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Wie der Name schon sagt, ist die Physik eine Naturwissenschaft, die aus dem Griechischen stammt:
physis bedeutet Natur;
physikos Mittel der Natur.
Die Physik untersucht im Allgemeinen unbelebte Materie, die Eigenschaften von Materie und die Entwicklung von Materie.
Der Hauptgegenstand des Studiums der Physik sind Körper. A Körper Es kann jedes Objekt beliebiger Größe und in jedem Aggregatzustand sein:
• künstlich hergestellte feste Gegenstände wie Teile, Geräte, Mechanismen;
• in der Natur vorkommende feste Gegenstände: Steine, Holz;
• Flüssigkeitsmengen, egal ob klein oder groß:
◦ Wasser aus einem Glas;
◦ alles Wasser eines Sees, Meeres oder Ozeans;
• Gasmengen, egal ob klein oder groß:
◦ die in einem Ballon enthaltene Luft;
◦ gesamte Erdatmosphäre;
• Himmelskörper: Planeten, Sterne;
• mikroskopische Teilchen: Moleküle, Atome, Protonen, Neutronen, Elektronen, ...
Körper haben verschiedene Eigenschaften, die in folgende Kategorien eingeteilt werden können:
• Abmessungen (Länge, Breite, Höhe, Dicke, Durchmesser, ...), Umfang, Fläche, Volumen – all dies kann als geometrische Maße bezeichnet werden;
• geometrische Form:
◦ regelmäßig: Würfel, Parallelepiped, Prisma, Pyramide, Zylinder, Kegel, Kugel;
◦ unregelmäßig;
• Position – der Ort im Raum, an dem sich ein Körper zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet;
• Geschwindigkeit – zeigt an, wie schnell sich ein Körper bewegt;
• Masse – drückt in gewisser Weise die Menge einer Substanz aus und wird in kg gemessen;
• Gewicht – zeigt an, wie stark das jeweilige Objekt von der Erde oder möglicherweise einem anderen Himmelskörper nach unten gezogen wird. Gewicht ist eine Art Kraft und wird in N (Newton) gemessen. Ein Objekt mit einer Masse von 1 kg hat hier auf der Erde ein Gewicht von 9,81 N, aber auf dem Mond wird es mit nur 1,63 N viel leichter.
Unter bestimmten Umständen hat ein Körper kein Gewicht mehr, sondern behält seine Masse, sodass Masse und Gewicht unterschiedliche Begriffe sind, die nicht verwechselt werden sollten.
• Dichte;
• Härte;
• chemische Zusammensetzung – aus welchen Stoffen es besteht und in welchen Anteilen;
• Feuchtigkeit;
• thermischer Zustand – Temperatur;
• Aggregatzustand: fest, flüssig, gasförmig, Plasma;
• Schmelz-, Siedetemperatur;
• Druck;
• Farbe;
• Oberflächentextur;
• Oberflächenaussehen: glänzend, matt;
• der Geschmack;
• der Geruch;
• physische Abnutzung – bei Werkzeugen;
• moralischer Verschleiß – wenn es sich um verschiedene Geräte oder Anlagen handelt, die technisch veraltet sind oder nicht;
• moralische Eigenschaften: Wohlwollen, Wohlwollen, Großzügigkeit, Geiz – wenn es um Menschen geht;
• ästhetischer Wert: schön, hässlich;
Es sind die Eigenschaften, die Körper objektiv haben, also unabhängig vom subjektiven Eindruck des Betrachters. Die obige Liste enthält fast ausschließlich physikalische Eigenschaften. Ich habe die Ausnahmen von Eigenschaften markiert, die es handelt sich nicht um physikalische Eigenschaften und bleiben in der Kategorie der allgemeinen Eigenschaften.
Es handelt sich um jene physikalischen Eigenschaften, die gemessen und somit quantitativ ausgedrückt werden können:
Alle geometrischen Maße (Länge, Breite, Höhe, Fläche, Volumen) können gemessen werden, es handelt sich also um physikalische Größen.
Die geometrische Form wird vorgegeben, aber nicht gemessen. Es handelt sich um eine physikalische Eigenschaft, aber nicht um eine physikalische Größe.
Gegenstände können gewogen werden. Masse und Gewicht sind physikalische Größen.
Sogar Farbe kann quantitativ ausgedrückt werden, das heißt, sie kann auf irgendeine Weise gemessen werden. Blaues Licht hat beispielsweise eine Wellenlänge von 450 nm, grünes Licht hat 550 nm und rotes Licht hat 650 nm. Nahe Werte wie 440 nm, 560 nm oder 640 nm entsprechen bestimmten Blau-, Grün- und Rottönen.
Geschmack und Geruch gelten nicht als physikalische Größen, da es keine Möglichkeit gibt, sie zu messen.
Im Allgemeinen sind die Körper nicht isoliert, sondern bilden Systeme, in denen die Körper interagieren, das heißt, sie beeinflussen sich gegenseitig (jeder Körper wirkt auf den anderen). Ein Beispiel ist das Sonnensystem, bestehend aus Sonne und Planeten. Die Planeten kreisen um die Sonne. Warum? Denn es gibt Wechselwirkungen zwischen der Sonne und den Planeten: Es besteht eine gegenseitige Anziehung zwischen der Sonne und den Planeten. Andernfalls würden die Planeten nicht im Sonnensystem verbleiben, sondern im gesamten Universum verstreut sein. Die Wechselwirkungen der Körper sind entscheidend für eine bestimmte Entwicklung des Gesamtsystems.
Auch Wechselwirkungen sind physikalische Eigenschaften von Körpern.
Im Allgemeinen bleiben die Körper um uns herum im Laufe der Zeit nicht unverändert. Sie verändern ihre Eigenschaften: verändern ihre Position (bewegen sich), verändern ihre Form, schmelzen, verdampfen, kondensieren, kristallisieren, geben Licht ab, erwärmen sich...
Diese Veränderungen der physikalischen Eigenschaften werden physikalische Phänomene oder physikalische Prozesse genannt. Beispiele:
• der Fall von Körpern, die Bewegung der Planeten;
• Gefrieren von Wasser, Schmelzen von Eis; Dampfkondensation, Wasserverdunstung;
• Blitz, Donner;
• Lichtemission, Lichtreflexion, Regenbogen;
Physikalische Phänomene entstehen hauptsächlich aufgrund der Wechselwirkungen von Körpern.
Physikalische Phänomene treten nicht zufällig auf, sondern unter bestimmten Bedingungen und nach bestimmten Regeln, die man physikalische Gesetze nennt. Physikalische Gesetze sind wissenschaftliche Wahrheiten, die durch wiederholte Beobachtungen physikalischer Phänomene, Verallgemeinerungen, Schlussfolgerungen und Überprüfungen festgestellt werden.
Ein Beispiel ist das Gesetz der Schwerkraft. Dieses Gesetz besagt:
• alle Körper im Universum haben die Eigenschaft, dass sie sich gegenseitig anziehen;
• Je stärker die Anziehungskraft, desto mehr Masse haben die Körper und desto näher liegen sie beieinander.
Die Kenntnis physikalischer Gesetze hilft, physikalische Phänomene vorherzusagen.
Physikalische Phänomene treten überall um uns herum auf, können aber mit experimentellen Mitteln in einem speziell dafür vorgesehenen Raum, einem sogenannten Labor, reproduziert werden. Der Zweck des Experiments besteht darin, physikalische Gesetze zu beobachten, besser zu verstehen, nützliche Anwendungen dieser Gesetze zu finden und schließlich diese Wissenschaft weiterzuentwickeln.
Je nach Art der untersuchten Phänomene lassen sich die Inhalte der Physik in Themenbereiche (Kapitel) unterteilen:
• Mechanische Phänomene (Mechanik);
• Thermische Phänomene (Thermodynamik);
• Elektrische und magnetische Phänomene (Elektrizität und Magnetismus);
• Optische Phänomene (Optik).
Ich habe hier nur die Kapitel aufgelistet, die auf Niveau I studiert werden.
Logischerweise beginnt das Studium der Physik mit der Mechanik.
Die Physik hat hauptsächlich technische Anwendungen. Alle Maschinen, Mechanismen, Geräte funktionieren auf der Grundlage physikalischer Gesetze. Durch die Anwendung physikalischer Gesetze werden Naturphänomene sinnvoll genutzt.
Beispiele:
• Blitze und Blitze sind erschreckende Naturphänomene, doch heutzutage werden diese Naturphänomene häufig in technischen Anwendungen genutzt:
◦ Viele Geräte erzeugen elektrische Funken, um ein Feuer zu entfachen, wobei die Funken Miniaturblitze sind;
◦ Es kommen Lichtbogenschweißgeräte zum Einsatz. Sie erzeugen eine Art Blitz von längerer Dauer, so dass es möglich ist, Metalle zu schmelzen und zu schweißen;
◦ In Gasentladungsleuchten werden kontrollierte und anhaltende elektrische Entladungen erzeugt, die das Gas in Plasma umwandeln und Licht erzeugen, denn Plasma ist leuchtend.
• Mikropartikel (Protonen, Elektronen, Atome, Moleküle) ziehen sich gegenseitig an oder stoßen sie ab und bilden so Bindungen zwischen ihnen. Diese Wechselwirkungen führen auch dazu, dass Kräfte zwischen größeren Objekten auftreten:
◦ Magnete ziehen sich an oder stoßen ab;
◦ elektrifizierte Objekte ziehen sich an oder stoßen ab;
◦ elektrischer Strom erzeugt magnetische Effekte;
◦ Erhitzte Gase erzeugen Druck.
Motoren (elektrisch oder thermisch) nutzen die dabei entstehenden Kräfte.
