GWPh7

Grundwissen Physik 7. Klasse

Physik ist eine Naturwissenschaft, die sich mit Erscheinungen und Gesetzen in unserer Natur beschäftigt und Erklärungen und Voraussagen für Naturphänomene ermöglicht.

GWPh 7.1 Elektrischer Strom

Elektrischer Stromkreis

• Bestandteile eines Stromkreises
• Strom als Bewegung von elektrischen Ladungen
• Einfaches Atommodell

Fast die ganze Masse (ca. 99,99 %) des Atoms ist auf kleinsten Raum im Atomkern konzentriert. Der Atomkern ist im Vergleich zur Atomhülle winzig klein!

Die Atomhülle besteht aus negativ geladenen Elektronen, der Atomkern aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen.

• Wirkungen des elektrischen Stroms
• Einfache Stromkreise

Magnetismus

• Dauermagnete
• Elektromagnete

Größen zur Beschreibung des elektrischen Stromkreises

• Stromstärke

Die elektrische Stromstärke I gibt an, wie viel elektrische Ladung pro Zeit durch einen Leiter fließt. Die Stromstärke wird in der Einheit 1 Ampere (1 A) angegeben.

• Spannung

Die elektrische Spannung U ist die Ursache des elektrischen Stromflusses. Sie gibt an, wie stark der Antrieb des Stromes durch die Stromquelle im Stromkreis ist. Die Spannung wird in der Einheit 1 Volt (1 V) angegeben.

• Widerstand

Verschiedene Bauteile leiten den elektrischen Strom unterschiedlich gut. Der elektrische Widerstand R eines Bauteils gibt an, wie sehr der elektrische Stromfluss in ihm behindert wird. Die Einheit des Widerstands ist 1 Ohm ( $1~\Omega$ ).

GWPh 7.2 Kräfte

Grundgrößen der Kinematik

• Geschwindigkeit
• Beschleunigung

Kraft und Bewegungsänderung

• Kraft ist eine physikalische Größe, die ein Maß dafür angibt, wie sehr sich die Bewegung eines Körpers ändert oder wie sehr sich ein Körper verformt. Kräfte werden in der Einheit "Newton" (1 N) angegeben.

• Kraftpfeile

• Kräftegleichgewicht:

Zwei Kräfte, die an einem Körper angreifen, sind im Gleichgewicht, wenn sie gleichen Betrag und entgegengesetzte Richtung und gleiche Wirkungslinie besitzen.

• Trägheitssatz:

Wirkt auf eine Körper keine (resultierende) Kraft, so ändert sich sein Bewegungszustand nicht.

• Kraft als Ursache von Bewegungsänderungen
• Grundgesetz der Mechanik:

$F=m\cdot a$

Kraft = Masse mal Beschleunigung

• Wechselwirkungsgesetz:

Übt der Körper A eine Kraft (actio) auf den Körper B aus, so übt B auf A die Gegenkraft (reactio) aus. Kurz: "actio gegengleich reactio".

Kraftarten und ihre Ursachen

• Gravitationskraft, Gewichtskraft und Fallbeschleunigung
• Elektrische Kraft
• Reibungskräfte
• Magnetische Kräfte

Kraft und Verformung

• Gesetz von Hooke mit Ausdehungs-Kraft-Diagramm

GWPh 7.3 Optik

Die Optik ist die Lehre vom Licht.

Geradlinige Ausbreitung des Lichts

• Licht und Schatten:

Lichtquellen sind alle Körper, die selbst Licht aussenden (Sonne, Feuer, Lampe, ...).

Licht breitet sich geradlinig und nach allen Seiten aus, solange es nicht daran gehindert wird. Die geradlinige Lichtausbreitung wird durch Lichtstrahlen modellhaft verdeutlicht. Im Vakuum und in Luft beträgt die Lichtgeschwindigkeit etwa 300000 km/s.

Schatten bilden sich aufgrund der geradlinigen Lichtausbreitung bei Beleuchtung hinter lichtundurchlässigen Körpern.

Eine Sonnenfinsternis entsteht, wenn der Mond sich so zwischen Sonne und Erde schiebt, dass der Mondschatten auf die Erdoberfläche fällt.

Eine Mondfinsternis entsteht, wenn sich der Mond in den Schatten der Erde bewegt.

Die verschiedenen Mondphasen kommen dadurch zustande, dass wir immer nur den jeweils von der Sonne beleuchteten Teil des Mondes sehen (hat nichts mit dem Schatten der Erde zu tun!).

Bilder bei Spiegeln und Sammellinsen

An glatten Oberflächen (z.B. Spiegeln) wird das Licht in eine bestimmte Richtung reflektiert.

• Reflexionsgesetz:

Wird Licht an einer Fläche reflektiert, so ist der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel.

Dabei liegen einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl in einer Ebene.

• Spiegelbilder:

Realer Gegenstand und virtuelles Spiegelbild sind bei einem ebenen Spiegel symmetrisch bezüglich der Spiegelebene.

Original und Spiegelbild sind gleich groß und gleich weit von der Spiegelebene entfernt. Dabei wir weder oben mit unten noch rechts mit links vertauscht! Der Spiegel vertauscht allerdings die ihm zugewandte mit der ihm abgewandten Seite. Dadurch wechselt die Händigkeit. Wenn sich der Beobachter in die Lage seines Spiegelbildes versetzen möchte, so erscheint es ihm, als ob rechts und links vertauscht wären.

• Brechung des Lichtes:

Wenn Licht schräg durch eine Grenzfläche zwischen einem optisch dünnerem und einem optisch dichteren Medium (Luft und Glas, Luft und Wasser, Wasser und Glas, ...) hindurchtritt, erfährt es eine Richtungsänderung. Diese Erscheinung nennt man Brechung. Nur bei senkrechtem Lichteinfall erfolgt keine Ablenkung. Der Teil des Lichtsstrahls, der nicht durch die Grenzfläche hindurchtritt, wird an dieser reflektiert.

Beim Übergang in ein optisch dichteres Medium wird der Lichtstrahl an der Grenzfläche zum Einfallslot hin gebrochen. Der Lichtweg bei der Brechung ist umkehrbar!

• Abbildung durch Linsen:

Nach dem durch Brechung bewirkten Strahlenverlauf unterscheidet man zwischen Sammellinsen und Zerstreuungslinsen:

Zur Konstruktion des Bildes eines Gegenstandes an einer dünnen Sammelinse können Parallelstrahlen, Mittelpunktsstrahlen und Brennpunktstrahlen genutzt werden:

Sammellinsen werden zur Erzeugung von Bildern beim Auge, Foto, Lupe, Mikroskop und Fernrohr verwendet. Die entstehenden Bilder können kleiner, größer oder genauso groß wie der Gegenstand sein - je nach Abstand des Gegenstandes von der Linse ("Bewegungsregel").

• Auge und Fehlsichtigkeit

Weitsichtigkeit:

Wenn der Glaskörper zu kurz oder die Augenlinse zu flach ist, dann sieht diese Person ferne Gegenstände scharf aber nahe Gegenstände jedoch unscharf. Eine Korrektur kann mittels einer Sammellinse geschehen.

Kurzsichtigkeit:

Wenn der Glaskörper zu lang oder die Augenlinse zu krumm ist, dann sieht diese Person nahe Gegenstände scharf aber ferne Gegenstände jedoch unscharf. Eine Korrektur kann mittels einer Zerstreungslinse geschehen.

Farben

• Spektrale Zerlegung des weißen Lichts

• Regenbogen

Bei einem Regenbogen sehen wir ein Spektrum des weißen Sonnenlichts, das durch Brechung und Reflexion in den Regentropfen entsteht.

• Farbwahrnehmung und Sehen

Wir können Farben wahrnehmen, weil die Netzhaut des Auges über farbempfindliche Sinneszellen (Zäpfchen) verfügt. Bei Farbenblindheit fehlen bestimmte Zäpfchen oder sie sind weniger empfindlich:

Die Farbe, in der wir einen nicht selbstleuchtenden Körper bei Beleuchtung mit weißem Licht sehen, nennen wir Körperfarbe. Durchsichtige Körper haben die Farbe, die sich aus dem hindurchgehenden Licht ergibt. Undurchsichtige Körper haben die Farbe, die sich aus der Mischung des von ihnen reflektierten Lichts ergibt.

Web-Links

LeiFi-Physik Klasse 7

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