Berlin Abitur Physik LK flashcards

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Zentripetalbeschleunigung

Bei gleichförmiger Kreisbewegung zeigt die Beschleunigung stets zum Mittelpunkt und hat den Betrag a_z = v²/r = ω²·r. Sie ändert nur die Richtung, nicht den Betrag der Geschwindigkeit.

Zweites Newtonsches Gesetz

Die resultierende Kraft auf einen Körper ist gleich Masse mal Beschleunigung: F⃗ = m·a⃗. Kraft und Beschleunigung sind gleichgerichtet; ohne resultierende Kraft bleibt die Geschwindigkeit konstant.

Schiefe Ebene

Auf einer um α geneigten Ebene wirkt die Hangabtriebskraft F_H = m·g·sin α und die Normalkraft F_N = m·g·cos α. Die Gleitreibung beträgt F_R = μ·F_N und wirkt der Bewegung entgegen.

Unelastischer Stoß

Beim vollkommen unelastischen Stoß haften die Körper nach dem Stoß zusammen. Der Gesamtimpuls bleibt erhalten, die kinetische Energie nimmt jedoch ab und wird in Verformung und Wärme umgewandelt.

Drehmoment und Hebelgesetz

Das Drehmoment ist M = F·r·sin α, wobei r der Abstand zum Drehpunkt und α der Winkel zwischen Kraft und Hebelarm ist. Drehmomentgleichgewicht herrscht, wenn die Summe aller Momente null ist.

Energieerhaltung im Gravitationsfeld

In einem konservativen Feld bleibt die Summe aus kinetischer und potentieller Energie konstant: ½·m·v² + m·g·h = konstant. Damit lassen sich Geschwindigkeiten ohne Kenntnis der Bahn berechnen.

Gravitationsgesetz

Zwei Massen ziehen sich mit F = G·m₁·m₂/r² an, wobei G ≈ 6,67·10⁻¹¹ N·m²/kg² ist. Für eine Kreisbahn um eine Zentralmasse folgt daraus die Bahngeschwindigkeit v = √(G·M/r).

Gleichförmige geradlinige Bewegung

Ohne Beschleunigung gilt s = v·t, die Geschwindigkeit bleibt konstant. Im Weg-Zeit-Diagramm ergibt sich eine Gerade, deren Steigung die Geschwindigkeit angibt.

Elektrische Feldstärke

Die Feldstärke ist E = F/q, also Kraft pro Ladung. Im homogenen Feld eines Plattenkondensators gilt E = U/d; Feldlinien verlaufen von der positiven zur negativen Platte.

Kapazität eines Plattenkondensators

Die Kapazität ist C = Q/U und für einen Plattenkondensator C = ε₀·ε_r·A/d. Sie steigt mit Plattenfläche und Dielektrizitätszahl und sinkt mit wachsendem Plattenabstand.

Kirchhoffsche Maschenregel

Die Summe aller Spannungen entlang eines geschlossenen Umlaufs im Stromkreis ist null: ΣU = 0. Sie folgt aus der Energieerhaltung und gilt unabhängig von der Zahl der Bauelemente.

Reihen- und Parallelschaltung

In Reihe addieren sich Widerstände: R_ges = R₁ + R₂. Parallel addieren sich die Kehrwerte: 1/R_ges = 1/R₁ + 1/R₂; der Gesamtwiderstand ist dann kleiner als jeder Einzelwiderstand.

Lorentzkraft

Auf eine Ladung q, die sich mit v im Magnetfeld B bewegt, wirkt F = q·v·B·sin α. Die Kraft steht senkrecht auf v und B und verrichtet daher keine Arbeit an der Ladung.

Elektromagnetische Induktion

Jede Änderung des magnetischen Flusses Φ = B·A·cos α durch eine Spule erzeugt eine Induktionsspannung U_ind = −n·dΦ/dt. Das Minuszeichen beschreibt die Richtung nach der Lenzschen Regel.

Lenzsche Regel

Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass sein Magnetfeld der Ursache der Induktion entgegenwirkt. Das erklärt das Minuszeichen im Induktionsgesetz und beruht auf der Energieerhaltung.

Elektrische Leistung

Die Leistung eines Bauelements ist P = U·I, mit dem ohmschen Gesetz auch P = I²·R = U²/R. Die umgesetzte Energie ergibt sich als W = P·t bei konstanter Leistung.

Kondensator im Gleichstromkreis

Beim Laden wächst die Spannung am Kondensator exponentiell gegen die Quellenspannung, der Strom fällt exponentiell ab. Die Zeitkonstante τ = R·C bestimmt die Ladegeschwindigkeit.

Harmonische Schwingung

Eine Schwingung heißt harmonisch, wenn die rücktreibende Kraft proportional zur Auslenkung ist: F = −D·y. Dann gilt y(t) = A·sin(ω·t + φ₀) mit konstanter Kreisfrequenz ω.

Fadenpendel

Für kleine Auslenkungen schwingt ein Fadenpendel harmonisch mit T = 2π·√(l/g). Die Periodendauer hängt nur von Fadenlänge und Erdbeschleunigung ab, nicht von der Masse.

Federpendel

Die Periodendauer eines Federpendels ist T = 2π·√(m/D). Eine größere Masse verlängert, eine steifere Feder verkürzt die Schwingungsdauer; die Amplitude beeinflusst T nicht.

Wellenlänge und Frequenz

Für jede Welle gilt c = λ·f. Beim Übergang in ein anderes Medium bleibt die Frequenz gleich, während sich Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit ändern.

Konstruktive Interferenz

Zwei Wellen gleicher Frequenz verstärken sich, wenn ihr Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist: Δs = k·λ. Die Amplituden addieren sich unter Beachtung der Phasenlage.

Stehende Welle

Bei Überlagerung zweier gegenläufiger Wellen entstehen ortsfeste Knoten und Bäuche. Benachbarte Knoten haben den Abstand λ/2; an einem festen Ende liegt stets ein Knoten vor.

Doppelspalt-Interferenz

Für Maxima gilt d·sin θ = k·λ mit dem Spaltabstand d. Bei kleinem Winkel und Schirmabstand L liegt das k-te Maximum etwa bei a_k = k·λ·L/d.

Gedämpfte Schwingung

Bei Reibung nimmt die Amplitude exponentiell ab: A(t) = A₀·e^(−δ·t). Die Schwingungsdauer wird gegenüber dem ungedämpften Fall etwas größer, die Energie wird laufend in Wärme umgesetzt.

Resonanz

Erreicht die Erregerfrequenz die Eigenfrequenz des Systems, wird die Amplitude maximal. Bei schwacher Dämpfung ist die Resonanzkurve schmal und hoch, bei starker Dämpfung breit und flach.

Photonenenergie

Licht der Frequenz f besteht aus Photonen der Energie E = h·f = h·c/λ. Mit h ≈ 6,63·10⁻³⁴ J·s entspricht 1 eV etwa 1,60·10⁻¹⁹ J.

Photoeffekt

Elektronen treten aus einer Metalloberfläche aus, wenn h·f größer als die Austrittsarbeit W_A ist. Dann gilt E_kin,max = h·f − W_A; unterhalb der Grenzfrequenz f_G = W_A/h geschieht nichts.

De-Broglie-Wellenlänge

Jedem Teilchen mit Impuls p ist eine Wellenlänge λ = h/p zugeordnet. Für ein Elektron nach Beschleunigung mit der Spannung U gilt λ = h/√(2·m_e·e·U).

Bohrsches Atommodell

Elektronen bewegen sich auf diskreten Bahnen mit den Energien E_n = −13,6 eV/n² im Wasserstoffatom. Licht wird nur beim Übergang zwischen Niveaus mit ΔE = h·f emittiert oder absorbiert.

Franck-Hertz-Versuch

Beim Zusammenstoß von Elektronen mit Atomen wird Energie nur in diskreten Beträgen übertragen. Die periodischen Stromminima im Abstand der Anregungsenergie belegen damit quantisierte atomare Energieniveaus.

Heisenbergsche Unschärferelation

Ort und Impuls eines Teilchens sind nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmbar: Δx·Δp ≥ h/(4π). Deshalb besitzen Elektronen im Atom keine wohldefinierten klassischen Bahnen.