Physik 2, Ingenieurbau/Architektur, HTW Chur, Thomas Borer, 2016/17

Lernziele

Allgemein

• eine Problemstellung mit exakter und strukturierter Arbeitsweise bearbeiten können.
• eine bekannte oder neue Problemstellung selbstständig bearbeiten und in einer Gruppe diskutieren können.
• sich aus dem Studium eines schriftlichen Dokumentes neue Kenntnisse und Fähigkeiten erarbeiten können.
• einen bekannten oder neuen Sachverhalt analysieren und beurteilen können.
• Erkenntnisse in geeigneter Form darstellen und zusammenfassen können.
• Lösungswege vollständig, übersichtlich und verständlich dokumentieren können.
• physikalische Gesetze in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• Aussagen und Beziehungen zwischen Grössen mit Hilfe physikalischer Grundgesetze als Gleichungen formulieren können.
• die Vollständigkeit eines Gleichungssystems beurteilen können.
• eine einfachere Überschlagsrechnung ausführen können.
• einen experimentellen Aufbau skizzieren können.
• experimentelle Beobachtungen mit eigenen Worten beschreiben können.
• aus einem Experiment neue Erkenntnisse gewinnen können.
• einige physikalische Grundgesetze und Grundformeln auswendig kennen, siehe Formelsammlung A (auswendig).

Schwingungen

• verstehen, was eine Schwingung ist.
• wissen und verstehen, was die Periodendauer, die Frequenz einer Schwingung ist.
• wissen, dass bei einer mechanischen Schwingung Impuls und Energie zwischen Teilsystemen hin und her fliessen.
• die bei einer mechanischen Schwingung auftretenden Impuls- und Energieflüsse verstehen.
• wissen, wie die Federkonstante einer Feder definiert ist.
• verstehen, wie die in einer Feder gespeicherte Energie von der Auslenkung der Feder abhängt.
• den Zusammenhang zwischen der Schwingung eines Federschwingers und einer gleichförmigen Kreisbewegung verstehen.
• wissen, was eine harmonische Schwingung ist.
• wissen und verstehen, was die Amplitude, die Anfangsphase, die Kreisfrequenz einer harmonischen Schwingung ist.
• die Zusammenhänge zwischen Winkelgeschwindigkeit, Frequenz und Kreisfrequenz kennen und verstehen.
• die zeitlichen Verläufe von Ort, Geschwindigkeit, Impuls und Energie eines harmonischen Federschwingers kennen und deren Zusammenhänge verstehen.
• wissen, dass bei einer harmonischen Schwingung die "rücktreibende Kraft" proportional zum Ort ist.
• die einen Körper betreffenden Impulsströme und Kräfte korrekt einzeichnen können.
• beurteilen können, ob eine Schwingung eine harmonische Schwingung ist oder nicht.
• wissen und verstehen, ob die Schwingung eines Fadenpendels harmonisch ist oder nicht.
• wissen und verstehen, welche Grössen und mit welcher Gesetzmässigkeit diese Grössen die Periodendauer eines Federschwingers beeinflussen.
• verstehen, dass die Schwingung eines Fadenpendels keine harmonische Schwingung ist.
• wissen und verstehen, welche Grössen und mit welcher Gesetzmässigkeit diese Grössen die Periodendauer eines Fadenpendels beeinflussen.
• die Analogie zwischen einer Drehschwingung und einer linearen Schwingung kennen und verstehen.
• wissen, wie das Direktionsmoment einer Spiralfeder definiert ist.
• wissen und verstehen, welche Grössen und mit welcher Gesetzmässigkeit diese Grössen die Periodendauer einer Drehschwingung beeinflussen.
• verstehen, wie eine Schwingung gedämpft werden kann.
• verstehen, wie ein mechanischer Dämpfer funktioniert.
• verstehen, dass alle natürlich ablaufenden Schwingungen gedämpft sind.
• wissen, wie die Stärke der Dämpfung die Bewegung eines Schwingers beeinflusst.
• die bei einer mechanischen, gedämpften Schwingung auftretenden Impuls- und Energieflüsse verstehen.
• die mathematische Beschreibung des zeitlichen Verlaufes einer gedämpften Schwingung kennen und verstehen.
• verstehen, was eine erzwungene Schwingung ist.
• wissen und verstehen, was die Eigenfrequenz eines Schwingers, ein Erreger, die Erregerfrequenz ist.
• die bei einer erzwungenen mechanischen Schwingung auftretenden Impuls- und Energieflüsse verstehen.
• wissen und verstehen, dass bei einer erzwungenen Schwingung die im zeitlichen Mittel vom Erreger zum Schwinger fliessende Energie im Dämpfer dissipiert wird.
• wissen, von welchen Grössen die Energie abhängt, die bei einer erzwungenen Schwingung im Dämpfer im zeitlichen Mittel dissipiert wird.
• wissen, dass eine erzwungene Schwingung einen Einschwingvorgang durchläuft.
• aus einem grafisch dargestellten zeitlichen Verlauf einer Schwingungsgrösse den Einschwingvorgang und die stationäre Phase einer erzwungenen Schwingung erkennen können.
• wissen, dass bei einer sinusförmig angeregten erzwungenen Schwingung die Frequenz in der stationären Phase gleich gross ist wie die Erregerfrequenz.
• das mathematische Modell zur Beschreibung einer erzwungenen mechanischen Schwingung kennen und verstehen.
• das Phänomen Resonanz kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, was eine Resonanzkurve ist.
• den qualitativen Verlauf einer Resonanzkurve kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, dass bei Resonanz der zeitlich gemittelte Energiestrom vom Erreger zum Schwinger maximal ist.
• wissen und verstehen, von welchen Grössen die Resonanzfrequenz abhängt.

Wellen

• verschiedene Typen von Wellen kennen.
• wissen und verstehen, wie eine Welle entsteht.
• wissen und verstehen, was der Träger einer Welle ist.
• die Bewegungen von Welle und Wellenträger unterscheiden können.
• wissen und verstehen, was eine Quer-/Transversalwelle, eine Längs-/Longitudinalwelle ist.
• wissen, wovon die Geschwindigkeit einer Welle abhängt.
• wissen und verstehen, dass der Wellenträger ein-, zwei oder dreidimensional sein kann.
• wissen und verstehen, was eine Wellenfront ist.
• wissen und verstehen, was eine lineare Welle, gerade Welle, Kreiswelle, ebene Welle, Kugelwelle ist.
• die Definitionen der Grössen Periode, Frequenz, Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit kennen und verstehen.
• den Zusammenhang zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz kennen, verstehen und anwenden können.
• wissen und verstehen, was ein Wellenzug ist.
• wissen und verstehen, was eine Sinuswelle, eine harmonische Welle ist.
• die mathematische Beschreibung einer eindimensionalen Sinuswelle kennen, verstehen und anwenden können.
• verstehen, dass sich in einem Festkörper Longitudinalwellen schneller ausbreiten als Transversalwellen.
• den Träger einer Schallwelle kennen.
• wissen und verstehen, dass Schallwellen in Gasen und Flüssigkeiten Längswellen sind.
• den Zusammenhang zwischen der Frequenz einer sinusförmigen Schallwelle und der empfundenen Höhe des entsprechenden Tones kennen.
• die mathematische Beschreibung einer sinusförmigen, ebenen Schallwelle in einem Gas kennen.
• den Wert der Schallgeschwindigkeit in Luft kennen.
• wissen und verstehen, dass sich in festen Körpern sowohl longitudinale als auch transversale Schallwellen ausbreiten können.
• den Zusammenhang zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz anwenden können.
• den Träger einer elektromagnetischen Welle kennen.
• wissen, dass elektromagnetische Wellen Transversalwellen sind.
• die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle im Vakuum kennen.
• einen Überblick über das Frequenzspektrum der elektromagnetischen Wellen haben.
• wissen und verstehen, dass in einer Welle Impuls und Energie transportiert wird.
• wissen und verstehen, dass in einer Welle kein Materietransport stattfindet.
• wissen und verstehen, wie die Energiestromdichte, die Intensität definiert ist.
• den Zusammenhang zwischen der Intensität und der Amplitude einer Schwingungsgrösse kennen und anwenden können.
• für eine von einem punktförmigen Sender abgestrahlte Welle den Zusammenhang zwischen der Intensität und dem Abstand vom Sender kennen und verstehen.
• die verschiedenen Wellenphänomene kennen und wissen, unter welchen Umständen sie auftreten.
• wissen und verstehen, was Interferenz ist.
• das Prinzip der ungestörten Überlagerung von Wellen kennen und verstehen.
• die Überlagerung zweier in gleiche Richtung bzw. gegeneinander laufender Wellen beschreiben können und verstehen.
• wissen und verstehen, was der Gangunterschied zweier Wellen ist.
• wissen und verstehen, was konstruktive, destruktive Interferenz bedeutet.
• wissen, wie eine Welle an einem festen/freien Ende eines Wellenträgers reflektiert wird.
• verstehen, wie eine stehende Welle entsteht.
• eine Eigenschwingung auf einem eindimensionalen Wellenträger als Überlagerung zweier entgegenlaufender Wellen verstehen.
• Beispiele von stehenden Wellen kennen.
• verstehen, dass sich auf einem endlichen Wellenträger nur bei bestimmten Frequenzen eine stehende Welle bzw. eine Eigenschwingung bildet.
• den Zusammenhang zwischen der Länge eines eindimensionalen Wellenträgers und den Wellenlängen bzw. Frequenzen der möglichen Eigenschwingungen verstehen und anwenden können.
• wissen und verstehen, was es braucht, damit eine Eigenschwingung aufrecht erhalten werden kann.
• die Interferenz zweier schräg zueinander laufender gleicher Sinuswellen verstehen.
• wissen, wie die Energie im Überkreuzungsbereich zweier Sinuswellen fliesst.
• aus dem Interferenzbild zweier gleicher Sinuswellen die Wellenlänge bestimmen können.
• wissen und verstehen, was Beugung ist.
• den Zusammenhang zwischen der Ausprägung der Beugung und der Wellenlänge kennen.
• wissen, dass Erscheinungen mit Wellencharakter auch Teilchencharakter besitzen und umgekehrt.
• das Huygens'sche Prinzip verstehen und in einfacheren Beispielen anwenden können.
• das Reflexionsgesetz kennen.
• die Herleitung des Reflexionsgesetzes mit Hilfe des Huygens'schen Prinzips verstehen.
• das Reflexionsgesetz in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• das Brechungsgesetz kennen.
• die Herleitung des Brechungsgesetzes mit Hilfe des Huygens'schen Prinzips verstehen.
• das Brechungsgesetz in konkreten Problemstellungen anwenden können.
• wissen und verstehen, was die Brechzahl eines Mediums ist.
• die Grössen Schallleistung, Schallintensität, Schallpegel, Lautstärke kennen.
• die Zusammenhänge zwischen den Grössen Schallleistung, Schallintensität, Schallpegel, Lautstärke kennen und in konkreten Problemstellungen anwenden können.

Wärme

• die Entropie als mengenartige Grundgrösse der Thermodynamik verstehen.
• wissen, dass Entropie in einem Körper gespeichert werden kann.
• wissen, dass Entropie in einen Körper hinein oder aus ihm heraus fliessen kann.
• wissen und verstehen, wie eine Wärmepumpe grundsätzlich funktioniert.
• wissen, dass Entropie erzeugt, jedoch nicht vernichtet werden kann.
• wissen und verstehen, dass sich unumkehrbare Vorgänge dadurch auszeichnen, dass dabei Entropie erzeugt wird.
• die Grössen Entropiestromstärke, Entropieerzeugungsrate und Entropieänderungsrate kennen und verstehen.
• das Entropiebilanzgesetz kennen, verstehen und anwenden können.
• den Unterschied zwischen den Grössen Entropie und Temperatur verstehen.
• eine Temperaturdifferenz als Antrieb eines Entropiestromes verstehen.
• wissen und verstehen, dass es einen absoluten Temperaturnullpunkt gibt.
• den Zusammenhang zwischen den verschiedenen Temperaturskalen kennen und verstehen.
• das Phänomen der Entropieleitung in einem Körper kennen.
• wissen und verstehen, wovon die Stärke eines Entropiestromes in einem Körper abhängt.
• die Grösse Entropieleitfähigkeit kennen und verstehen.
• die Entropiestromstärke bei einem Entropieleitungsvorgang bestimmen können.
• wissen und verstehen, was ein konvektiver Entropietransport ist.
• beurteilen können, ob es sich bei einem gegebenen Entropietransport um Entropieleitung oder um einen konvektiven Entropietransport handelt.
• die Entropie als Energieträger verstehen.
• den Zusammenhang zwischen der Entropiestromstärke und der dazugehörigen Energiestromstärke kennen.
• den Unterschied zwischen einer Energiestromstärke und einer Prozessleistung kennen und verstehen.
• Systemdiagramme bzw. Energieflussbilder von einfacheren Energieumladern verstehen und selber zeichnen können.
• verstehen, wieviel eine Kilowattstunde Energie ist.
• einfachere Energieberechnungen ausführen können.
• wissen und verstehen, dass bei der Entropieleitung durch einen Wärmewiderstand Entropie erzeugt wird.
• die Entropieerzeugungsrate bei einem einfacheren Entropieleitungsvorgang bestimmen können.
• wissen, wie der Energiedurchgangskoeffizient definiert ist.
• wissen und verstehen, wie ein Wärmemotor grundsätzlich funktioniert.
• Beispiele von Wärmemotoren und deren Entropiequellen kennen.
• den Energieumladevorgang in einem Wärmemotor verstehen.
• wissen und verstehen, dass Energieverluste typischerweise auf Entropieerzeugung beruhen.
• den Unterschied zwischen idealen und realen Energieumladern kennen und verstehen.
• wissen und verstehen, wie der Wirkungsgrad eines Energieumladers definiert ist.
• die Grösse Dissipationsrate kennen, verstehen und bestimmen können.

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