Physik - Cheatsheet

Newtonsche Gesetze

Definition:

Drei grundlegende Prinzipien der klassischen Mechanik formuliert von Isaac Newton, die das Bewegungsverhalten von Körpern beschreiben.

Details:

• 1. Newtonsches Gesetz (Trägheitsgesetz): Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung, solange keine resultierende Kraft auf ihn wirkt. Formel: \[ \vec{F} = 0 \implies \vec{v} = \text{konstant} \]
• 2. Newtonsches Gesetz (Aktionsprinzip): Die Beschleunigung eines Körpers ist proportional zur resultierenden Kraft und umgekehrt proportional zur Masse. Formel: \[ \vec{F} = m \cdot \vec{a} \]
• 3. Newtonsches Gesetz (Reaktionsprinzip): Kräfte treten paarweise auf; zu jeder Kraft gibt es eine gleich große, aber entgegengesetzte Gegenkraft. Formel: \[ \vec{F}_{AB} = - \vec{F}_{BA} \]

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Definition:

Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Energieerhaltung; die Änderung der inneren Energie eines Systems ist gleich der zugeführten Wärme minus der verrichteten Arbeit.

Details:

• Mathematische Darstellung: \[ \Delta U = Q - W \]
• \( \Delta U \): Änderung der inneren Energie
• \( Q \): Zugeführte Wärme
• \( W \): Verrichtete Arbeit (Arbeit am System negativ)
• Gültig für geschlossene Systeme

Geometrische Optik

Definition:

Teilgebiet der Optik, das Licht als Strahlen behandelt; untersucht, wie Licht sich ausbreitet und wie Bilder durch Linsen und Spiegel entstehen.

Details:

• Lichtausbreitung gerade Linien
• Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel
• Brechungsgesetz (Snellius): \[n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2)\]
• Brennweite von Linsen: \[\frac{1}{f} = (n-1)\left(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}\right)\]
• Konkave und konvexe Spiegel
• Bildkonstruktion bei Linsen und Spiegeln (Brennstrahlen, Parallelstrahlen)

Wellen-Teilchen-Dualität

Definition:

Prinzip der Quantenmechanik, dass Teilchen sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften zeigen können, abhängig vom Experiment.

Details:

• Licht als Welle: Beugung, Interferenz
• Licht als Teilchen: Fotoeffekt (Photonen)
• De-Broglie-Hypothese: \( \lambda = \frac{h}{p} \)
• Heisenbergsche Unschärferelation: \( \Delta x \cdot \Delta p \geq \frac{h}{4 \pi} \)

Kinetische und potentielle Energie

Definition:

Kinetische Energie ist die Bewegungsenergie eines Körpers. Potentielle Energie ist die gespeicherte Energie aufgrund der Lage oder Position eines Körpers.

Details:

• Kinetische Energie: \( E_k = \frac{1}{2}mv^2 \) \( m \) = Masse, \( v \) = Geschwindigkeit
• Potentielle Energie (hohe Lage): \( E_p = mgh \) \( m \) = Masse, \( g \) = Erdbeschleunigung, \( h \) = Höhe

Wärmekapazität und Entropie

Definition:

Wärmekapazität ist die Menge der Wärme, die benötigt wird, um die Temperatur eines Systems um 1 K zu erhöhen. Entropie ist ein Maß für die Unordnung eines Systems.

Details:

• Wärmekapazität: \(C = \frac{dQ}{dT}\)
• Einheit: J/K
• Entropie: \(\Delta S = \int \frac{dQ_{rev}}{T}\)
• Einheit: J/K
• Zustandsgröße: Entropie hängt nur vom Zustand, nicht vom Weg ab.
• Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik: Die Entropie eines abgeschlossenen Systems nimmt niemals ab.

Induktion und Induktivität

Definition:

Induktion: Erzeugung einer elektrischen Spannung durch Änderung des Magnetfeldes. Induktivität: Eigenschaft einer Spule, elektrische Energie in Form eines Magnetfeldes zu speichern.

Details:

• Induktionsgesetz: \(\frac{d\boldsymbol{\text{B}}}{dt}\rightarrow\text{U} \)
• Fleming'sche Regel: Rechte-Hand Regel für Generatoren, Linke-Hand Regel für Motoren
• Lenz'sches Gesetz: Induzierte Spannung wirkt der Ursache ihrer Entstehung entgegen
• Induktivität (L): Maß für die Fähigkeit einer Spule, ein Magnetfeld zu erzeugen
• Selbstinduktion: Induktion in der gleichen Spule
• Einheit: Henry (H)
• Formel für Induktivität einer Luftspule (zylinderförmig): \[ L = \frac{\text{N}^2 \times \text{A}}{\text{l}} \]
• Energie in einer Induktivität gespeichert: \[ E = \frac{1}{2} L \times I^2 \]