Vorlesung "Grundlagen der Physik"

Studiengänge:   Elektrotechnik,
                          Wirtschaftsingenieure Elektrotechnik

Zeitraum:        Wintersemester 2017/18
                        Sommersemester 2018

Ort:                  HTWK Leipzig (FH)
                        Neues Laborgebäude Gustav-Freytag-Straße
                        Postfach  301166
                        04251 Leipzig  
                        Tel.: (0341) 3076 3340

Inhalt: Behandelt werden ausgewählte Kapitel der Klassischen Mechanik (Kinematik, Newtonsche Axiome, starrer Körper, Schwingungen, Wellen, Thermodynamik). Angewendet werden die Methoden der höheren Mathematik. Somit werden Grundkenntnisse in Vektoralgebra, Differential- und Integralrechnung vorausgesetzt.

Literatur: Zum Selbststudium geeignet sind Hochschullehrbücher "Physik - für Ingenieure" bzw. analoge Lehrbücher für Studenten mit Physik als Nebenfach. In der Literaturübersicht sind weiterhin einige Aufgabensammlungen angegeben, die als Hilfe auf die Vorbereitung zu den Übungen sowie zur Prüfung nützlich sein können.

Klausur: Prüfungstermine werden in jedem Jahr zweimal angeboten, während der Prüfungszeit nach dem Sommersemester und im Verlauf des Wintersemesters. Es stehen 120 Minuten zur Verfügung. Anhand der  Prüfungsklausur können Sie sich mit den Anforderungen vertraut machen. Ausschliesslich eine selbst verfertigte handschriftliche Formelsammlung im Umfange von 2 Seiten A4 sind als Hilfsmittel zugelassen. In dieser dürfen nur Formeln und deren Bezeichnung enthalten sein, z.B. Impuls: p=mv.

Einige der abrufbaren Dateien werden im PDF-Format angeboten. Der hierzu notwendige Betrachter "Adobe Acrobat Reader" kann kostenlos aus dem Netz geladen werden. Die Dateien sind in diesem Format wesentlich kleiner und plattformunabhängig.

Aktive Kenntnisse von wichtigen Gesetzen und Definitionen der Physik sind ebenso unentbehrlich wie die Beherrschung der Vektorrechnung sowie Grundkenntnisse in Geometrie und Analysis. Als Grundlage zur Überprüfung können Sie die Fragen zu Formeln und Definitionen (unter "Grundwissen") der einzelnen Stoffgebiete nutzen.

Der Extrakt der Vorlesung ist in einem Skript enthalten. Das Skript sollte bei der Mitschrift der Vorlesung als Unterstützung dienen. Es ist in zwei Varianten vorhanden, in A5 sowie in A4. Die letztere Variante bietet unter dem Formelteil Platz für ergänzende Bemerkungen. Das kleinere Format Skript_A5 dient zur Nacharbeit am PC oder sollte, zweiseitig ausgedruckt mit einem eingelegten Zwischenblatt für Ergänzungen ähnlich nützlich sein wie die A4-Variante Skript_A4

Die Übungsaufgaben zu jedem Stoffgebiet werden im Anschluss an die Vorlesung ins Netz gestellt. Im darauf folgenden Seminar (in der Regel in der folgenden Woche) findet zu Beginn eine schriftliche Kurzkontrolle statt mit dem Gegenstand einer dieser Aufgaben sowie zu Formeln und Definitionen. Die Ergebnisse werden bewertet, der Übungsschein für die Lehrveranstaltung wird erteilt, wenn wenigstens 40% der möglichen Punkte erhalten werden. In der Tabelle finden Sie in der letzten Spalte zu jedem Stoffkomplex typische Beispielaufgaben mit ausführlichen Lösungen sowie Hinweisen zur Strategie bei der Lösung von Übungsaufgaben.

Stoffverteilungsplan
Wintersemester 2017/2018

PW, Beginn

Lehrinhalte

Experimente

Lernhilfen
Übungen

41 , 09. 10.

Übung_ 1

- Wiederholung : Vektoren, Infinit.-Rechnung

Mechanik: - Kinematik der PM (gleichmäßig und  ungleichmäßig beschleunigte Bewegung, freier Fall,

1111-Fall im Vakuum 
1112- Fallschnüre
1113- g-Leiter 
1115- Luftkissenbahn

  math. Grundlagen
Übungsaufgaben 0
Grundwissen

Beispielaufgabe
mit Lösung

42 , 16. 10.
Übung_2,


schräger Wurf, mehrdim. Bewegung, Differentiation von Vektoren, Kreisbewegung 

 
1121- Wurfmaschine 
1122- Superposition
1132- Schleiffunken 
1653- Zykloide

Grundwissen
Beispielaufgabe mit Lösung
  zusätzliche ÜA

43 , 23. 10.

Übung 3

- Dynamik der PM (Grundgesetze der Mechanik, Zwangskräfte, 

1145- Newton 1.
1169- Newton 2. 
1166- Masse am Faden
1167- actio = reactio
1168- Atwood's
             Fallmaschine

Beispielaufgabe
mit Lösung

Masse am Faden


44 , 30. 10.

Übung 4

Reibungskräfte, Kraftstoß)
Übungen zu Newtonschen Axiomen

1144- Reibungsgesetz
1142- Reibung der Kette 1558- Zentrifugalküvette

Fahrrad-Burnout

Grundwissen
Lösung von Bewegungsgleichungen

45 , 06. 11.

Übung 5

Kräfte in beschleunigt bewegten Bezugssystemen

1611- Fahrstuhlmodell
1612- schwingende Waage
1613- Wasserwagen
1614- Waggon

Scheinkräfte

46 , 13. 11.

Übung 6

- Arbeit und Energie
(Kurvenintegral, pot.+ kinet. Energie, Energieerhaltungssatz)
3171- Schwingungsenergie
056- Federpistole,
057- tanzende Kugel
1181- Flaschenzug
1182- Energiesatz

Beispielaufgabe
mit Lösung

47 , 20. 11.

Übung 7

- Dynamik von PMS (Impulserhaltungssatz, Stoßgesetze, Raketenprinzip)

1171- Impulsvektor (Kanone)
1221- Pendelwagen
1264- elsatischer Stoß 
1263- Stoßreihe, 
1261- schiefer Stoß 
1251- CO2-Rakete
1265- Luftpistole

Grundwissen
Beispielaufgabe mit Lösung

"alles" über Raketenantriebe

"Eiszapfen"
(aus: RTL Nachtjournal 15.01.2010)

48 , 27. 11.

Übung 8

- Starrer Körper (stat. Gleichgewicht, Schwerpunkt, Drehmoment)

1321- folgsame Rolle, 
1322- Kreuzprodukt
1323- Stützträger, 
1331- Schwerelinien, 

Beispielaufgabe
mit Lösung

 

49 , 04. 12.

Übung 9

Massenträgheitsmoment,
kinet. Energie, Steinerscher Satz, Drehimpuls, Momentenstoß

1343- Walzen
1391- Maxwell-Rad
1641- träge Scheibe
1371,2- Drehimpulsvektor
1162- Träge Kugel

Grundwissen

Beispielaufgabe
mit Lösung

50 , 11. 12.

Kreisel,
Trägheitstensor, Trägheitsellipsoid

1385- Nutation
1387- Kreiselapparat
1341- Quaderachsen
1342- Freie Achsen

Massentraegheitsmoment
Rotationskoerper

Powerball/Dynabee


53 , 01. 01.

Übung_11

Schwingungen: freie harmonische Schwing. (Kinematik, Beweg.-glg., Energie, physikal. Pendel) 3132- Galilei-Pendel
3161- Federoszillator, 
3112- Hantelpendel, 
3111- Sinuslinie
3431- ungedämpfte Scheibe


Beispielaufgabe mit Lösung

54, 08. 01.

Übung 12

Gedämpfte Schwingungen (Bewegungsglg., Stokes-Dämpfung, Logarithmisches Dekrement)

3431- gedämpfte Scheibe,
3441- U-Rohr
3112- gedämpftes Pendel, 
3411- gedämpfter Schwingkreis

Schwingungsgleichung
Übersicht zu Komplexen Zahlen
Beispielaufgaben


55 , 15. 01.

Übung 13

Gekoppelte Schwingungen (gekoppelte Differentialglg., Schwebung, Eigenschwingungen) 3711-Koppelstangenpendel
3713- Koppelfadenpendel
3714-Torsionsfederschwinger
 Grundwissen

56 , 22. 01.

Übung 14

  Wellen: gekoppelte Schwingungen - Wellen, Wellengleichung, harmon. Wellen stehende Wellen

4121- Schwingungsdauer
4213- Wendelfeder, 
4422- "Schlüsselpfeife", 
4412- Oberschwingungen
8331- Klangfarbe (mit Geige)


29.01.2018

15.00 Uhr
LNW006

26.03.2018
13.00 Uhr
W 201


Schriftliche Prüfung für
AMB (90 min.)


Nach- und Wiederholungsprüfung EIB/WTB 

Achtung, typische
Prüfungsklausur  zur  Vorbereitung
weitere Übungsaufgaben


Sommersemester 2018

Woche, Beginn

Lehrinhalte

Experimente

 

 14 , 02.04.

Übung 15
Elektromagnetische Wellen,
Spektrum, Brechungsgesetz
4711- Tesla-Apparat
4721- Optische Aktivität
6343- Zonenplatte
             Polarisation
6351- Spaltbeugung
6361- Matrjoschka

15 , 09.04.

Übung 16

- Erzwungene Schwingungen
(stationäre Lösung der Bewegungsglg., Resonanzkurve , Güte, Phasenverschiebung)  -

3512- Resonanzfedern , 
3513- Drehpendel,
3514- Schwingbrett, 
3534- Des Coudres,
3000- Resonanzkatastrophe
3531- Reihenschwingkreis,

Reihenschwingkreis

Resonanzkurve mech. Oszillator 

16 , 16.04.

Übung 17

Kontinua: - deformierbarer fester Körper 1411- Gummiband
1431- elastischer
             Stützträger
Beispielaufgabe
mit Lösung

 17, 23.04.

Übung 18

 Hydrostatik: Schweredruck, Auftrieb, Oberflächenkräfte

1511- verbundene Gefäße
1513- Druckdose
1531- Cartesischer Taucher
1532- Nichtbenetzung
1537 Archimedischer Körper
1551- Seifenlamellen
1563- Kapillarkeil
1561- Kapillarascension




18, 30.04.

Übung 19


Ideale Fluide:
Laminarität, Bernoulli-Gleichung,
dynamischer Auftrieb
1571- Aerodynamisches Paradoxon
1578- Plattenpaar
1573- Ball im Luftstrahl
1576- Magnuseffekt
1579- Quertrieb
1577-Venturidüse
1574- Wasserstrahlpumpe

  19, 07.05.

Übung 20

Reale Fluide, Newtonsche Reibung, Hagen-Poiseuillesche Formel; Reynolds-Zahl, Turbulenz 1582- Parabelprofil
1583- Hagen-Poiseuille
1585- Stromlinienbilder
1593-Strömungswiderstand
1594- Wirbelringe

  20, 14.05.

Übung 21

 Thermodynamik: Temperaturbegriff, Zustandsänderungen,
Zustandsgleichung Idealer Gase,
5121- Bolzensprenger
5133- Luftausdehnung
5132- Wasserausdehnung
5221- Boyle-Mariottesches Gesetz
5211- pVT-Gerät

  21, 21.05.

Übung 22

Wärmetransport: Wärmeleitung,
Konvektion,
Wärmestrahlung
8111- Wärmeleitung Gas
8112- Wärmeleitung Flüssigkeit
8113- Wärmeleitung Festkörper
8132- Heizungsmodell
8144- Abstrahlung

22, 28.05.

Übung 23

 1. Hauptsatz  (Zustands-, Prozessgrößen, Zustandsänderungen) 5421- spezif. Wärme
5411- Feuerbohrer
5415- Witting-Rohr
5253- Pneumatik-Feuerzeug
5252- adiabatic Expansion
Grundwissen
23, 04.06.

Übung 24

Kreisprozesse 1 (Carnot-Prozess, Wirkungsgrad,  Otto-Prozess, Heissluftmotor) 5462- Phywe-Wärmepumpe
5432- Verbrennungsmotoren (Simulation)
5451- Stirlingmotor
5452- Thermokonverter
5453- Thermobile
Beispielaufgabe
mit Lösung
Carnot-Prozess mit Idealem Gas
24, 11.06.

Übung 25

Kreisprozesse 2 ( "Linksprozess", Wärmepumpe, Kältemaschine) 5462- Phywe-Wärmepumpe
5432- Verbrennungsmotoren (Simulation)
Heissluftmotor

25, 18.06.

Übung 26

Reale Gase (Van-der-Waals-Gas, Phasenumwandlungen, Dampfdruck) 5511- Realgasgerät
5512- Kritischer Punkt CO2
5621- Geysirmodell
5625- Dampfdruckapparat
5627- Sieden im Vakuum
Heißwassergeysir
Kaltwassergeysir
Isothermen von SF6
26, 25.06.

Übung 27

Stoffgemische, Phasendiagramm (Gibbssche Phasenregel, Clausius-Clapeyronsche Formel) 5631- Gefrierbombe
5632- Regelation
5641- Sublimation von NH4Cl

xx.07.2018
xx:00 Uhr
W201 ff
Schriftliche Prüfung
für EIB
  (120 min.)

 Achtung typische
Prüfungsklausur zur  Vorbereitung

für Lernbegierige:
weitere Prüfungsaufgaben

 

xx.09.2018
xx:00 Uhr
LNW006

Schriftliche Wiederholungs/-Nachprüfung für
AMB (90 min.)

Achtung typische
Prüfungsklausur zur  Vorbereitung