Themenfeld 3: Bewegung zu Wasser, zu Lande und in der Luft

1. Themenfeld 3: Bewegung zu Wasser, zu Lande und in der Luft

2. Wesentliche Fachwissenschaftliche Grundlagen aus der Sicht der Physik • Bewegung • Geschwindigkeit, Geschwindigkeitsänderung • Zeitmessung, Festlegung der Grundgröße Zeit • Längenmessung, Festlegung der Grundgröße Länge • Bewegung zu Lande • Bewegung in der Luft Auftrieb, • Bewegung im Wasser, Auftrieb

3. Kinematik (gr.) Bewegung • Frage: Was ist Bewegung? Was muss man angeben, um zu behaupten, dass sich ein Körper bewegt? • Bewegung: • Ein Körper ist in Bewegung, wenn er seine Lage gegenüber einem Bezugssystem verändert (Veränderung des Ortes mit der Zeit). • Jede Bewegung ist somit relativ und kann nur über ein Bezugssystem angegeben werden. • Ruhe: • Ein Körper ist in Ruhe, wenn er seine Lage gegenüber einem Bezugssystem nicht ändert.Hinweis: • Das Bezugssystem ist frei wählbar, meist die Erdoberfläche. • „Ruhe und Bewegung sind relative Begriffe!“ Newton

8. Basisgröße Länge: • Historischer Rückblick: • Im alten Ägypten: Stadion (180 m), Körpermaße : Elle und Fuß • Römer: Meile • England: Yard (Abstand Nasenspitze Daumen), Inch (Daumenbreite), Zoll • Franz. Revolution (1789: Einführung von Maßen, die unabhängig von Königen und Herrschern sein sollen. • Einführung der Einheit der Länge würde das Meter festgelegt. • Das Meter war ursprünglich festgelegt als der 10 000 000ste Teil des vom Pol bis zu Äquator Erdmeridianquadranten N – Ä • Meridian muss durch Paris gehen • Urmeter ist in Paris aufbewahrt • Heutige Meterdefinition über die Lichtgeschwindigkeit

11. Messen mit der Einheit Meter

12. Die Basisgröße Zeit • Grundlage für die Zeitmessung (histor.) ist die Bewegung der Erde um ihre eigene Achse. • a) Sterntag: Zeit einer Umdrehung der Erde um ihre eigene Achse (360°) im Raum. Gemessen wird der Meridiandurchgang ein und desselben Fissterns (Kulmination) Mittlere Sterntag: 23 h, 56, s 4,091 s • b) Sonnentag: Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Höchststände der Sonne: 24 h, 3 min, 56 s Eine Sekunde ist der 86400 Teil de mittleren Sonnentages. • Problem: Zeit für die Erdrotation ist nicht konstant Ursache: - Gezeitenbremsung - Massenverlagerung im Erdinnern, - Jahreszeitliche Schwankungen durch Luftmassen- verlagerungen • Offizielle Zeit soll sich nach d. Stand der Sonne richten ( Terrestrische Zeit) • Internationale Atomzeit: Eine Sekunde ist immer gleich! (UTC: Coordinated universal time) • UT1 Universalzeit, die an der tatsächlichen Erdrotation gekoppelt ist. • UT1 – UTC 0,9 s, dann Schaltsekunde.

15. Bewegungsarten der Translation • v = konst. v = konst. • Geradlinig gleichförmige Bewegung Gleichmäßig beschleunigte Beweg. • Beispiele: Beispiel: • Rolltreppe - frei fallende Kugel • Weltraumstation - anfahrendes Auto • fließendes Wasser

16. Bewegung zu Lande: Die geradlinig gleichförmige Bewegung ( v = konst.) Eine Bewegung heißt gleichförmig, wenn ein Köper in gleichen Zeitintervallen gleiche Wegstrecken zurücklegt • • • • • • • • 1s 1s 1s Eigenschaften: t

17. Geschwindigkeit ist eine physikalische Größe, die den Bewegungszustand eines Körpers kennzeichnet. Sie gibt an, wie schnell oder Langsam sich ein Körper bewegt. Die Geschwindigkeit ist ein vektorielle Größe Formelzeichen: Einheiten: ein Meter je Sekunde ein Kilometer je Stunde Gleichung: Durchschnittsgeschwindigkeit: Physikalische Größe, die den Mittelwert der Geschwin-digkeiten eine Körpers in einem Zeitintervall angibt

26. Bewegung im Wasser: Statischer Auftrieb • Erscheinung beim Eintauchen von Körpern in Flüssigkeiten oder Gase. • Er kommt durch die Auftriebskraft zustande, die auf den vollständig oder teilweise eingetauchten Körper wirkt.

27. Auftriebskraft • wirkt in Flüssigkeiten und Gasen • ist der Gewichtskraft entgegengerichtet, • es wirken verschiedene Drücke - Seitendrücke heben sich in jeder Höhe paarweise auf, - es stellen sich Unterschiede im Schwere- druck an der Ober- und an der Unterseite es Körpers ein • - bei Gleichheit der Fläche wirken unterschiedliche Kräfte - Die resultierende Kraft ist nach obengerichtet, der Körper erfährt einen Auftrieb.

28. Der Auftrieb eines Körpers in einer Flüssigkeit ist gleich der Gewichtskraft der von ihm verdrängten Flüssigkeitsmenge

30. Bewegung in der Luft(Statische Auftrieb) • Der Traum vom Fliegen • Sage von Dädalus und Ikarus (gr. Sage) • Sage über Alexander dem Großen (356 – 313 v.u.Z) Hungrige Adler und Tragkorb • Leonardo da Vinci: Erstes Studium des Vogelfluges • Graf Launa di Terzi (Jesuitenparter): Luftboot • Gebrüder Jacques – Josef Etienne Montgolfiere (1783) • Fluggleiter von Otto von Lilienthal: Anklam 1891 • Luftschiff des Grafen Zeppelin: 3.7.1900 (Bodensee) • Erster Motorflug der Gebrüder Wright: Amerika, 1903, Nordkarolina • Weltraumflug

32. Zur Geschichte des Ballonflugs • Gebrüder Montgolfiere: Beobachtung am Kaminfeuer - Einfangen von Feuergasen - Bau eines Seidensacks, stieg bis zur Zimmerdecke (23.11.1782) - Bau eines Seidenballons (20 – 300 m Höhe) - Bau eines Ballons: O: 33 m, 2000 m Höhe - Erster Ballonflug mit mitfliegender Feuer- stelle (21.11.1783) • Franzose CESAR-CHARLES: erste Wasser- stoffballon, sehr explosiv) • Franzose BLANCHARD überquert den Kanal • Erster Ballon mit Stadtgas 1821 • Erste Überquerung des Atlantik (London – New-York • Einsatz von Ballonfliegern im Deutsch-Franz. Krieg • Weltrekorde im Ballonflug bis 11 000 m Höhe, Höhenkrankheit • nach dem 1. Weltkrieg wird Ballonfliegen zum Sport

34. Bewegung in der Luft: Dynamische Auftrieb

38. Übung • Vorschläge zur Aufnahme von Bewegungsdiagrammen (Schülerexperimente)