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Formelsammlung Physik
Pawletko – HvGG – 04.12.2012
Energie, Arbeit, Leistung:
Arbeit [J] 𝑊 = 𝐹 · 𝑠
Wärme [J] 𝑄 = 𝑐! ·𝑚 · 𝛥𝜗
Elektrische Energie [J] 𝐸 = 𝑈 · 𝐼 · 𝑡
Spannenergie [J] 𝐸 =12𝐷𝑠!
Kinetische Energie [J] 𝐸!"# =12𝑚𝑣!
Potentielle Energie [J] 𝐸!"# = 𝑚𝑔ℎ
Innere Energie [𝐽]
1. Hauptsatz der Thermodynamik 𝛥𝐸!""#$# = 𝑊 + 𝑄
Leistung [W] 𝑃 =𝐸𝑡
Elektrische Stromstärke [A] 𝐼 =𝑄𝑡
Elektrische Spannung [V] 𝑈 =𝐸𝑄
Elektrischer Widerstand [𝛺 ] 𝑅 =𝑈𝐼
Wirkungsgrad 𝜂 =𝐸!"#$%&%
𝐸!"!"#$#%&#'
Formelsammlung Physik
Pawletko – HvGG – 04.12.2012
Impuls:
Impuls [kg m/s]
𝑝 = 𝑚 · 𝑣
𝛥𝑝 = 𝐹 · 𝛥𝑡
𝑝 = 𝐹
Zentraler elastischer Stoß
𝑣!! =𝑚!𝑣! +𝑚! 2𝑣! − 𝑣!
𝑚! +𝑚!
𝑣!! =𝑚!𝑣! +𝑚! 2𝑣! − 𝑣!
𝑚! +𝑚!
Zentraler idealer unelastischer Stoß 𝑣! =𝑚!𝑣! +𝑚!𝑣!𝑚! +𝑚!
Rotation:
Frequenz oder Drehzahl
[Hz] oder [𝑠!!]
Anzahl der Umläufe in der Sekunde
𝑓 =1𝑇
Winkelgeschwindigkeit
Kreisfrequenz [𝑠!!]
𝜔 =Δ𝜑Δ𝑡
𝜔 =2πT= 2𝜋 · 𝑓
Bahngeschwindigkeit [m/s] 𝑣 =
2πrT
𝑣 = 𝜔 · 𝑟
Zentripetalbeschleunigung [!!!] 𝑎! =
𝑣!
𝑟= 𝜔! · 𝑟
Zentripetalkraft [N] 𝐹! = 𝑚 · 𝑎! =𝑚𝑣!
𝑟= 𝑚 · 𝜔! · 𝑟
Formelsammlung Physik
Pawletko – HvGG – 04.12.2012
Geradlinige Bewegungen:
Kraft 𝐹 =Δ𝑝Δ𝑡
= 𝑚𝑎 gl
eich
mäß
ig b
esch
leun
igte
B
eweg
ung
Zeit-Weg-Gesetz
𝑎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 =𝛥𝑣𝛥𝑡
=𝑣! − 𝑣!𝑡! − 𝑡!
𝑠 =12𝑎𝑡! + 𝑣!𝑡 + 𝑠!
Zeit-Geschwindigkeit-Gesetz 𝑣 = 𝑎 · 𝑡 + 𝑣!
(gleichförmige geradlinige Bewegung)
Zeit-Weg-Gesetz
𝑣 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 =𝛥𝑠𝛥𝑡
=𝑠! − 𝑠!𝑡! − 𝑡!
𝑠 = 𝑣 · 𝑡 + 𝑠!
Erdbeschleunigung g 𝑔 ≈ 10𝑚𝑠!
Mechanische Energieformen:
Kinetische Energie [J] 𝐸!"# =12𝑚𝑣!
Potentielle Energie [J] 𝐸!"# = 𝑚𝑔ℎ
Formelsammlung Physik
Pawletko – HvGG – 04.12.2012
Würfe:
Senkrechter Wurf nach unten 𝑣 = −𝑣! − 𝑔𝑡
𝑠 = −𝑣!𝑡 −!!𝑔𝑡!
Senkrechter Wurf nach oben
𝑣 = +𝑣! − 𝑔𝑡
𝑠 = +𝑣!𝑡 −!!𝑔𝑡!
Steigzeit : 𝑡! =!!!
Steighöhe : ℎ! =!!!
!!
Waagerechter Wurf
𝑎! = 0 𝑎! = −𝑔
𝑣! = 𝑣! 𝑣! = −𝑔𝑡
𝑠! = 𝑣!𝑡 𝑠! = −!! 𝑔 𝑡!
Bahnkurve: 𝑠! = − !!𝑔 · !!
!!
!= − !
!!!!· 𝑠!!
Wurfzeit: 𝑡! = 2ℎ/𝑔
Wurfweite: 𝑠! = 𝑣!𝑡! = 𝑣! 2ℎ/𝑔
Schiefer Wurf
𝑎! = 0 𝑎! = −𝑔
𝑣! = 𝑣! cos𝛼 𝑣! = −𝑔𝑡 + 𝑣! sin𝛼
𝑠! = 𝑣! 𝑡 cos𝛼 𝑠! = −!! 𝑔 𝑡! + 𝑣!𝑡 sin𝛼
Bahngleichung/ Bahnkurve:
𝑠! = −𝑔
2𝑣!! · cos! 𝛼· 𝑠!! + 𝑠! · 𝑡𝑎𝑛 (𝛼)
Wurfzeit: 𝑡! = 2𝑡! = 2 · !! !"# !!
Wurfhöhe: ℎ! =!!!!!"# (!) !
!
Wurfweite: 𝑠! =!!! !"#(!!)
!
Formelsammlung Physik
Pawletko – HvGG – 04.12.2012
Elektrische Ladung und Wechselwirkungskraft:
Ladung 𝑄 [𝐶] und Stromstärke 𝐼 [𝐴] 𝐼 = !"!"
bzw. 𝐼 = !"!"
bzw. 𝐼 = 𝑄
Coulombsches Gesetz:
(Elektrische Feldkonstante 𝜖! = 8,854 · 10!!" !!·!!
!·!! )
𝐹 = !!!"!
· !!·!!!!
𝑄!,𝑄!: Ladung zweier punktförmiger Körper oder Metallkugeln, 𝑟 : Abstand der Körper bzw. der Kugelmittelpunkte
Elektrisches Feld:
Elektrische Feldstärke 𝐸 [𝑉/𝑚] 𝐸 = !!!"
(Kraft 𝐹 auf eine Probeladung 𝑞!")
Elektrische Feldstärke im homogenen Feld eines Plattenkondensators
𝐸 = !!
( 𝐸 = !!!!!
mit 𝜎 = 𝑄/𝐴 )
𝑈: Spannung zwischen den Kondensatorplatten
𝑑: Abstand der Kondensatorplatten
Elektrische Feldstärke 𝐸 im Radialfeld eines punktförmigen Körpers oder einer Metallkugel mit der Ladung 𝑄:
𝐸 =14𝜋𝜖!
·𝑄𝑟!
Elektrisches Potential 𝜑 [𝑉] 𝜑 = !!!"
(pot. Energie 𝑊 einer Probeladung 𝑞!")
Elektr. Spannung 𝑈 [𝑉] zwischen Punkten A und B 𝑈 = 𝜑! − 𝜑! = 𝛥𝜑
potentielle Energie einer Ladung 𝑞 in einem Punkten
A und B der Spannungsdifferenz 𝑈 [𝑉]:
𝑊 = 𝑈 · 𝑞
Elektrisches Potential 𝜑 [𝑉] eines Radialfeldes 𝜑 =14𝜋𝜖!
·𝑄𝑟
Kondensatoren:
Kapazität 𝐶 [𝐹] 𝐶 =𝑄𝑈=𝜎𝐴𝑈
Kapazität eines Plattenkondensators 𝐶 = 𝜖!𝜖!!! (𝜖!: relative Permittivität)
A: Fläche der Kondensatorplatten, d: Abstand der Kondensatorplatten
Spannung 𝑈 beim Laden und Entladen eines Kondensators der Kapazität 𝐶 über einen Widerstand 𝑅
𝑈(𝑡) = 𝑈!(1 − 𝑒! !!"!) (beim Laden)
𝑈(𝑡) = 𝑈!𝑒! !!"! (beim Entladen)
Energie 𝑊 [𝐽] des elektrischen Feldes 𝐸 in einem Plattenkondensator.
𝑊 = !!𝜖! · 𝐴 · 𝑑 · 𝐸!
Formelsammlung Physik
Pawletko – HvGG – 04.12.2012
Die Richtung der magnetischen Feldlinien gibt in jedem Punkt an, wie sich der Nordpol einer frei drehbaren kleinen Magnetnadel ausrichtet.
Die magnetischen Feldlinien verlaufen vom magnetischen Nord-‐ zum magnetischen Südpol.
Magnetische Feldstärke (Flussdichte): 𝑩
𝐵 =𝐹𝐼 · 𝑠
(Kraft F auf einen von Stromstärke I durchflossenen Leiter der Länge s, der Senkrecht zu den magnetischen Feldlinien steht)
Einheit Tesla 𝑇 = !!·!
Lorentzkraft 𝑭𝑳
𝐹! = 𝑞 · 𝑣 · 𝐵 · sin𝛼 𝑞: Ladung 𝑣: Geschwindigkeit 𝐵: magnetische Feldstärke 𝛼: Winkel zwischen den Feldlinien und der Bewegugsrichtung
Magnetische Feldstärke in einer langen materiegefüllten Spule
𝐵 = 𝜇! · 𝜇! · 𝐼 ·𝑁𝑙
𝜇!: magnetische Feldkonstante 𝜇! = 4𝜋 · 10!! !"
!𝑚
𝜇!: relative Permeabilität des Materials N: Windungszahl der Spule l: Länge der Spule I: Stromstärke in der Spule
Kreisbahn elektrisch geladener Teilchen in einem homogenen Magnetfeld (Feldlinien senkrecht zu Bahn) 𝐹! = 𝐹! →
𝑟 =𝑚 · 𝑣𝑞 · 𝐵
𝑟: Radius 𝑣: Teilchengeschwindigkeit 𝑞: Teilchenladung 𝐵: magnetische Feldstärke
Hallspannung 𝑼𝑯 (Hallefekt)
𝑈! = 𝑅! ·𝐼𝑑· 𝐵
𝑅!: Hallkonstante des Materials 𝐼: Stromstärke 𝑑: Ausdehnung der Hallsonde in Richtung der Feldlinien