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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.

Vor allem im Zusammenhang mit dem Erkennen und Anwenden physikalischer Gesetze, beim Durchführen von Experimenten sowie beim Arbeiten mit physikalischen Größen gibt es eine Reihe von Tätigkeiten, die immer wieder durchgeführt werden und die für die Physik charakteristisch sind.
Jede dieser Tätigkeiten lässt sich genauer kennzeichnen. Für viele Tätigkeiten lassen sich auch Schrittfolgen angeben.

Unter einer Theorie versteht man in der Physik ein umfassend ausgearbeitetes System von Gesetzen, Modellen und Aussagen über einen mehr oder weniger großen, abgegrenzten Teilbereich dieser Naturwissenschaft. Ausgehend von einer Theorie und dem damit in der Regel verbundenen mathematischen Formalismus können Sachverhalte in Natur, Technik und Alltag erklärt und Voraussagen getroffen werden, deren Wahrheitswert durch Experimente überprüfbar sein muss und durch die die Gültigkeit der Theorie gestützt oder widerlegt wird.

Die Physik und die eng mit ihr verbundene Technik beeinflussen in komplexer Weise das gesellschaftliche Leben und damit auch das Leben jedes Einzelnen. Für die in der Physik tätigen Wissenschaftler wie auch für die „Anwender“ und „Nutzer“ der Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung stellt sich damit die Frage nach der Verantwortung, die sie für die Ergebnisse ihrer Arbeit haben. Das ist eine überaus komplexe Frage, die viele unterschiedliche Aspekte beinhaltet und in verschiedener Weise beantwortet werden kann.

Vergleichen ist eine Erkenntnistätigkeit. Beim Vergleichen werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede von zwei oder mehreren Vergleichsobjekten (z. B. Körper, Stoffe, Vorgänge, Geräte) ermittelt und dargestellt.

Voraussagen ist eine Tätigkeit, die eng mit der Anwendung von Gesetzen und Modellen und damit mit dem Erklären verbunden ist. Beim Voraussagen wird auf der Grundlage von Gesetzen oder Modellen unter Berücksichtigung der gegebenen Bedingungen eine Folgerung in Bezug auf eine Erscheinung abgeleitet und zusammenhängend dargestellt.

Bewegungen können auf unterschiedlicher Bahnen in verschiedener Art erfolgen: Sie können geradlinig oder krummlinig verlaufen, können gleichförmig, gleichmäßig beschleunigt oder ungleichmäßig beschleunigt sein. Für alle speziellen Fälle lassen sich die entsprechenden Bewegungsgesetze formulieren.
Man kann die Bewegungsgesetze aber auch so allgemein formulieren, dass fast alle Spezialfälle aus ihnen ableitbar sein. Diese allgemeinen Bewegungsgesetze sind in dem Beitrag dargestellt und erläutert.

Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper bzw. ein System durch eine Kraft bewegt oder verformt wird.

Die mechanische Arbeit beschreibt einen Prozess; sie ist daher im Unterschied zur Energie eine Prozessgröße. In Abhängigkeit von den gegebenen Bedingungen können die verschiedenen Arbeiten mechanischer Arbeit (Hubarbeit, Beschleunigungsarbeit, Reibungsarbeit, Verformungsarbeit) berechnet oder aus einem Kraft-Weg-Diagramm ermittelt werden.

Die physikalischen Größen Energie und Arbeit hängen eng miteinander zusammen. Wird von einem System oder an einem System Arbeit verrichtet, so ändert sich dessen Energie. Allgemein gilt:

Die von einem System oder an einem System verrichtete Arbeit ist gleich der Änderung seiner Energie.

Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper oder ein System durch eine einwirkende Kraft bewegt oder verformt wird. Dabei unterscheidet man traditionsgemäß je nach dem betreffenden Vorgang zwischen verschiedenen Arten der Arbeit. Wichtige Arten sind

Häufig wirken bei einem Vorgang auch mehrere Arten von Arbeit.

Wird ein Körper von einer Flüssigkeit oder einem Gas umströmt, so kann eine in der Regel nach oben gerichtete Kraft auftreten. Diese Erscheinung wird als dynamischer Auftrieb, die dadurch wirkende Kraft als Auftriebskraft bezeichnet. Genutzt wird der dynamische Auftrieb vor allem bei Flugzeugen.
Er spielt auch bei Vögeln eine wichtige Rolle. Spoiler bei schnellen Fahrzeugen haben den umgedrehten Effekt. Sie sollen dafür sorgen, dass das Fahrzeug stärker auf die Straße gepresst wird.

Befindet sich ein Körper in einer Flüssigkeit oder in einem Gas, so verringert sich scheinbar seine Gewichtskraft. Diese Erscheinung wird als statischer Auftrieb bezeichnet, die der Gewichtskraft entgegen gerichtete Kraft als Auftriebskraft. Für einen Körper, der sich in einer Flüssigkeit oder in einem Gas befindet, gilt:
Die auf einen Körper wirkende Auftriebskraft ist gleich der Gewichtskraft der von ihm verdrängten Flüssigkeits- bzw. Gasmenge (archimedisches Gesetz).
Je nach dem Verhältnis zwischen der nach unten wirkender Gewichtskraft und der nach oben wirkenden Auftriebskraft sinkt, schwebt, steigt oder schwimmt ein Körper.

* 09.08.1776 Turin
† 09.07.1856 Turin

AMADEO AVOGADRO zählt zu den bedeutenden Naturwissenschaftlern des 19. Jahrhunderts und hat sich vor allem mit chemischen Problemen, aber auch mit physikalischen Fragestellungen beschäftigt. Er fand und entwickelte die chemischen Formeln einiger Verbindungen und die Möglichkeit, die Molekülmasse gasförmiger Stoffe berechnen zu können. Auf ihn geht die Aussage zurück, dass alle Gase mit dem gleichen Volumen auch die gleiche Anzahl von Molekülen enthalten, wenn Druck und Temperatur jeweils gleich sind (AVOGADRO-Konstante). Zudem erarbeitete er eine Molekularmassetabelle. Die darin enthaltenen über 15 Elemente gab er bereits mit den modernen, noch heute verwendeten Symbolen an.

Künstliche Satelliten können sich auf sehr unterschiedlichen Bahnen um die Erde oder zu anderen Himmelskörpern hin bewegen. Dabei handelt es sich um kreisförmige, elliptische oder parabelförmige Bahnen, die aber durch Triebwerke oder durch den Einfluss von Himmelskörpern verändert werden können.
Bei interplanetaren Flugbahnen sind die HOHMANN-Bahnen von besonderem Interesse.
Bei Swing-by-Manövern nutzt man das Gravitationsfeld und die Eigenbewegung von Himmelskörpern dazu, die Bahn und die Bewegung von Satelliten zu beeinflussen.

Bei der Überlagerung einer gleichförmigen Bewegung unter einem Winkel zur Waagerechten und des freien Falls in senkrechter Richtung, also bei einem schrägen Wurf, entsteht als Bahnkurve eine Wurfparabel, wenn der Luftwiderstand vernachlässigt werden kann. Kennzeichnend für eine solche Wurfparabel ist der spiegelsymmetrische Verlauf.
Bei vielen Bewegungen beeinflusst der Luftwiderstand den Bahnverlauf. Damit entstehen Kurven, die von der Idealform einer Wurfparabel abweichen und als ballistische Kurven bezeichnet werden. Die Wurfweite ist bei gleicher Anfangsgeschwindigkeit geringer als bei Wurfparabeln.

Unter einem ballistischen Pendel versteht man eine Anordnung, mit der man z.B. die Geschwindigkeit eines Geschosses bestimmen kann. Sie besteht aus einem Pendelkörper, in dem das Geschoss stecken bleibt und der durch das Geschoss bewegt wird. Unter Nutzung des Impulserhaltungssatzes und weiterer Gesetze der Mechanik lässt sich die Geschossgeschwindigkeit ermitteln.

* 08. 02. 1700 Groningen
† 17. 03. 1782 Basel.

Er war ein schweizer Mathematiker, Physiker und Mediziner.
Auf physikalischem Gebiet beschäftigte er sich insbesondere mit der Mechanik der Flüssigkeiten und Gase und fand eine Gleichung zur Beschreibung des Strömungsverhaltens von Flüssigkeiten, die heute als bernoullisches Gesetz bezeichnet wird.

Für strömende Flüssigkeiten und Gase gilt das bernoullisches Gesetz. Es ist der Energieerhaltungssatz für reibungsfreie Strömungen und besagt:

Die Summe aus dem statischen Druck, dem Schweredruck und dem Staudruck ist für eine reibungsfreie Strömung konstant. Es gilt:
$p+p_S+p_{St}=\text{konstant}$

Daraus ergibt sich bei konstantem Schweredruck ein für die Praxis wichtiger Zusammenhang: Je größer die Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit oder eines Gases ist, desto kleiner ist der statische Druck. Das ist der senkrecht zur Strömung gemessenen Druck.
Benannt ist das Gesetz nach seinem Entdecker, dem Schweizer Mathematiker, Physiker und Mediziner DANIEL BERNOULLI (1700-1782).