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Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

146 Beiträge ▪ Schlüsselwörter: Physik, Grundlagen ▪ Abonnieren: Feed E-Mail

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

17.09.2017 um 11:31
Kleiner Zusatz: rotierende Massen im Motor sowie frustbedingte Augenrollbewegungen wegen der Fahrweise des Vordermanns würden an dieser Stelle zu weit führen, und werden daher ignoriert :D


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17.09.2017 um 11:52
Weiß nicht so recht, ob das dem Verständnis weiterhilft.

Rotierende Masse im Getriebe halte ich aber für ziemlich wichtig. Im Zweifel sollte klar sein, dass nur die Räder zu berechnen, nur nen Anhaltspunkt gibt.

Außerdem würde ich - wenn wir es schon vereinfachen - annehmen, dass die gesamte Masse des Rades im Reifen liegt. Und zwar da wo er die Straße berührt. Da kannste dir die Masseverteilung sparen, die ja in ein ganz anderes Thema gehört. :-)


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17.09.2017 um 12:05
Zitat von ComCitCatComCitCat schrieb:Rotierende Masse im Getriebe halte ich aber für ziemlich wichtig
Klar ist das wichtig, aber es würde an dieser Stelle zu weit führen (siehe Threadthema).
Zitat von ComCitCatComCitCat schrieb:Außerdem würde ich - wenn wir es schon vereinfachen - annehmen, dass die gesamte Masse des Rades im Reifen liegt.
Richtig, vereinfachen würde es das, aber es verfälscht das Ergebnis in erheblicher Weise, daher würde ich es bei der Homogenisierung belassen :D (m.M.n.). Wer will kann es ja trotzdem mal rechnen, und hinterher lässt sich aus beiden Ergebnissen der Grad der Erheblichkeit bestimmen, was wiederum förderlich fürs Verständnis wäre...
Weiß nicht so recht, ob das dem Verständnis weiterhilft.
Dem vermag ich nicht zu widersprechen. :D


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17.09.2017 um 12:22
@Peter0167
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Ich glaube, damit wäre alles vorgegeben, die einzige Hürde die ich sehe, wäre die Bestimmung des Trägheitsmomentes der Räder.
Für ne Größenabschätzung würds reichen, zur Bestimmung des Trägheitsmomentes die Formel für den Hohlzylinder zu nehmen bei der die Masse homogen verteilt zwischen r1 und r2 liegt:

Wikipedia: Trägheitsmoment#Haupttr.C3.A4gheitsmomente einfacher geometrischer K.C3.B6rper

--> Fall d: Hohlzylinder Rotation um sein Längsachse

JHohl = m/2 ⋅ (r12 + r22)
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Vielleicht hat ja jemand Bock drauf, das mal auszurechnen
Womit ich den Ball wieder zurück werfe ;-)


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17.09.2017 um 12:32
@mojorisin

Danke, nun könnte ich es auch :D

Aber wäre es im Interesse der Homogenität nicht angebracht, sich am Vollzylinder zu orientieren, zumal ich es dann auch nicht mit 2 Radien zu tun hätte (Felge gehört mit zum Rad)?


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17.09.2017 um 12:40
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb:Aber wäre es im Interesse der Homogenität nicht angebracht, sich am Vollzylinder zu orientieren,
Du kannst ja mal beides ausrechnen. Du wirst dann erkennen das beim Hohlzylinder bei gleicher Rotation + gleicher Masse mehr Energie gespeichert ist.


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17.09.2017 um 12:47
@mojorisin

Okay, bleiben wir beim Hohlzylinder, dann sollten wir der einheitlichen Werte wegen für r1 den Felgenradius nehmen. Bei 15" wären das ca. 0,19 m.


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17.09.2017 um 13:16
@Balthasar70

Moin, gute Idee, dann mal gutes Gelingen, möge jene auch die Hilfe annehmen und mal endlich die Grundlagen der Physik lernen. Ich würde ja mal das Relativitätsprinzip so als eine ganz elementare Säule vorschlage. Dann Begriffe wie Koordinatensystem, Ereignis, Koordinatentransformation. Die Galilei-Transformation, ganz einfach dann zwischen zwei Systemen transformieren, also erst mal nur Ereignisse, Längen und so. Dann die Systeme zueinander bewegen und mal die Geschwindigkeit dazu nehmen.

Und erst dann sich der Lorentztransformation nähern. Könnte auch wirklich gut für @pluss sein, der hat leider auch nach vielen Seiten der Erklärungen noch immer nicht die Zeitdilatation begreifen können, im Nebel tief verloren. Wirklich:
Zitat von plusspluss schrieb am 13.09.2017:Es geht und ging mir nie darum die Zeitdilatation zu wiederlegen, sie ist Fakt. Es ging und geht mir lediglich um den leichtsinnigen Umgang mit Begrifflichkeiten, die eben zu nachweislich falschen Schlussfolgerungen führen. Wenn jemand behauptet "alle Uhren unterliegen der Zeitdilatation", hat er in der Physik recht.

Wer dann aber glaubt das auch eine Rolex Dytona bewegt langsamer geht, der irrt.

Sie erfüllt nicht annähernd die Definition von "Zeit". Eine solche Uhr kann aufgrund ihrer Periodendauer im bewegten zustand die SI-Sekunde nicht korrekt anzeigen.
Zitat von plusspluss schrieb:Also nochmal, die Ur-Uhr läuft nur synchron mit einer ruhenden Uhr, wenn die aus den beobachteten Geschwindigkeitskomponenten resultierende Geschwindigkeit gleich oder kleiner 1c ist.
Und wo Du @ComCitCat ja nun so erfolgreich warst hier "wem" das mit der Relativität der kinetischen Energie zu erklären und es oh Wunder dann auf Mal begriffen und verstanden worden sein soll, könntest Du mit der Nachhilfe doch weiter machen, also wenn die Grundlagen sitzen natürlich erst. Geht dann um die Relativitätstheorie, gab hier mal einen "User", der nun nicht mehr unter seinem Pseudonym hier schreibt, wollte gerade sagen, der einigen Schaden angerichtet hat, ich sage mal besser, bei einigen Usern "Verwirrung" hinterlassen hat und sehr viel Unfug erzählt, ich zitiere mal was ich mein:
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb am 29.05.2017:
Zitat von Sonni1967Sonni1967 schrieb am 29.05.2017:Die vordere Uhr des Flugzeuges ist dann näher am Gravitationsmittelpunkt als die hintere (beim Schub/Beschleunigung)
Genau so siehts aus. Leider bin ich in Bezug auf die RT bei weitem noch nicht so "sattelfest" wie ich es gern hätte, und bin daher in meiner Argumentation auch noch etwas holprig, trotzdem kann ich das was Z. hier über Jahre hinweg vermittelt hat gut nachvollziehen.

Die SRT ist aus vielen Gründen nur sehr beschränkt anwendbar, dazu zählen:

- Effekte wie LK und ZD sind bezugssystemabhängig!
- LG ist in der SRT nicht mehr absolut
- beschleunigte Massen sowie deren Wechselwirkung mit einer dynamischen Raumzeit werden nicht umfassend berücksichtigt
- in der SRT ist kein Inertialsystem ausgezeichnet, Beobachtungen müssen BS-abhängig Lorentztransformiert werden
- etc.

In der ART werden hingegen Dinge berücksichtigt, die der SRT gar nicht aufgefallen wären :D (Formulierung stammt von Z.). Das Impulszentrum liegt beim Flugzeug im vorderen Teil, d.h. die Entfernung zur Uhr A ist geringer als zur Uhr B im hinteren Teil. Kürzerer Abstand bedeutet, Uhr A wird sowohl früher beschleunigt, und liegt zudem noch dichter am G-Zentrum, dessen Energie im Falle einer Beschleunigung durch Impulseintrag ebenfalls zunimmt, was eine noch stärkere Beschleunigung der Uhren zur Folge hat (träge Masse ist äquivalent schwerer Masse!).

Die ART vereinigt nicht nur die in der SRT getrennt betrachteten Effekte, sie erklärt auch deren Zustandekommen und macht sie beobachterunabhängig! Die LG erhält ihre Absolutheit zurück, und die Raumzeit kann ihr Minkowski-Korsett ablegen, so das ihre dynamischen Eigenheiten endlich wieder zur Geltung kommen.
Ich hatte dann natürlich versucht die Dinge richtig zu rücken, erklärt dass LK und ZD natürlich vom Bezugsystem abhängig sind und sich das auch in der ART nicht ändert, dass es wichtig ist und Sinn macht, dass kein System ausgezeichnet ist, ganz elementar in der Physik. Das die Lichtgeschwindigkeit ihre "Absolutheit" nicht in der ART zurück erhält, sondern in der SRT absolut ist und wenn dann in der ART dieses nur noch lokal so ist.

Hat aber nicht wirklich Zuspruch gefunden. Nun ja, die Nummer damals mit dem Flugzeug, war schon was. Da wurden aber einige noch viel tiefer in den Nebel geführt.

Also, super Sache der Thread hier, hätte früher schon Sinn gemacht, dann hätte man hier das mit der kinetischen Energie erklären können und nicht den anderen Thread mit füllen. Freut mich echt, dass zumindest nun nach langer Zeit das mit der kinetischen Energie verstanden worden sein soll.

Und ich hätte da noch einen Kandidaten hier für den Thread, hat da Probleme die Zeitdilatation zu verstehen, kommt da mit dem Dopplereffekt durcheinander und dem Zwillingsparadoxon, dazu gibt es dann sogar einen eigenen Thread:

SRT Wechselseitige Zeitdilatation in zwei zueinander bewegten Systemen

Bin bisher noch nicht dazugekommen dort weiter zu machen, wurde ja anderweitig gebunden. Aber wie gesagt, sehr gute Idee, hatte auch schon mal an so einen Thread gedacht. Man kann nun einfach "Diskussionen" aus den anderen Threads ziehen und hier eben Grundlagen der Physik vermitteln und @ComCitCat scheint da ja mit sehr erfolgreich zu sein. Eventuell hilft das Beispiel mit dem Elefanten dann auch anderen Usern Physik besser zu begreifen.


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17.09.2017 um 13:22
Noch mal was, geht um Beschleunigung, oft lese ich hier im Forum "bremsen" und das wird dann für etwas anderes als Beschleunigung gehalten, eben für das echte Gegenteil.

Habe schon oft dann in den Threads erklärt, dass Beschleunigung einfach eine Geschwindigkeitsänderung ist und nicht bedeutet, ein Körper wird absolut schneller. Und bremsen eben nicht bedeutet, ein Körper wird absolut langsamer.

Denn je nach System wird ein Körper schneller und auch langsamer.

In einem System wird der beschleunigte Körper schneller und in einem anderen System betrachtet wird dieser dabei langsamer.

Das wird leider auch oft nicht verstanden, darum finde ich das Relativitätsprinzip so wichtig. Mal sehen, ob ich ein Beispiel dazu finde.

Also noch mal @Balthasar70 gute Idee der Thread.


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17.09.2017 um 13:31
Ich hab´s mal grob überschlagen, und bin zu dem Ergebnis gekommen, dass ca. 3,35% der kinetischen Energie des Fahrzeugs in der Rotationsenergie der Räder stecken (unter den zuvor festgelegten Bedingungen). Kann das wer bestätigen?


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17.09.2017 um 13:58
@Peter0167
Zitat von Peter0167Peter0167 schrieb: 3,35%
Für ne grobe Überschlagsrechnung hast du äußerst akkurate Zahlen ;-)


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17.09.2017 um 13:59
@mojorisin

Captain Kirk waren meine Schätzungen auch immer lieber, als die Berechnungen von anderen :D


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17.09.2017 um 14:16
@Balthasar70
@skagerak

Ich drück´s mal einfach und ohne Formeln aus. Zum Einen, weil es so einfach verständlicher ist, zum Anderen, weil ich selbst mit Formeln auf dem Kriegsfuß stehe. :D

"Freie Energie" (die echte, physikalische) und "frei gewordene Energie" sind begrifflich nicht 100% deckungsgleich. Mit "frei gewordener Energie" ist daher auch gemeint, dass zB Energiepot sich nicht mehr dort befindet, wo sie eben aber noch war. Sprich, sie wurde inzwischen umgewandelt, zB in Ekin.
Sie wurde quasi "frei" und ist bzw macht jetzt etwas anderes. Energie ist ja prinzipiell gespeicherte Arbeitsmöglichkeit, lässt sich daher auch mit denselben Formeln [doch, ja, manche kapiere auch ich] berechnen und man gibt beides auch in denselben Einheiten an. Wenn ich sie also aus ihrer Ruhelage "befreie", damit sie dann Arbeit (zB Verformungsarbeit am Auto) verrichtet, dann habe ich sie "frei" gemacht.
Manche dieser Lümmel nutzen dann aber die günstige Gelegenheit und hauen einfach ab - als Wärme. ;)


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18.09.2017 um 00:46
@Zotteltier
Man kann sich das vielleicht besser mit Raketen vorstellen. Um eine Rakete zu beschleunigen muss ich Treibstoff ausstoßen. Beim Auto läuft das im Grunde nicht anders aber eben über viele Einzelschritte und unanschaulicher.
Diesen Vergleich halte ich für etwas grenzwertig.
Die Chemische (potentielle) Energie des Treibstoffes ist dabei ebenfalls in kinetische Energie umgewandelt worden.
Ich hoffe doch sehr, dass Du hier chemische Energie nicht mit potentieller Energie gleichsetzst. Ein Klarstellung Deinerseits wäre jedenfalls äußerst wünschenswert.
Die kinetische Energie wird dann über den Umweg der Potentiellen Energie in Verformung und wenn die Verformung irreversibel ist letztenendes in thermische Energie umgesetzt.
In welche Form der "potentiellen Energie" soll denn die "kinetische Energie" umgetzt werden?

@ComCitCat
Respektiv ist die Energie Ekin= 1/2 m x v² = 1/2 m1 x v1s² + 1/2 m2 x vs2² und mit m1 = m2 := M sowie v1s²=v2s10²:=V²
Ekin= M x (V² + V²) = 2 M V² = 50 kg*m²/s²
Meiner Meinung nach ist diese Rechnung falsch! Gründe:

1. Wenn m1 = m2 = M und v1 = v2 = V, dann ergibt sich für die kinetische Energie

Ekin = MV2 und nicht Ekin = 2 MV2.

2. Ich meine, dass in dem von Dir behandelten Fall V = (v1 + v2)/2, also 15 m/s und nicht 10 m/s ist.


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18.09.2017 um 07:59
@Africanus
Zitat von AfricanusAfricanus schrieb:Diesen Vergleich halte ich für etwas grenzwertig.
Ja, so wie es formuliert ist, könnte man auf die Idee kommen der Auspuff triebe das Auto an, was natürlich Kokolores ist.
Vielmehr war damit gemeint, dass über die Verbrennung eine Rotationsbewegung angetrieben wird, die letzten Endes via Getriebe und Reifen, die Straße beschleunigt. Allerdings ist von der Beschleunigung der Straße, aufgrund der anhängenden Masse nicht viel zu spüren, von daher hielt ich das für unanschaulich.
Zitat von AfricanusAfricanus schrieb:Ich hoffe doch sehr, dass Du hier chemische Energie nicht mit potentieller Energie gleichsetzst. Ein Klarstellung Deinerseits wäre jedenfalls äußerst wünschenswert.
Ja da ist in der Tat eine Klarstellung angebracht. Chemische Energie ist natürlich potentielle und kinetische Energie der beteiligten Nukleonen und Elektronen.
-> 5 Strafhiebe mit dem Kutzelnigg :)
Zitat von AfricanusAfricanus schrieb:In welche Form der "potentiellen Energie" soll denn die "kinetische Energie" umgetzt werden?
Teile des Material werden aus Ihrer Gleichgewichtslage geschoben. In idealen Kristallen müssen ja ganze Kristallebenen gegeneinander verschoben werden. In ihrer Ungleichgewichtslage haben diese dann potentielle Energie. Ist zugegeben nur ein kurzer mikroskopischer Zwischenstopp.
Zitat von AfricanusAfricanus schrieb:Meiner Meinung nach ist diese Rechnung falsch! Gründe:

1. Wenn m1 = m2 = M und v1 = v2 = V, dann ergibt sich für die kinetische Energie
Die gesamte kinetische Energie für die zwei Objekte ist im Schwerpunktsystem

Ekin=m1 v12 + m2 v22

und da die Massen und Geschwindigkeiten gleich sind

Ekin=M V2+ M V2 = 2 M V2
Zitat von AfricanusAfricanus schrieb:2. Ich meine, dass in dem von Dir behandelten Fall V = (v1 + v2)/2, also 15 m/s und nicht 10 m/s ist.
Da gab es ein Missverständnis wie v2 zu behandeln ist. Kommen die Fahrzeuge aufeinander zu also genaugenommen

v1= 10 m/s und v2 = -20 m/s,

dann ist die Relativgeschwindigkeit |vRel|=30 m/s,

und damit die Geschwindigkeiten im Schwerpunktsystem jeweils +- 15 m/s.

Fahren beide in die gleiche Richtung also

v1= 10 m/s und v2 = +20 m/s,

dann ist die Relativgeschwindigkeit |vRel|=10 m/s,

und damit die Geschwindigkeiten im Schwerpunktsystem jeweils +- 5 m/s.


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18.09.2017 um 10:02
Zitat von ZotteltierZotteltier schrieb:Ja da ist in der Tat eine Klarstellung angebracht. Chemische Energie ist natürlich potentielle und kinetische Energie der beteiligten Nukleonen und Elektronen.
-> 5 Strafhiebe mit dem Kutzelnigg :)
Leute, ich glaube es ist nicht im Sinne dieses Threads, wenn wir ein einfaches Experiment aus der klassischen Mechanik auf der Ebene der Quantenphysik untersuchen. Der TE hat diesen Ort hier erschaffen, um grundlegende Zusammenhänge in der Physik für Laien verständlich zu machen. Der Sprung von [Auto -> Baum -> Energie] zum Quantenquark geht absolut in die falsche Richtung. (m.M.n.)


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18.09.2017 um 10:19
@Peter0167
Danke, ja ich denke auch das führt zu weit.

@all

...gibt es denn Vorschläge, abseits aktueller Fragen aus anderen threads, was man denn so alles als Grundlagen behandeln sollte?

actio- reactio?
Entropie?
Energieerhaltung?


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18.09.2017 um 11:03
Zitat von AfricanusAfricanus schrieb:Meiner Meinung nach ist diese Rechnung falsch! Gründe:

1. Wenn m1 = m2 = M und v1 = v2 = V, dann ergibt sich für die kinetische Energie

Ekin = MV2 und nicht Ekin = 2 MV2.
Haste Recht. :-)

Die Rechnung macht @Zotteltier auch nochmal auf:
Zitat von ZotteltierZotteltier schrieb:Ekin=m1 v12 + m2 v22
und da die Massen und Geschwindigkeiten gleich sind
Ekin=M V2+ M V2 = 2 M V2
und hat nur leider wie ich in der 2. Zeile meiner Rechnung das 1/2 vergessen. Die kinetische Energie ist grundsätzlich (in guter newtonscher Näherung)
Ekin= 1/2 m v²
Im vorliegenden Fall also Ekin= 1/2 x m1 v1² + 1/2 x m2 v2²
Was mit den gegebenen m1=m2=M und v1²=v2²=V² zu
Ekin= 1/2 x M V² + 1/2 x M V² führt, und das ist natürlich M V² und nicht 2 M V².

Thx @Africanus für den Hinweis. :-)


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18.09.2017 um 11:56
@Zotteltier
Da gab es ein Missverständnis wie v2 zu behandeln ist. Kommen die Fahrzeuge aufeinander zu also genaugenommen

v1= 10 m/s und v2 = -20 m/s,

dann ist die Relativgeschwindigkeit |vRel|=30 m/s,

und damit die Geschwindigkeiten im Schwerpunktsystem jeweils +- 15 m/s.

Fahren beide in die gleiche Richtung also

v1= 10 m/s und v2 = +20 m/s,

dann ist die Relativgeschwindigkeit |vRel|=10 m/s,

und damit die Geschwindigkeiten im Schwerpunktsystem jeweils +- 5 m/s.
Ich habe keinerlei Missverständnisse bei der folgenden Aufgabe Deinerseits gehabt:
Wieviel kinetische Energie wird freigesetzt?  (m1 = m2 = 1 kg, v1 = 10 m/s, v2 =20 m/s)

Edit: zusätzliche Annahmen: vollständig inelastisch und Zusammenprall irgendwo im Raum nicht auf der Straße.
Ich habe in meinem Beitrag nicht von Relativgeschwindigkeit geschrieben, sondern von der Geschwindigkeit der beiden Körper nach dem Zusammenstoß. Um diese zu ermitteln muss man die Impulserhaltung heranziehen, es gilt für den Fall, dass sich beide Körper in dieselbe Richtung bewegen und der Stoß zentral erfolgt ist:

p1vor + p2vor = p1nach + p2nach

m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'

Da m1 = m2 und v1' = v2' = v' sind, vereinfacht sich die Gleichung zu

mv1 + mv2 = mv' + mv'

m(v1 + v2) = 2mv'

Damit ergibt sich für v':

v' = (v1 + v2)/2

und nach Einsetzen der zugrunde gelegten Geschwindigkeiten:

v' = (10m/s + 20m/s)/2 = 15 m/s

Im Prinzip hast Du also Recht, die eine Geschwindigkeit ist 20m/s - 5m/s und die andere 10m/s + 5m/s. ;)

@Peter0167
Leute, ich glaube es ist nicht im Sinne dieses Threads, wenn wir ein einfaches Experiment aus der klassischen Mechanik auf der Ebene der Quantenphysik untersuchen. Der TE hat diesen Ort hier erschaffen, um grundlegende Zusammenhänge in der Physik für Laien verständlich zu machen. Der Sprung von [Auto -> Baum -> Energie] zum Quantenquark geht absolut in die falsche Richtung. (m.M.n.)
Ich habe nirgendwo etwas von Quantenphysik geschrieben, sondern lediglich nachgefragt, ob @Zotteltier chemische Energie zu den mechanischen Energieformen gezählt hat.

@Balthasar70
...gibt es denn Vorschläge, abseits aktueller Fragen aus anderen threads, was man denn so alles als Grundlagen behandeln sollte?

actio- reactio?
Entropie?
Energieerhaltung?
Zu den Grundlagen der Physik gehören für mich:

  • Das internationale Einheitensystem
  • gültige Stellen
  • die Newtonschen Axiome
  • das Hebelgestz
  • Arbeit, Energie und Leistung
  • der Energieerhaltungssatz
  • die Impulserhaltung
  • Spannung, Stromstärke und Widerstand
  • Reihenschaltung und Parallelschaltung von Widerständen
  • der 0., 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik
  • die Gasgesetze (Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, allgemeine Zustandsgleichung von Gasen)
  • Wärmekapazität und Mischtemperaturen
  • einfache Zustandsdiagramme



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Balthasar70 Diskussionsleiter
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18.09.2017 um 12:15
@Africanus
....gute Liste, danke.

Ist sowas in einem thread abarbeitbar, oder wäre es sinnvoll parallel einen (mehrere) blogs einzurichten?


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