Lexikon Naturwissenschaft Chemie

Physik

allgemeine_physik.htm 09.06.2015

Inhaltsverzeichnis

1. Naturwissenschaft Physik
2. Messen, physikalische Größe und Maßstab
3. SI-Systeme Basisgrößen
4. Zusammengesetzte, abgeleitete Größen

1. Physik

Das Fach Physik gehört zu den Naturwissenschaften wikipedia und befasst sich mit den messbaren Eigenschaften der Natur.

Die Arbeitsweise entspricht der naturwissenschaftlichen Denkweise, wie sie im Wesentlichen durch die philosophische Denkrichtung des Positivismus wikipedia beschrieben werden kann. Mit den Einschränkungen der so gewonnenen Naturerkenntnis befasst sich der Konstruktivismus wikipedia.

Philosophische Grundlagen der Naturwissenschaften

Naturwissenschaft Physik

2. Messen, physikalische Größe, Maßstab

Die Naturwissenschaften befassen sich mit den messbaren Eigenschaften der Natur. Messen heißt Vergleichen mit einem Maßstab.

Die gemessene Eigenschaft der Natur bezeichnet man als physikalische Größe. Eine physikalische Größe hat einen Namen und, wenn sie mit einer Messung verbunden ist, auch einen Zahlenwert und eine Einheit.

Ein Maßstab wird in drei Schritten festgelegt.

Man muss festlegen, was den Wert "1" besitzt. Man nennt das eine Maßeinheit (Maßstab).
Man muss festlegen, wie man erkennt ob etwas gleich dem Maßstab ist. Maßgleichheit
Man muss festlegen, was man unter dem Doppelten, dem Dreifachen usw. verstehen will (Maßvielfachheit).

Für die verschiedenen Eigenschaften der Natur benötigt man unterschiedliche Maßeinheiten, Messvorschriften und Geräte. Zum Beispiel benötigt man Uhren, um die Zeit zu messen; Waagen, um Massen zu bestimmen; Thermometer, um die Temperatur zu festzustellen.

Messen

physikalische Größe

Maßstab

3. Das SI-System und sein Gültigkeitsbereich

Insgesamt hat man beim jetzigen Stand der naturwissenschaftlichen Erkenntnis für die verschiedene Bereiche der Naturerscheinungen auch sieben Einheiten festgelegt. Die Festlegung ist heute nahezu weltweit gültig. Es ist das SI-System (frz. Le Système international d'unités, Internationales Einheitensystem). Die im SI-System definierten physikalischen Eigenschaften nennt man Basisgrößen. Da sich der Kenntnisstand in den Naturwissenschaften laufend verbessert, werden auch die Festlegungen der Basisgrößen dem Kenntnisstand angepasst.

Die Bundesrepublik hat das SI-System in ihr nationales Gesetzeswerk aufgenommen. Es ist in Deutschland nur noch in wenige Ausnahmefällen erlaubt, die Angabe von alten Einheiten zu benutzen. In Deutschland ist für die Einhaltung von Maßen die Physikalisch-Technische Bundesanstalt zuständig.

(Historische Entwicklung des SI-Systems)

Man hatte die Basisgrößen ursprünglich so festgelegt, dass man sie leicht überall auf der Erde nachvollziehen kann. Seit dieser ersten Festlegung der werden jedoch immer wieder Korrekturen an den Werten und der Vergleichsmethode vorgenommen, da die ursprünglichen Definitionen dem Anspruch an Genauigkeit (Präzision) und Wiederholbarkeit (Reproduzierbarkeit) nicht mehr genügten. Heute werden mehr und mehr Naturkonstanten zur Definition der Basisgrößen verwendet.

Oftmals ist die festgelegte Maßeinheit zur Angabe eines Messwertes wenig geeignet. So kann man die Entfernung zum nächsten Stern kaum übersichtlich in der Einheit Meter angeben, die Zahl hätte sehr viele Nullen. Auf der anderen Seite ist der Durchmesser eines Haares sehr klein, so dass eine Zahl mit vielen Nullen hinter dem Komma nötig würde. Daher hat man Zahlwörter zur Abkürzungen für das Vielfache und Teile von Einheiten vereinbart, z.B. Kilo: 1 km =1000m, Milli: 1mm =0,001m.

(physikalische Größen)

SI-System und Gültigkeitsbereich

Basisgrößen

4. Zusammengesetzte, abgeleitete Größen

Neben den Basisgrößen gibt es noch weiter physikalischen Größen. Man nennt diese aus den Basisgrößen zusammengesetzten physikalischen Größen auch abgeleitete Größen. Hierfür benötigt man ebenfalls einheitliche Festlegungen (Definitionen). Das Zusammensetzen der abgeleiteten physikalischen Größen erfolgt nach mathematischen Regeln, die Definitionen sind mathematischen Beziehungen (Gleichungen)

Ein bekanntes Besipiel bildet die abgeleitete Größe Geschwindigkeit (Symbol v). Sie ist zusammengesetzt aus der Basisgröße Länge (Symbol s) und der Basisgröße Zeit (Symbol t). Die mathematische Beziehung lautet v = s / t.

Zusammengesetzte, abgeleitete Größen

Oftmals reicht zur Beschreibung einer physikalischen Größe die Messung eines Wertes nicht aus. Mitunter werden auch noch Richtungen oder die Beschreibung der räumliche Eigenschaften benötigt. Ein Beispiel hierfür ist die Geschwindigkeit, bei der die Richtung wichtig ist. Es macht einen Riesenunterschied, ob zwei Eisenbahnzüge mit leicht unterschiedlicher Geschwindigkeit aufeinander zu oder hintereinander her fahren!
Zur Beschreibung benutzt man spezielle mathematische Begriffe, die man

Skalare (einfache physikalische Größen mit Wert und Einheit),
Vektoren (Größen mit Wert, Einheit, Richtung und Angriffspunkt) und
Tensoren (Größen mit Wert, Richtung und Position im Raum)

nennt. Für Vektoren und Tensoren ist eine spezielle mathematische Rechentechnik und Symbolik entwickelt worden, die dem Physiker das Rechnen mit diesen Größen erleichtert. Es ist jedoch ein gewisses Maß an Übung erforderlich.

Skalare, Vektoren, Tensoren

Quelle: Internationales Einheitensystem Alle nachfolgenden Links führen zu wikipedia

Basisgröße und
Dimensionsname Größen-
symbol Dimensions-
symbol Einheit Einheiten-
zeichen Definition der Einheit

Länge	l	L	Meter	m	Länge der Strecke, die das Licht im Vakuum während der Dauer von 1 / 299.792.458 Sekunde zurücklegt.
Masse	m	M	Kilogramm	kg	Das Kilogramm ist gleich der Masse des Internationalen Kilogrammprototyps .
Zeit	t	T	Sekunde	s	Das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstruktur niveaus des Grundzustandes von Atomen des Caesium - Isotops 133 Cs entsprechenden Strahlung.
Stromstärke	I	I	Ampere	A	Stärke eines konstanten elektrischen Stromes , der, durch zwei parallele , geradlinige , unendlich lange und im Vakuum im Abstand von 1 Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern pro Meter Leiterlänge die Kraft 2·10 -7 Newton hervorrufen würde. [B 1]
Thermodynamische Temperatur	T	T	Kelvin	K	1 / 273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser genau definierter isotopischer Zusammensetzung. [B 2] Diese Definition bezieht sich auf Wasser, dessen Isotopenzusammensetzung durch folgende Stoffmengenverhältnisse definiert ist: 0,000 155 76 Mol 2 H pro Mol 1 H, 0,000 379 9 Mol 17 O pro Mol 16 O und 0,002 005 2 Mol 18 O pro Mol 16 O [B 3]
Stoffmenge (Substanzmenge)	n	N	Mol	mol	Die Stoffmenge eines Systems, das aus ebenso vielen Einzelteilchen besteht, wie Atome in 12 Gramm des Kohlenstoff - Nuklids 12 C in ungebundenem Zustand enthalten sind. Bei Benutzung des Mol müssen die Einzelteilchen spezifiziert sein und können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen sowie andere Teilchen oder Gruppen solcher Teilchen genau angegebener Zusammensetzung sein.
Lichtstärke	I V	J	Candela	cd	Die Lichtstärke in einer bestimmten Richtung einer Strahlungsquelle, die monochromatische Strahlung der Frequenz 540·10 12 Hz [B 4] aussendet und deren Strahlstärke in dieser Richtung 1 / 683 Watt pro Steradiant beträgt.