1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkungen
1 1 Der Raum
1. Raum Zeit Materie Wechselwirkungen
1.1 Der Raum1.2 Raum und Metermaß1 3 Die Zeit1.3 Die Zeit1.4 Materie1 5 Wechsel i k ngen1.5 Wechselwirkungen
Doris Samm FH Aachen
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
1.1 Der RaumWi hWir sehen:
Neben-,Über- undÜber undHintereinander von Gegenständen
Objektive Beschreibung des Ortes eines GegenstandesObjektive Beschreibung des Ortes eines Gegenstandes erfolgt durch Satz von DREI Koordinaten.
Der Gegenstand
Hi b ht zHierzu braucht manein Koordinatensystem.
z
y( )
rxr = (x, y, z)
( B K i h K di )
Doris Samm FH Aachen
(z.B. Kartesisches Koordinatensystem)
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
Frage: Wo stell‘ ich das Koordinatensystem hin ?
Antwort: In ein Bezugssystem
Beispiele :Grundsätzlich:
Zentrum JupiterZentrum der FHMein Auto
RuhendKonstante GeschwindigkeitBeschleunigt ?Mein Auto, ..... Beschleunigt
Fragen: Sind die physikalischen Gesetze unabhängig:Fragen: Sind die physikalischen Gesetze unabhängig:
1. Von der Wahl des Koordinatensystems ?JA !
2. Von der Wahl des Bezugssystems ?
JA !
Doris Samm FH Aachen
NEIN !
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
Frage: Hat der leere Raum eine absolute, eigenständige Bedeutung?
Antwort:
Klassische Physik: Ja!Identisch ?
Raum• Dreidimensionales Kontinuum
Es gilt die e klidische Geomet ie• Es gilt die euklidische Geometrie.• Er ist homogen.• Er ist isotrop.p• Er ist absolut.
Doris Samm FH Aachen
( Diese Vorstellung ist im täglichen Leben ausreichend, leider aber falsch (siehe SRT))
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
1 2 R d M t ß1.2 Raum und Metermaß
Basiseinheit der Länge: Das Meter (Definition)g ( )1 m = Strecke, die Licht im Vakuum
in einer Zeit von 1/299 792 458 s zurücklegt.
Beispiele für Abstände (Größenordnung):
Fernste sichtbare Galaxie 1026 mFernste sichtbare Galaxie 1026 mZur Andromedagalaxie 1022 mZum nächsten Stern (Proxima Centauri) 1016 m( )Durchmesser der Erde 107 mGröße eines Menschen 100 m
7Virus 10-7 mRadius eines Wasserstoffatoms 10-11 mRadius eines Protons 10-15 m
Doris Samm FH Aachen
Radius eines Protons 10 m
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
1.3 Die Zeit
Man beobachtet:Man beobachtet: Nacheinander von Ereignissen
Man beobachtet nicht: (Kann man das überhaupt?)
Die Zeit steht still!
Zeit (klassische Vorstellung):• 1-dimensionales Kontinuum
Ä d d G h h• Änderung des Geschehens• Hat 1 Richtung
t• Ist absolut (im täglichen Leben ausreichend, leider falsch (siehe SRT))
tNein, so nicht !
t
Doris Samm FH Aachen
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
Zeitmessung im Wandel der Zeit Zeitmessung im Wandel der Zeit (Beispiele) (Beispiele)
Sonnenuhr Wasseruhr FeueruhrSonnenuhr Wasseruhr Feueruhr
V 3 000 J h V 1 000 J hVor 3 000 Jahren Vor 1 000 Jahren
Pendeluhr Atomuhr
Physikalisch technischenBundesanstaltBundesanstalt (PTB)
Doris Samm FH Aachen
Vor 500 Jahren Beginn vor 50 Jahren
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
Zeitstandard und ZeiteinheitZeitstandard und Zeiteinheit
Basiseinheit der Zeit:1 Sekunde = Dauer von 9 192 631 770 Schwingungen
der Strahlung eines Übergangs von 133Cs
Genauigkeit: Δt/t = 10-15
Beispiele für Zeitintervalle (Größenordnung):
Lebensdauer des Protons >1039 sAlter des Universums 1018 sAlter des Universums 1018 sMittlere Lebenserwartung 109 sLänge eines Tages 105 sLänge eines Tages 10 sLebensdauer eines Myons 10-6 sLebensdauer des instabilsten Teilchens 10-23 s
Doris Samm FH Aachen
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
1 4 M t i1.4 Materie
Festkörper, Flüssigkeiten, Gase
„Unsere“ Materiebesteht aus 3Elementarteilchen
Doris Samm FH Aachen
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
A fb t M t iAufbau gesamte Materie
+ Higgs: vermittelt die Masse
Doris Samm FH Aachen
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
1.5 Wechselwirkungen (fundamentale Kräfte)
Es gibt 4 (3) fundamentale Wechselwirkungen:• Gravitation (schwere Masse)• Gravitation (schwere Masse)• Elektromagnetische WW (elektrische Ladung)• Schwache WW (schwache Ladung)• Starke WW (starke Ladung)
Stärke der WW im Vergleich:Fstark >> Felektr.>> Fschwach >> Fgravi
Doris Samm FH Aachen
1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für E-Techniker
Proton +Neutron Kern +
Atom+ Molekül +
Große Massen
Neutron= Kern
p
Elektron=Atom
Atom+ Atom + ….= Molekül
Molekül + …= Festkörper
p
n ee
ElektromagnetischeStarke GravitationElektromagnetische Wechselwirkung
Starke Wechselwirkung
(Kernkraft)
Gravitation(Massenanziehung)
Doris Samm FH Aachen
