegungen ergeben eine resultierende (zusammengesetzte) Bewegung. Für diese resultierende Bewegung können Wege und Geschwindigkeiten rechnerisch oder zeichnerisch ermittelt werden.
Dabei ist der vektorielle Charakter von Weg und Geschwindigkeit zu beachten.
Als Bahnkurve ergibt sich eine typische Wurfparabel.

Der Wirkungsgrad eines Gerätes, einer Anlage oder eines Lebewesens gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie in nutzbringende Energie umgewandelt wird.

Der Wirkungsgrad ist damit ein Maß für die Güte der Energieumwandlung bzw. ein Maß für den Grad der Nutzbarkeit der zugeführten Energie. Er ist immer kleiner als 1 bzw. kleiner als 100 %.

Unter der Bedingung, dass keine Änderung des Aggregatzustandes erfolgt, gilt für die einem Körper zugeführte oder von ihm abgegebene Wärme:

$\begin{array}{l}Q=m\cdot c\cdot \Delta \vartheta \text{ bzw}\text{. }Q=m\cdot c\cdot \Delta T\\ c\text{ spezifische Wärmekapazität}\\ m\text{ Masse des Körpers}\\ \Delta \vartheta \text{, }\Delta T\text{ Temperaturänderung des Körpers}\end{array}$
 

Die elektrische Arbeit gibt an, wie viel elektrische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird.

Formelzeichen: W

Einheiten: eine Wattsekunde (1 $W\cdot s$), ein Joule (1 J)

Elektrische Arbeit muss man verrichten, um einen geladenen Körper in einem elektrischen Feld zu verschieben.

Für die Erkenntnis, dass alle elektromagnetischen Wellen von gleicher physikalischer Beschaffenheit sind, ist ihre einheitliche Ausbreitungsgeschwindigkeit von etwa 300 000 km/s im Vakuum von großer Bedeutung. Mit dieser Geschwindigkeit pflanzen sich zum Beispiel Lichtwellen, Röntgenwellen, aber auch Radiowellen durch den Raum hindurch fort.

Geht Licht von einem optisch dichten in einen optisch dünnen Stoff über, dann ist der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel. Bei einem Brechungswinkel von 90° gelangt das Licht gar nicht mehr in den zweiten Stoff, es verläuft entlang der Grenzfläche. Vergrößert man davon ausgehend den Einfallswinkel noch weiter, dann wird das Licht an der Grenzfläche vollständig reflektiert. Dieser Vorgang wird als Totalreflexion bezeichnet.

Rohrleitungen, Stahlbrücken oder Hochspannungsleitungen ändern bei Temperaturänderung ihr Volumen und damit auch ihre Länge. Unter der Bedingung, dass sich ein fester Körper frei ausdehnen kann, lässt sich die Längenänderung mit folgenden Gleichungen berechnen:

$\begin{array}{l}\Delta l=\alpha \cdot l_{\text{0}}\cdot \Delta T\text{ oder}\\ \Delta l=\alpha \cdot l_{\text{0}}\cdot \Delta \vartheta \\ \text{Als neue Länge }l\text{ erhält man dann:}\\ l=l_{\text{0}}+\Delta l\text{ oder}\\ l=l_{\text{0}}(1+\alpha \cdot \Delta T)\\ \text{Dabei bedeuten: }\alpha \text{ Längenausdehnungskoeffizient}\\ l_{\text{0}}\text{ Ausgangslänge}\\ \Delta T,\Delta \vartheta \text{ Temperaturänderung in Kelvin}\end{array}$
 

Als Schmelzen bezeichnet man den Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand, als Erstarren den umgekehrten Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand. Dabei gilt:

• Schmelztemperatur und Erstarrungstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
• Schmelzwärme und Erstarrungswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.

Als Sieden bezeichnet man den Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand, als Kondensieren den umgekehrten Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand.

Dabei gilt:

• Siedetemperatur und Kondensationstemperatur sind gleich groß. Sie hängen vom jeweiligen Stoff und vom Druck ab.
• Verdampfungswärme und Kondensationswärme sind für einen bestimmten Stoff ebenfalls gleich groß.

Kommen zwei Körper unterschiedlicher Temperatur in Kontakt und bleiben sie sich selbst überlassen, so erfolgt zwischen ihnen ein Wärmeaustausch und damit ein Temperaturausgleich. Es gilt das Grundgesetz des Wärmeaustausches, das folgendermaßen lautet:
Wenn zwei Körper unterschiedlicher Temperatur in engen Kontakt miteinander kommen, so gibt der Körper höherer Temperatur Wärme ab, der Körper niedrigerer Temperatur nimmt Wärme auf. Die vom Körper höherer Temperatur abgegebene Wärme ist genauso groß wie die vom Körper niedrigerer Temperatur aufgenommene Wärme.

$Q_{\text{ab}}=Q_{\text{zu}}$

Diesen Zusammenhang kann man nutzen, um z. B. die Mischungstemperatur zweier Wassermengen zu berechnen.

Das Zerfallsgesetz gibt an, wie eine bestimmte Anzahl von Atomkernen eines radioaktiven Nuklids in Abhängigkeit von der Zeit zerfällt. Es gilt:

$\begin{array}{l}N=N_{\text{o}}\cdot {\left(\frac{1}{2}\right)}^{\frac{t}{T_{1/2}}}\\ N\text{ Anzahl der noch nicht zerfallenen Atomkerne}\\ N_{\text{o}}\text{ Anzahl der zum Zeitpunkt }t\text{ = 0 vorhandenen}\\ \text{ nicht zerfallenen Atomkerne}\\ t\text{ Zeit}\\ T_{\text{1/2}}\text{ Halbwertszeit}\end{array}$

Die elektrische Stromstärke gibt an, wie viel elektrische Ladung sich in jeder Sekunde durch den Querschnitt eines elektrischen Leiters bewegt. Sie wird in der Einheit Ampere (1 A) gemessen.
Befinden sich in einem Stromkreis mit einer elektrischen Quelle mehrere Bauelemente (Widerstände, Glühlampen, Spulen, ...), so können diese in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein. Die Stromstärke, die durch das einzelne Bauelement fließt, hängt von der Art der Schaltung und vom elektrischen Widerstand des betreffenden Bauelements ab.

Transformatoren werden verwendet, um elektrische Energie eines Wechselstromes von einem Primärstromkreis auf einen Sekundärstromkreis zu übertragen. Bei dieser Übertragung kann man die Werte für die Spannungen und Stromstärken verändern. Das Funktionsprinzip von Transformatoren beruht auf der elektromagnetischen Induktion.

Der elektrische Widerstand eines Bauelementes oder Gerätes gibt an, welche Spannung für einen elektrischen Strom der Stärke 1 A erforderlich ist. Er wird in der Einheit Ohm ($1\Omega$) gemessen.
Befinden sich in einem Stromkreis mit einer elektrischen Quelle mehrere Bauelemente (Widerstände, Glühlampen, Spulen, ...), so können diese in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein. Der Gesamtwiderstand der Schaltung hängt von der Art der Schaltung und vom elektrischen Widerstand der betreffenden Bauelemente ab.