Tutorials Physik
In diesem Buch sind Aufgaben und Tutorials zu verschiedenen Themen der Physik zusammengefasst.
Table of Contents
- Astronomie
- Erde und Mond
- Planetenbewegung
- Zeichenhilfe für 3D-Koordinatensysteme
- Übung: Abstand Punkt Gerade
- E- und B-Felder
- Wien Filter Simulation
- Braunsche Röhre
- Induktion: Wagen mit Leiterschleife und Magnetfeld
- Bewegte Spule im Magnetfeld
- Bewegte Leiterschleife im Magnetfeld
- Fallender Metallstab im Erdmagnetfeld
- Induktion und Geschwindigkeit
- Magnetischer Fluss
- Herleitung Lorentzkraft
- Geladenes Doppelpendel
- Kugel im elektrischen Feld
- Schwingungen und Wellen
- Resonanz
- Die gedämpfte Schwingung
- Das reale Pendel
- Der Zusammenhang zwischen Kreisfrequenz, Frequenz und Schwingungsdauer
- Reflexion von Wellen
- Fourier Reihe und Spektrum
- Fourier Reihe
- Dopplereffekt, bewegter Sender
- Doppelspalt
- Bragg
- Glints bei der Reflexion
- Doppler (Empfänger bewegt sich)
- Konstruktive Interferenz am Doppelspalt
- Huygens
- Laufende Welle
- Interfenz am Gitter
- Quantenmechanik
- Fourieranalyse Freies Teilchen
- Plancksches Strahlungsgesetz
- Simulation der Beugung von Elekronen
- Kernphysik
- Zerfall von Kernen
- Relativitätstheorie
- Herleitung der Formel für die Zeitdilatation
- Lichtuhren
- Lichtuhr und Zeitdilatation
Erde und Mond
Erde un Mond drehen sich um ihren gemeinsamen Schwerpunkt.[br]Die dem Mond abgewandte Seite der Erde ist von der Drehachse 6370km+4671km entfernt.
Wien Filter Simulation
Verhalten von Elektronen in gekreuzten magnetischen und elektrischen Feldern
Die Elektronen sind zuvor mit einer Beschleunigungsspannung von 500 V beschleunigt worden. Damit beträgt die Geschwindigkeit der Elektronen 13,3*10^6 m/s.
Resonanz
Simulation von Resonanz
Variieren Sie mithilfe des Schieberegler die anregende Frequenz der Federschwingung und beobachten Sie die zeitliche Entwicklung der Auslenkung der Schwingung.[br]Geben Sie die Resonanzfrequenz an.
Fourieranalyse Freies Teilchen
Von de Broglie wissen wir, dass zu jedem Teilchen auch eine Wellenlänge der zugehörigen Wellenfunktion gehört. Dabei gibt es zunächst folgenden einfachen Zusammenhang:[br][math]\lambda=\frac{h}{p}=\frac{h}{m\cdot v}[/math]Damit sollte es zu jeder Geschwindigkeit auch eine passende Wellenlänge geben.[br]Eine Welle mit einer ganz bestimmten Wellenlänge modellieren und wir mathematisch durch eine Sinusfunktion. Eine Sinusfunktion hat einen Definitionsbereich von minus unendlich bis plus unendlich.[br]Da das Quadrat der Wellenfunktion die Wahrscheinlichkeitsdichte für das Teilchen modelliert, würde das bedeuten, dass sich das Teilchen überall aufhalten kann.[br]Das widerspricht aber der Erfahrung, dass Teilchen in einem begrenzten Raumbereich zu finden sind.[br]Die Wellenfunktion eines Teilchens kann deshalb nicht mit einer einzigen Sinusfunktion, mit einer ganz bestimmten Wellenlänge, modelliert werden.[br]Vielmehr muss man die Wellenfunktion des Teilchens als Wellenpaket mit begrenzter Ausdehnung beschreiben.[br]Ein Wellenpaket mit begrenzter Ausdehnung kann man durch die Überlagerung vieler Wellen mit unterschiedlicher Wellenlänge realisieren. Die Wellen unterschiedlicher Wellenlänge traten mit unterschiedlicher Intensität zu diesem Wellenpaket bei.[br]Deshalb erhält man ein Spektrum von Wellenlängen.[br][br]Mit dieser Animation können Sie Wellenpakete unterschiedlicher Breite durch Überlagerung von Wellen erzeugen.[br]Gleichzeitig können Sie das Spektrum visualisieren.[br]Dabei können Sie beobachten, dass ein Teilchen, welches räumlich stark eingeschränkt ist, ein breites Spektrum besitzt. Ein Teilchen mit einem breiten Wellenpaket dagegen besitzt ein schmales Spektrum.[br][br]Fazit: ein Teilchen, dessen Wellenfunktion räumlich stark eingeschränkt ist, besitzt ein breites Spektrum und damit eine große Unsicherheit in Bezug auf die Geschwindigkeit.[br][br]Heisenberg hat diese Tatsache in der Unschärferelation beschrieben:[br][br][math]\Delta x\cdot\Delta p\ge\frac{h}{4\pi}[/math][br][br][br]Variieren Sie also die Breite des Wellenpaketes und klicken Sie auf „Start Animation“.[br]Nach dem Starten der Animation wird das Spektrum berechnet.[br]Sie können die Berechnung auch für unterschiedliche Kreisfrequenzen durchführen, indem sie den Wert für die Kreisfrequenz mithilfe der Schieberegler verändern.
Zerfall von Kernen
[size=150]Zu Beginn dieser Simulation befinden sich 625 Kerne in der Probe.[br]Jeder Kern zerfällt bei jedem Schritt dieser Simulation mit der gleichen Wahrscheinlichkeit.[br]Die Anzahl der noch verbliebenen Kerne wird in der rechten Grafik dargestellt und es wird permanent eine Exponentialfunktionen an die Daten angepasst.[br]Man kann beobachten, dass bei dieser Simulation der Zerfall recht gut durch eine Exponentialfunktionen modelliert werden kann.[/size]