1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

1 Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkungen

1 1 Der Ra m

1. Raum Zeit Materie Wechselwirkungen

1.1 Der Raum1.2 Raum und Metermaß1.3 Die Zeit1.4 Materie1.5 Wechselwirkungen

Doris Samm FH Aachen

1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

1.1 Der Raum

Wi hWir sehen:Neben-,Über- undHintereinander von Gegenständen

Objektive Beschreibung des Ortes eines Gegenstandes erfolgt durch Satz von DREI Koordinaten.

Der GegenstandzHierzu braucht manein Koordinatensystem.

gz

yrr = (x, y, z)

(z.B. Kartesisches Koordinatensystem)

x

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(z.B. Kartesisches Koordinatensystem)

1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

Frage: Wo stell‘ ich das Koordinatensystem hin?Antwort: In ein Bezugssystem

Zentrum JupiterRuhendGleichförmig bewegtBeschleunigt

Beispiele

Zentrum der FHMein Auto, .....

Beschleunigt

Fragen: Sind die physikalischen Gesetze unabhängig:

1. Von der Wahl des Koordinatensystems ?1. Von der Wahl des Koordinatensystems ?

2 V d W hl d B t ?

JA !

2. Von der Wahl des Bezugssystems?NEIN !

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1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

Frage: Hat der leere Raum eine absolute,eigenständige Bedeutung?

Antwort:

Klassische Physik: Ja!Identisch ?

Raum• Dreidimensionales Kontinuum

E ilt di klidi h G t i• Es gilt die euklidische Geometrie.• Er ist homogen.• Er ist isotrop.p• Er ist absolut.

( Diese Vorstellung ist im täglichen Leben ausreichend leider aber falsch (siehe SRT))

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( Diese Vorstellung ist im täglichen Leben ausreichend, leider aber falsch (siehe SRT))

1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

1.2 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 mZur Andromedagalaxie 1022 mZur Andromedagalaxie 1022 mZum nächsten Stern (Proxima Centauri) 1016 mDurchmesser der Erde 107 mDurchmesser der Erde 10 mGröße eines Menschen 100 mVirus 10-7 mVirus 10 mRadius eines Wasserstoffatoms 10-11 mRadius eines Protons 10-15 m

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1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

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• Änderung des Geschehens• Hat 1 Richtung

t• Ist absolut (im täglichen Leben ausreichend, leider falsch (siehe SRT))

tNein, so nicht !

t

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( g ( ))

1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

Zeitmessung im Wandel der Zeit (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 technischenec sc eBundesanstalt (PTB)

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Vor 500 Jahren Beginn vor 50 Jahren

1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

Zeitstandard und ZeiteinheitBasiseinheit 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 sAlt d U i 1018Alter des Universums 1018 sMittlere Lebenserwartung 109 sLänge eines Tages 105 sLänge eines Tages 10 sLebensdauer eines Myons 10-6 sLebensdauer des instabilsten Teilchens 10-23s

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1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

1.4 Materie

Festkörper, Flüssigkeiten, Gase

„Unsere“ Materiebesteht aus 3Elementarteilchen.

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1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

A fb M iAufbau gesamte Materie

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1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

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 >> Fgravistark elektr. schwach gravi

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1. Raum-Zeit-Materie-Wechselwirkung Physik für Informatiker

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)

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