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WS 2017/18 - Experimentalphysik I: Mechanik, Gase und Flüssigkeiten

Einführung in die Physik I mit Experimenten

Dozent: Prof. Dr. Günter Reiter
Zeit: Mo, Mi 10:15-12:00
Ort: Gr. HS Physik
Beginn: 16.10.2017

Übungen: 2 stündig nach Vereinbarung
 

Fragestunde

jeden Freitag 12:00 Uhr, Physikhochhaus 3.OG, Raum 305

 

►Folien zur Vorlesung

Es gibt kein Skript (bitte mitschreiben!), aber alle gezeigten Folien werden online gestellt. Zugangsdaten werden in der Vorlesung bekannt gegeben.

 

►Übungsblätter

Zugangsdaten werden in der Vorlesung bekannt gegeben.

 

►Einteilung Übungsgruppen


Programm der Vorlesung

  • Einführung, Maßsysteme und Messfehler
  • Kinematik des Massenpunktes und Newtonsche Mechanik:
    Gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung, Newtonsche Gesetze, Inertialsysteme, Galilei Transformation, kinetische und potentielle Energie, Impuls
  • Mechanik starrer und deformierbarer Körper:
    Schwerpunkt, Trägheitsmomente, Steinerscher Satz, Haft-/Gleitreibung
  • Schwingungen und Wellen:
    Erzwungene und gedämpfte Schwingung, Resonanz, gekoppelte Oszillatoren, Ausbreitung von Wellen, stehende Wellen, Akustik
  • Gase und Flüssigkeiten:
    Kinetische Gastheorie, Geschwindigkeitsverteilung, Druck, Hydrostatik, Strömungen, Kontinuitätsgleichung
  • Wärmelehre und Thermodynamik:
    Wärmekapazität, Wärmetransport, innere Energie, Erster Hauptsatz der Thermodynamik, ideales Gas, adiabatische Zustandsänderung, Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik, Entropie, Carnot Prozess, Aggregatzustände
     

Lern- und Qualifikationsziele

  • Beherrschung der Grundbegriffe der Mechanik und Thermodynamik
  • Analyse und Lösung physikalischer Probleme
  • Grundlagen des Experimentierens, Planung von Experimenten, Einschätzung der Aussagekraft experimenteller Resultate

 

Vorkenntnisse

Schulphysik und -mathematik, Inhalte des Vorkurs Mathematik (empfohlen, Skript online)
 

Unterstützung bei Demonstrationsexperimenten in der Vorlesung

durch Helmut Wentsch, Physikalisches Institut Freiburg

Siehe auch: Experimente mit Helmut Wentsch auf dem Videoportal der Universität ,
Experiment-Portal des Physikalischen Instituts 

Sicherheitsbestimmung: Der Experimentierbereich darf nur nach Aufforderung betreten werden.

 

Zum Übungsbetrieb

Übungsleitung: Dr. Thomas Pfohl (thomas.pfohl@physik.uni-freiburg.de), Physikalisches Institut Freiburg

Der Übungsbetrieb startet in der 2. Vorlesungswoche (23. - 27.10.2017). Der Besuch der Übungen ist verpflichtend. Es werden jede Woche Übungsblätter zur Bearbeitung daheim (oder in Gruppen) ausgegeben. Die Lösungen der Übungsblätter werden in den Übungsgruppen besprochen. Bis zu zwei Studenten dürfen gemeinsam eine schriftliche Lösung abgeben.

Die Anmeldung für die Übungsgruppen findet über die Webpage in der ersten Woche der Vorlesung (16.10. - 20.10. 2017) statt. Bitte drei Wünsche angeben, an welcher Übungsgruppe Sie teilnehmen möchten. Da nur eine gewisse Kapazität an Plätzen in den jeweiligen Übungsgruppen vorhanden ist, werden die Plätze nach dem „first come first serve“-Prinzip verteilt. Berücksichtigt werden dabei nur korrekt und vollständig ausgefüllte Anmeldungen.

Übungsblätter werden immer mittwochs ausgegeben (sowohl in Papierform als auch auf der Webpage). Schriftliche Lösungen sind bis zum folgenden Mittwoch, 12:15 Uhr, in die entsprechenden Briefkästen im Foyer des Gustav-Mie-Hauses einzuwerfen. Auf dem Lösungsblatt muss außer dem Namen auch die Übungsgruppe laut Einteilung  vermerkt sein.

Am Mittwoch, 18.10.2017 wird ein Übungsblatt ausgegeben, für welches noch keine schriftliche Lösung einzureichen ist. Es wird in der folgenden Woche in den Übungsgruppen besprochen.

Das erste „richtige“ Übungsblatt wird ausnahmsweise am Montag, 23.10.2017 ausgegeben (Abgabetermin 25.10.); die dazugehörigen Übungen finden in der darauf folgenden Woche statt.

Bei den Übungen führen die Studenten die Lösungen an der Tafel vor. Jeder muss in der Lage sein, die Lösung vorzuführen. Wenn jemand eine Lösung nicht erklären kann, werden ihm die Punkte für die schriftliche Lösung aberkannt, auch wenn er zusammen mit anderen eine richtige Lösung abgegeben hat.

In den Übungsgruppen werden teilweise weitere "Anwesenheitsaufgaben" ausgeteilt, die in den Übungsstunden ad hoc bearbeitet werden. Die Anwesenheitsaufgaben haben die Qualität von Klausuraufgaben.

Regelmäßige Teilnahme und Bearbeitung der Aufgaben sind wichtig zum Bestehen des Moduls.
 

Leistungsnachweis und Klausurzulassung

  • Es muss 1 mal in den Übungen an der Tafel vorgerechnet werden.
  • Es müssen 50% aller Übungen sinnvoll bearbeitet abgegeben werden.
  • Es dürfen nicht mehr als 2 Übungsblätter ausgelassen werden.
  • Die Abgabe der Übungen ist entweder zu zweit oder allein möglich.
  • Die Übung erfolgreich bestanden hat, wer mindestens 50% der Punkte erreicht hat. 50% der Punkte der Übungen müssen „sinnvoll“ bearbeitet worden sein. Studenten der Bachelor-Studiengänge Mikrosystemtechnik (MST) und Embedded Systems Engineering (ESE) müssen mindestens 40% der Punkte erreicht haben.

  

Information zur Klausuranmeldung für Studierende der TF

Beim Anmelden zur EX I Klausur auf der Webpage der Technischen Fakultät taucht, solange man noch nicht die Zulassung für die Klausur hat (die es im Moment auch noch nicht gibt und erst nach Beendigung der Vorlesung eingeht), die Meldung auf "Es existieren Anmeldehindernisse: Vorausgesetzte Leistungen sind nicht vorhanden.“ Jedoch sollte es dennoch möglich sein, sich provisorisch anzumelden. Es gibt einen „override button“ auf der Webpage - so etwa in der Form  „dennoch anmelden“. Es kann vorkommen, dass dieses Überschreiben manchmal nicht funktioniert - an der Behebung dieses Problems wird gerade gearbeitet. Als Alternative können sich die Studierenden der TF auch immer persönlich im TF Prüfungsamt anmelden. Außerdem gibt es noch „ausdruckbare" Prüfungsanmeldungen auf der Webpage der TF, die dann an das Prüfungsamt gemailt werden können.


Klausur

Freitag, 9. Februar 2018, 14:15 - 16:15 Uhr in den Hörsälen HS Rundbau, HS Anatomie, Großer HS Physik
(siehe Prüfungstermine)

Gegenstand der Klausur ist der gesamte Stoff der Vorlesung, der sich weitgehend an die Inhalte von “Demtröder, Experimentalphysik I” anlehnt.

Anmeldung zur Klausur ist erforderlich
Die Anmeldung zu Studien-/Prüfungsleistungen in den Kursvorlesungen erfolgt online über das Campus-Management der Uni Freiburg: Eine Teilnahme an den Prüfungen ohne vorherige Anmeldung ist ausgeschlossen!

Bei Nichterscheinen zur Klausur nach Anmeldung muss ein ärztliches Attest vorgelegt werden (Prüfungsrücktritt), ansonsten wird die Leistung mit 0 Punkten bewertet. Mittels Attest entschuldigte Studierende können an der Nachklausur teilnehmen. (Prüfungsordungen für Physik und Prüfungsordnungen für MST und ESE.)

Einteilung: Am Hörsaaleingang hängen Schilder mit den Anfangsbuchstaben der Nachnamen.

Hörsaal Rundbau (Chemie-Rundbau, Albertstraße 21): A – J (Anfangsbuchstaben des Nachnamens)
Hörsaal Anatomie (Albertstraße 19): K – R
gr. Hörsaal Physik (Hermann-Herder-Straße 3a): S – Z

Bitte deponieren Sie Ihre Taschen am Eingang des Hörsaales.

Sie brauchen nur Schreibzeug (Kugelschreiber oder Tinte), eigene Notizblöcke sind nicht erlaubt! Sie erhalten von uns Blätter.

Einziges Hilfsmittel: ein eigenes, einseitig von Hand beschriebenes A4-Blatt
Nicht erlaubt sind: Taschenrechner, alle Arten von elektronischen Geräten, eigene Blätter, Bleistift

Bitte bringen Sie Ihren Personalausweis und Ihre Immatrikulationsnummer mit.

Klausureinsicht im Raum 301 im Physikhochhaus (Büro von T. Pfohl) 
Mo. 26.02, 11.00 - 13.00 und 15.00 - 17.00
Di.  27.02, 11.00 - 13.00 und 14.00 - 16.00

 

Nachklausur

Freitag, 6. April 2018, 14:15 - 16:15 Uhr in den Hörsälen HS Rundbau, Großer HS Physik

Einteilung:

Hörsaal Rundbau (Chemie-Rundbau, Albertstraße 21): A – L (Anfangsbuchstaben des Nachnamens)
gr. Hörsaal Physik (Hermann-Herder-Straße 3a): M – Z

Es gelten dieselben Regeln wie bei der Klausur.

Klausureinsicht: 23.04.2018, 14 - 17 Uhr, im Raum 301 im Physikhochhaus (Büro von T. Pfohl) 

 

Literatur zur Vorlesung

1. Einführungen in die Experimentalphysik

  • P.A. Tipler, Physik: für Wissenschaftler und Ingenieure Spektrum Akademischer Verlag, 2009
    Modernes, reichhaltig bebildertes Lehrbuch auf eher moderatem Niveau.
  • D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Physik, Wiley-VCH, 2009
    Ein tolles Buch, das den gesamten Stoff der Vorlesung abdeckt und es hervorragend versteht, Physik verständlich zu machen.
  • D. C. Giancoli, Physik, Pearson Studium, 2009
    Ein ebenfalls toll gemachtes Buch, das den gesamten Stoff der Vorlesung abdeckt und die Physik sehr verständlich und anschaulich beschreibt.
  • Ch. Gerthsen, D. Meschede, Physik, Springer, 2006
    Der Gerthsen deckt das gesamte Spektrum der Vorlesung ab und bietet einen akzeptablen Kompromiss zwischen Vollständigkeit, exakter Darstellung und Verständlichkeit. Ist aber zum Lernen nicht jedermanns Sache.


2. Zu Mechanik und Wärme

  • W. Demtröder, Experimentalphysik 1 - Mechanik und Wärme, Springer, 2008
    Bietet eine verständliche Darstellung der Mechanik und Wärmelehre, ohne auf Tiefgang zu verzichten. Für Interessierte sehr empfehlenswert, für Physik-Studierende fast ein Muss.
  • L. Bergmann, C. Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 1: Mechanik, Akustik, Wärme, Gruyter, 2008
    Der Bergmann/Schaefer ist das wohl ausführlichste Lehrbuch der Experimentalphysik. Man findet hier Antworten auf fast alle Fragen, und viele Details, die sonst nicht erwähnt werden. Es ist als Lehrbuch aber weniger gut geeignet.


3. Aufgabenbuch

  • P. Müller, H. Heinemann, P. Krämer, Übungsbuch Physik. Grundlagen - Kontrollfragen - Beispiele - Aufgaben (11. Auflage), Hanser Fachbuchverlag Leipzig, 2008
    Kann hilfreich sein, um das Lösen typischer Physik-Aufgaben (wie sie auch in der Klausur gestellt werden) über die Übungen hinaus zu vertiefen. Kein Lehrbuch!


4. Formelsammlungen und Handbücher

  • A. Hammer, H. Hammer, K. Hammer, Physikalische Formeln und Tabellen, Taschenbuch: Lindauer, 2002
    Formelsammlung auf Schulniveau, nicht ganz vollständig.
  • H. Stöcker, Taschenbuch der Physik (5. Auflage), Harri Deutsch Verlag, 2004
    Ein echtes Nachschlagewerk mit sehr vielen Formeln und Tabellen. Gibt es auch mit CD.
     

Siehe auch: Vorstellungen von Büchern aus dem Themenbereich Physik I der Uni Göttingen oder als pdf.

 

Links und Quellen

Interessante Online-Skripten und „textbooks“ zur Experimentalphysik I:

 

Online-Vorlesungen (Lectures) on the web:

  • Einführung in die Physik I von Paul Wagner,  Universität Wien 
  • Lectures of Physics I:lassical Mechanics by Walter Lewin (MIT, 1999), Introduction
    The 35 video lectures by Professor Lewin, were recorded on the MIT campus during the Fall of 1999. Prof. Lewin is well known for his dynamic and engaging lecture style.
    Course Description:  In addition to the basic concepts of Newtonian Mechanics, Fluid Mechanics, and Kinetic Gas Theory, a variety of interesting topics are covered in this course.
  • Open Yale Course: Fundamentals of Physics, part I, with Ramamurti Shankar 
    This course provides a thorough introduction to the principles and methods of physics for students who have good preparation in physics and mathematics. Emphasis is placed on problem solving and quantitative reasoning. This course covers Newtonian mechanics, special relativity, gravitation, thermodynamics, and waves.
  • Richard Feynman’s 1964 Messenger Series lectures
    demonstrating the potential of interactive video learning by highlighting the “core scientific concepts” of Richard Feynman’s Messenger Lectures Series.


Versuchsbeschreibungen


Sammlung mit nützlichen Links zu allgemeinem Physik-Lehrmaterial

 

Einführende (einfache) Youtube-Videos
Benutzerspezifische Werkzeuge