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Physik 1. Einführung. · Leistungsnachweis (Schein) Grund-und Angleichungsvorlesung Physik • Modulklausur mit Grund-und Angleichungsvorlesung Mathematik • 3 Klausurangebote auf

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| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |

Physik 1.Einführung.

WS 18/19 | 1. Sem. | B.Sc. Catering und Hospitality Services

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Themen

• Vorlesung• Ziele• „Spielregeln“• Leistungsnachweis• Literatur

• Exkurs Lernen • Grundbegriffe der Physik

• Größen und Einheiten• Formeln wozu?

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VORLESUNG

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Was wir gemeinsam erreichen wollen

• Grundlegende physikalische Vorgänge/Denkweisen verstehen

• Problemloser Umgang mit Formeln• Einfache Berechnungen selbstständig

durchführen• Ergebnisse interpretieren können

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Anforderungen an Sie

• Aktive Mitarbeit in der Vorlesung• Nachbereitung der Vorlesung• Fragen stellen!

• Fragen, die Sie haben, haben mindestens 10 andere Studierende auch!

• Aus Fehlern und Irrtümern entsteht hoher Erkenntniszuwachs!

• Teilnahme am Tutorium

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Anforderungen an mich

• Ihre Vorbereitung durch herunterladbare Skripte unterstützen

• Verständliche Präsentation des Stoffs• Fragen stellen unterstützen• auf Ihre Fragen eingehen • Ihre Nachbereitung in der Sprechstunde

unterstützen (mittwochs 8.00 – 10.00 Uhr, Anmeldung per Email erbeten)

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Skripte

• Sind der „rote Faden“ der Vorlesung. Eigene Anmerkungen wichtig!• Aufbau der Skripte

• Foliennummern• Thema• Seiten mit Textlücken• Aufgaben• Leerseiten für Lösungen

• Finden Sie im moodle-Kurs Catering & Hospitality Services, PO 2016: Modul CH1.4 Mathematikund Physik, WS 18/19• Einschreibemethode: Selbsteinschreibung Studierende• Einschreibeschlüssel: mathe

• Dort befinden sich• Vorlesungsskripte• Aufgaben für das Tutorium• Lösungen (erst nach Beendigung des Themas im Tutorium in moodle

verfügbar)| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |

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„Spielregeln“

• Essen: Nein• Trinken: Ja • Handys: Aus / Stumm• Laptops: Ja• Unterhaltungen: Nein• Fotos/Videos/ Mitschnitte:

Nein• Sorgen Sie für sich!

Schaffen Sie für sich eine gute Lernatmosphäre!

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Tutorium zur Physik-Vorlesung

• Ziel: Üben des Stoffs der Vorlesung anhand von Aufgaben. Verständnisfragen klären

• Durchgeführt von Leonie Rennar (3. Sem. CH)• [email protected]• Mo. 14 – 16 Uhr,

und abweichende Termine, • Beachten Sie die Infos am

schwarzen Brett der Tutorien| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |

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Voraussetzungen fürs Tutorium

• Motivation zur aktiven Mitarbeit!!!• Von Ihnen mitzubringen

• Aufgaben ausgedruckt oder auf Tablet o. ä.• Vorlesung ausgedruckt oder auf Tablet o. ä.• Taschenrechner• Lineal• Stift, Papier, …• Ihre selbsterstellte Formelsammlung (Verwendung in der

Klausur L1.4 möglich, siehe Aushang)

• Sinnvoll: Gleiches Tutorium besuchen| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |

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Ablauf der Vorlesung

• 90 Min. Vorlesung (Anfangs mit Pause)• Termine bzw. Änderungen siehe LSF• In den Vorlesungen

• Demonstrationsversuche• Aufgaben gemeinsam rechnen (Bitte Taschenrechner

und Lineal mitbringen!)

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Leistungsnachweis (Schein)

Grund- und Angleichungsvorlesung Physik• Modulklausur mit Grund- und Angleichungsvorlesung

Mathematik• 3 Klausurangebote auf Basis der Vorlesungen im WS 18/19

• am Ende der Vorlesungszeit WS 18/19 (Frühjahr 2019)• am Ende der Vorlesungszeit SS 19 (Sommer 2019) • am Anfang der Vorlesungszeit WS 19/20 (Herbst 2019)

Lebensmittelphysik• Modulklausur mit Lebensmitteltechnik 1• 3 Klausurangebote auf Basis der Vorlesungen im SS 19

• am Ende der Vorlesungszeit SS 19 (Sommer 2019) • am Anfang der Vorlesungszeit WS 19/20 (Herbst 2019)• am Ende der Vorlesungszeit WS 19/20 (Frühjahr 2020)

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Literatur zur Vorlesung (Auszug)

• Physikbücher für Mittel- und Oberstufen z.B.:• Meyer, Lother; Schmidt, Gerd-Dietrich: Physik, Mannheim: Dudenverlag,

2005

• Physikbücher für das Hochschulstudium z.B.:• Kuchling, Horst: Physik – Formeln und Gesetze, München: Fachbuchverlag

Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, 2005• Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl: Physik, Weinheim: Wiley-

VCH, 2003• Tipler, Paul Allen; Mosca, Gene: Physik: Für Wissenschaftler und Ingenieure,

Berlin: Springer Spektrum, 2015• Gerthsen, Christian: Gerthsen Physik, Berlin: Springer-Verlag, 2002• Rybach, Johannes: Physik für Bachelors, München: Fachbuchverl. Leipzig im

Carl-Hanser-Verlag, 2008 • Lindner, Helmut: Physik für Ingenieure, München: Fachbuchverlag Leipzig im

Carl-Hanser-Verlag

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EXKURS LERNEN

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Lernen

Was Du mir sagst, das vergesse ich.

Was Du mir zeigst, daran erinnere ich mich.

Was Du mich tun lässt, das verstehe ich.

(Konfuzius)

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Lernen Sie Lernen! (1/2)

Empfehlungen von Lernwissenschaftlern• Nürnberger Trichter ist out!• Führen Sie ein Lerntagebuch!• Notieren Sie sich

• was behandelt wurde• was Sie verstanden haben• wo Sie „Aha-Erlebnisse“ hatten• wo Querbezüge (auch zu

anderem Lehrgebieten!) sind• welche Fragen offen blieben

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Quelle: Wikipedia

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Lernen Sie Lernen! (2/2)

• Für das Nachverarbeiten und Verfestigen (Konsolidieren) von Gelerntem benötigt das Gehirn die Tiefschlafphasen

• Gelerntes wird in der Zeit vom Hippocampus zum Kortex übertragen

• Schlafentzug beeinträchtigt das Behalten von Gelerntem

• Natürlicher und ungestörter Schlaf sind wichtige Bestandteile des Lernens

[SPITZER, 2002, S. 121 ff.]

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Quelle: Die Zeit 48/2002

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GRUNDBEGRIFFE DER PHYSIK

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Physikalische Größen

• bestehen immer aus• einer Zahl und• einer Einheit

• Beispiel:2 m

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PHYSIKALISCHE EINHEITEN

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Einheiten – wozu?

• Einheiten sind die Grundlage für den Vergleich von Ergebnissen• Beispiel Körpergrößen

• USA: 6 ft 4 in• EU: 1,96 m

• Einheiten• standardisiert • gleich

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untaugliche Einheiten

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... verschiedene Maße• 1799 gab es in Frankreich: • untaugliches Längenmaße: Fuß, Elle

• 25,0 cm (Hessen)• 31,385 cm (Preußen)• 31,6 cm (Wien)• 32,5 cm (Paris) • 42,95 cm (Sachsen)

• untaugliche Gewichtsmaße: Pfund, Lot• 1 Wiener Pfund = 32 Loth = 560,06 g,• 30 Lot = 467,404 g (Preußen) • 30 Lot = 500 g

(Deutscher Zollverein 1858) • Stein = 22 – 40 Pfund

Festlegung der Maße auf dem Markt in MeppenQuelle: Saure, Wikipedia

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standardisierte Einheiten

• Meterkonvention von 1875, internationaler Vertrag von 17 Staaten

• Vereinheitlichung durch Einführung von Normalen u.a. • Meter• Kilogramm

• beides willkürliche Einheiten• Urmeter und Urkilogramm stehen in Paris• Prototypen aus Platin-Iridium konnten erworben

werden| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |

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Definition Urmeter

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• Urmeter (1795)• 1 m ist der 10millionste Teil des

Erdquadranten• Basis: Messungen von DELAMBRE und

MECHAIN zwischen Paris und Dünkirchen

Quelle: SCHARF, MIDDELMANN 2016, S. 8

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Definition Urkilogramm

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• 1 kg ist die Masse eines Wasserwürfels mit einer Kantenlänge von 10 cm 10 cm 10 cm bei einer Temperatur von 4°C

• Prototypen sind Zylinder aus Platin-Iridium

Quelle: SCHARF, MIDDELMANN 2016, S. 9

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Definition Meter und Sekunde heute

• Größte Genauigkeit wird erreicht, wenn nur physikalische Konstanten benutzt werden

• Meter → Lichtgeschwindigkeit, Zeitmessung• 1 Meter ist jene Strecke, die das Licht im Vakuum in

1/299.792.458 Sekunden zurücklegt.

• Kilogramm → ??? Noch in Arbeit!• Problem ist das genaue (!) Zählen von Atomen

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Welche Einheit?

• Beispiel Motorenleistung:PS oder kW?• 100 PS 74 kW

• Beispiel TemperaturCelsius, Kelvin oder Fahrenheit?• 37ºC 310 K 100ºF

• bei unterschiedlichen Einheiten muss umgerechnet werden • 1 PS = 0,735 kW • 0ºC = 273,15 K = 32ºF

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Basiseinheiten des SI*-Einheitensystems

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Größe übliches Formelzeichen SI-Einheit

LängeZeitMasseTemperaturStromstärkeStoffmengeLichtstärke

*Système international d’unités

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Alle andere Einheiten…

• …lassen sich aus den Basiseinheiten des SI-Systems ableiten (zusammengesetzte Einheiten)• Fläche: [m2]• Geschwindigkeit: [m/s]

• Einige haben eine besondere Bezeichnung zu Ehren bedeutender Wissenschaftler• Kraft: Newton [N] statt [kg·m/s2] • Energie: Joule [J] statt [kg·m2/s2] • …verwendet werden

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MESSEN UND BERECHNEN

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Präfixe für physikalische Einheiten 39

Faktor Präfix Symbol Faktor Präfix Symbol1015 peta P 10-1 dezi d1012 tera T 10-2 centi c109 giga G 10-3 milli m106 mega M 10-6 mikro 103 kilo k 10-9 nano n102 hekto h 10-12 piko p101 deka da 10-15 femto f

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Dezimale Vielfache und Teile

• Zahlen umrechnen auf • SI-Einheiten• handliches Format

• Beispiele (→ Potenzgesetze!)• 1 GHz = 1·109 Hz = 1.000.000.000 Hz • 1 km = 1·103 m = 1.000 m• 1 mm = 1·10-3 m = 0,001 m• 1 nm = 1·10-9 m = 0,000 000 001 m• 100 kg = 1·102 kg (kg ist SI-Einheit!)

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Angepasste Messmethoden

• Beispiel: Längenmessung kann sich über viele Größenordnungen erstrecken

• Dicke eines menschlichen Haares0,02 bis 0,08 mm (2 … 8) · 10-5 m

• Entfernung Hochschule – Wohnungeinige km (einige 103 m)

Geeignete Messgeräte verwenden!| 10.2018 | Physik 1 CH | Einführung | Großmann |

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Rechnen mit physikalischen Größen

• Addition, Subtraktion• geht nur bei gleichen Einheiten!

1 m + 1 mm = 1 m + 0,001 m = 1,001 m• 1 m + 1 Zoll = 1 m + 2,54 cm 1,0254 m

• Multiplikation, Division• keine Beschränkungen, aber wäre

1 m 1 Zoll = 1 mZoll sinnvoll??• Gleichungen

• haben auf beiden Seiten die gleichen Einheiten! • Machen Sie vorsichtshalber immer eine

Dimensionsbetrachtung: Sind die Einheiten auf beiden Seiten gleich?

• x/8 m/s = 0,5 m·s ist sicher falsch!

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Das griechische Alphabet43

Alpha Iota Rho

Beta Kappa Sigma Gamma Lambda Tau Delta My Ypsilon Epsilon Ny Phi Zeta Xi Chi Eta Omikron Psi Theta Pi Omega

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Physikalische Formeln

• Ihre Urlaubsreise (1 Woche Kreta, Flugreise, 6 Übernachtungen im Hotel) kostet Sie 699 €.

• Wie viel würde Sie die Übernachtung kosten, wenn der Flug den Veranstalter 150 € kostet?

• Sind 14 Tage für 1.349 € teurer oder günstiger auf den Urlaubstag gerechnet?

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Allgemeingültige Formulierung

• Geht nur mit Formeln• Einfache Formeln wie diese löst man im Kopf• Preis = Flugkosten + 6 ∙ Übernachtungskosten• Alles Variablennamen• Preis bekannt, aber nicht die

Übernachtungskosten? Gleichung umstellen

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Naturwissenschaftliche Formulierung

• Naturwissenschaftler sind bequem • Variablen durch Buchstaben ersetzen, z.B.

• Preis =…• Anzahl Übernachtungen = …• Kosten Übernachtung = …• Flug = …

• …• Oder: …• Wenn man die Bedeutung der Variablen kennt, ist

diese Form einfacher zu handhaben als die Form in Klartext

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Grafische Darstellung

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LITERATUR

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Literatur

Die Zeit, 48/2002.Konfuzius: Zitat nach http://zitate.net/zitat?id=5051. Nürnberger Trichter: https://de.wikipedia.org/wiki/Nürnberger_Trichter. SAURE (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alte_Maßeinheiten.jpg),

„Alte Maßeinheiten“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode.

SCHARF, Rainer ; MIDDELMANN, Thomas: Paradigmenwechsel im Internationalen Einheitensystem (SI). In: PTB Mitteilungen 126 (2016), Nr. 2.

SPITZER, Manfred: Lernen. Gehirnforschung und die Schule des Lebens, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2002.

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