Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

@off-peak: Beides ist aber relativ. Bei der potentiellen Energie steckt die Relativität im "g" (weshalb sich z.B. auf dem Mond ein anderer Wert für die potentielle Energie ergeben würde), und kinetische Energie ist sowieso grundsätzlich relativ.

off-peak schrieb:Weil die potentielle Energie, die einem Körper steckt, von seiner Masse, der Gravitation und der Höhe abhängig sind

Ok, es gibt ja noch andere Energiepotentiale, zB. ein Spannungspotential in einem elektrischen Feld. Steckt da das Energiepotential in den geladenen Teilchen oder im elektrischen Feld?
Auch hier würde ich sagen, dass die Frage nach dem entweder-oder wenig sinn macht.

mfg
kuno

Ich möchte gerne mein Wissen um Photonen erweitern und habe dazu eine spezielle Frage.
Die Frage mag einfach abzuhandeln sein mit dem Verweis auf Welle/Teilchen Dualismus, das ist mir eben noch nicht klar.

Ich verstehe(noch) nicht wie ein Photon eine Frequenz haben kann.

THX1138 schrieb:Ich verstehe(noch) nicht wie ein Photon eine Frequenz haben kann.

In der Wellenbetrachtung geht das, nicht als Teilchen. Und diese Frequenz bestimmt/entspricht seiner Energie (W=h * f / Wirkungsquatum * Frequenz in Joule) ..und auch die Farbe hängt von der Frequenz ab.

Im Alltag haben wir ja immer einen makroskopischen Blick auf alles was uns umgibt, so auch auf die elektromagnetische Strahlung. Schalten wir in einem Zimmer das Licht ein, ist es überall hell. Diese Helligkeit nehmen wir als "Ganzes" wahr, in Wirklichkeit ist dieses "Ganze" aber zusammengesetzt aus unzähligen winzig kleinen Bausteinen, den sog. Photonen.

Wenn wir z.B. ein fließendes Gewässer betrachten, sehen wir ja auch nicht die einzelnen Wassermoleküle, sondern nur deren Verbund. Erhöhen wir die Temperatur des Wassers, bewegen sich die Moleküle immer schneller, bis sich schließlich einige von ihnen aus dem Verbund lösen.

Photonen sind quasi die Elementarteilchen der elektromagnetischen Strahlung, also des quantisierten elektromagnetischen Feldes. Jedes Photon hat eine bestimmte Energie und bewegt sich immer exakt mit LG, nicht schneller und auch nicht langsamer.

Im Gegensatz zu Elektronen oder den erwähnten Wassermolekülen, die bei höherer Energie einfach nur schneller werden, kann das Photon seinen Energiehaushalt nur über die Frequenz steuern. Gibt ein Photon Energie ab, wird es nicht langsamer, vielmehr verringert sich seine Frequenz. Energie und Frequent sind beim Photon nicht nur proportional, sondern auch äquivalent, ähnlich wie die Äquivalenz bei Energie und Masse. Aus diesem Grund können Photonen auch gravitativ wechselwirken.

Oftmals höre ich in Diskussionen, dass Photonen eigenständige Teilchen wären, die quasi nur als Träger der Energie elektromagnetischer Strahlung fungieren. Ich denke, dem ist nicht so. Photonen sind eher die kleinstmöglichen "Bruchstücke" dieser Energie, daher auch der Begriff "Energie-Quanten". Jede Frequenz hat ihr eigenes kleinstmögliches Bruchstück, welches nicht weiter teilbar ist.

Des Weiteren entspricht jede Frequenz auch gleichzeitig einer Farbe, zumindest was den sichtbaren Teil des Spektrums angeht. Darauf basiert auch unser Sehvermögen und unser Farbempfinden, da die Photonen je nach Energie (Frequenz) auch unterschiedlich mit Materie wechselwirken.

Das Ganze ist aber ein sehr weites Feld, und ganz sicher nicht in einem Beitrag abzuhandeln. Ich hoffe aber, ich konnte einen ersten Eindruck vermitteln.

Obwohl natürlich grade oft die Grundlagen die heftigsten Dinge in der Physik behandeln, bin ich mir doch nicht ganz sicher, ob dieser Strang hier ursprünglich für diese Dinge gedacht war.

Tripane schrieb:bin ich mir doch nicht ganz sicher, ob dieser Strang hier ursprünglich für diese Dinge gedacht war.

Ich denke, der Threadtitel ist etwas irreführend. Ursprünglich ist das hier entstanden, um andere Threads davor zu bewahren, durch zu viele sachfremde Fragen vom Thema abzudriften. Der TE dachte sich wohl, diese Fragen statt dessen hier zu stellen würde das Problem lösen. Hat leider nicht geplappt, was auch abzusehen war.

Der Thread ist aber nunmal da, und wird auch von Zeit zu Zeit genutzt, wenn auch nicht immer im Sinne des TE, aber dafür können hier auch mal Fragen gestellt werden, ohne gleich einen neuen Thread zu eröffnen. Ob es sich dabei immer um "Grundlagen" handelt, sollte da eigentlich keine Rolle spielen, zumal dieser Begriff eh sehr unterschiedlich auslegbar ist.

Es wird immer vorkommen, dass manche Fragen trivial wirken, und andere schon mal ein tieferes Verständnis voraus setzen. Und genau das macht doch gerade den Reiz aus sich daran zu beteiligen, oder auch nicht. Bleibt jedem selbst überlassen.

@Peter0167
@Tripane

Vielleicht könnte man den Thread ja umbenennen: Allgemeine Fragen zur Physik - Das "Nachhilfeforum", oder so ähnlich.

Ich hätte eine Frage zur Beobachtung von Galaxien und Sternen die weit entfernt sind..

Mein Kenntnisstand ist der, dass man durch die Rotverschiebung von weit entfernten Galaxien sagt, dass das Universum sich immer schneller auseinanderbewegt.

Meine Frage dazu. Wenn man eine sehr weit entfernte Galaxie beobachtet, dann ist das was man sieht doch viel länger her, als das was man bei einer weniger weit entfernten Galaxie feststellt. Würde das nicht dann bedeuten, dass das was schneller bewegt länger her ist, und das was weniger schnell ist wenig lang her ist.. Das ist doch aber dann das Gegenteil, das Universum breitet sich immer langsamer aus, weil dass was man festgestellt hat was sich schneller bewegt länger her ist?

RayWonders schrieb:Meine Frage dazu. Wenn man eine sehr weit entfernte Galaxie beobachtet, dann ist das was man sieht doch viel länger her, als das was man bei einer weniger weit entfernten Galaxie feststellt. Würde das nicht dann bedeuten, dass das was schneller bewegt länger her ist, und das was weniger schnell ist wenig lang her ist.. Das ist doch aber dann das Gegenteil, das Universum breitet sich immer langsamer aus, weil dass was man festgestellt hat was sich schneller bewegt länger her ist?

Soweit ich weiss, so als Laie, dehnt sich das Universum immer schneller aus. Kann mich aber auch irren.
Ansonsten verstehe ich es auch so wie Du nicht ganz.
Muss das vielleicht heißen, dass das, was am weitesten entfernt ist, auch das älteste ist das man beobachten kann?

skagerak schrieb:Soweit ich weiss, so als Laie, dehnt sich das Universum immer schneller aus. Kann mich aber auch irren.

ich denke aber diesen Rückschluss hat man dadurch gezogen, dass weiter entfernte Galaxien sich schneller bewegen..

wenn ich mit Google suche finde ich das hier:

Die Andromedagalaxie, kurz als M31 bezeichnet, ist mit rund 2,5 Millionen Lichtjahren Entfernung unsere nächstgelegene Galaxie. Astronomen haben nun wahrscheinlich unsere fernste und älteste Galaxie entdeckt: genannt HD1, 13,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

Quelle: https://www.google.com/search?q=was+ist+die+weiteste+enternte+galaxie

Das heißt wenn ich auf M31 schaue, sehe ich was for 2.5Millionen Jahren war. wenn ich auf HD1 schaue sehe ich was für 13.5 Milliarden Jahren war. Wenn also HD1 sich viel schneller bewegt als M31, war dieser Zeitpunkt als sie sich schneller bewegte Milliarden Jahre länger her? Lässt sich überhaupt eine Aussage treffen was mit HD1 vor 2.5Millionen Jahren war um den Schluss zu ziehen alles was weiter weg ist bewegt sich schneller und um M31 and HD1 zu vergleichen?

EDIT: Man weiß ja im Prinzip nur, dass HD1 sich vor 13Milliarden Jahren schneller bewegte als M31 vor 2.5 Millionen Jahren..

RayWonders schrieb:ich denke aber diesen Rückschluss hat man dadurch gezogen, dass weiter entfernte Galaxien sich schneller bewegen..

Keine Ahnung, das ist ja auch das was ich nicht so wirklich verarbeiten kann.

RayWonders schrieb:Das heißt wenn ich auf M31 schaue, sehe ich was for 2.5Millionen Jahren war. wenn ich auf HD1 schaue sehe ich was für 13.5 Milliarden Jahren war.

Ja, soweit die Regel, soweit mir bekannt. Immerhin braucht Licht ja eben auch so lange wie es braucht, also auch bis zu 13,5 milliarden Jahre (Ich finde das auch immer wieder mindblowing).

RayWonders schrieb:Wenn also HD1 sich viel schneller bewegt als M31, war dieser Zeitpunkt als sie sich schneller bewegte Milliarden Jahre länger her?

Keine Ahnung ob man da irgendwelche Ausgleichsrechnungen anwenden muss um das vergleichen zu können. Ist doch eh alles relativ, irgendwie.

RayWonders schrieb:Lässt sich überhaupt eine Aussage treffen was mit HD1 vor 2.5Millionen Jahren war um den Schluss zu ziehen alles was weiter weg ist bewegt sich schneller und um M31 and HD1 zu vergleichen?

Naja, geht halt nur um die beobachtbare Bewegung, ergo Rotverschiebung halt (Doppler-Effekt und so).
Aus der schließt man ja eben jene Ausdehnung. Keine Ahnung ob es eine andere Erklärung für die Rotverschiebung gibt, oder ob es andere Bezugspunkte für die Ausdehnung gibt. Ist halt etwas komplizierter, denke ich.

RayWonders schrieb:EDIT: Man weiß ja im Prinzip nur, dass HD1 sich vor 13Milliarden Jahren schneller bewegte als M31 vor 2.5 Millionen Jahren..

Nein, man weiß halt auch um den Altersunterschied, wenn ich mich nicht irre.

@skagerak | @RayWonders

Es ist so dass glaub ich hier zwei Dinge durcheinander gehen. Fangen wir mal vorne an und vergleichen das Universum mit einem Hefeteig mit Rosinen der aufgeht, sich also ausdehnt.

Da er sich überall ausdehnt, ist es natürlich klar, das Rosinen die weiter voneinander entfernt sind, sich auch schneller durch diese Ausdehnung voneinander entfernen, als Rosinen die dichter beieinander sind. Man kann auch Punkte auf einen Ballon zeichnen und den aufblasen, Punkte die weiter voneinander entfernt sich, entfernen sich mit größerer Geschwindigkeit beim Aufblasen, also Punkte die nahe beieinander liegen.

Das ist das eine, nun das Andere, die Geschwindigkeit der Expansion selber, also die Geschwindigkeit mit der man den Ballon aufbläst. Man kann den ja immer langsamer aufblasen, oder auch immer schneller, das ist mit der Expansionsgeschwindigkeit gemeint, ist eine andere Hausnummer.

Die allgemeine Annahme war lange, dass diese Geschwindigkeit abnimmt (unabhängig davon dass Galaxien je weiter sie entfernt sind, sich immer schneller weiter entfernen, wie beim Beispiel mit dem Ballon), aber dem ist wohl nicht so, die Geschwindigkeit nimmt offenbar stetig zu. Man könnte nun auch noch schauen, wie schnell die Geschwindigkeit der Geschwindigkeit zunimmt ... :D

Hat schon Mal jemand postuliert, an welcher Stelle im Universum wir uns befinden- Mal so als Blase betrachtet? Oder ist , weil der Beobachtungshorizont in alle Richtungen gleichweit ist, das Ganze so gross, das keine Aussage mehr möglich ist?

:mlp:

Syndrom schrieb:Hat schon Mal jemand postuliert, an welcher Stelle im Universum wir uns befinden- Mal so als Blase betrachtet? Oder ist , weil der Beobachtungshorizont in alle Richtungen gleichweit ist, das Ganze so gross, das keine Aussage mehr möglich ist?

Ich glaube, da kommt das Kosmologische Prinzip ins Spiel.

nocheinPoet schrieb:Es ist so dass glaub ich hier zwei Dinge durcheinander gehen. Fangen wir mal vorne an und vergleichen das Universum mit einem Hefeteig mit Rosinen der aufgeht, sich also ausdehnt.

Da er sich überall ausdehnt, ist es natürlich klar, das Rosinen die weiter voneinander entfernt sind, sich auch schneller durch diese Ausdehnung voneinander entfernen, als Rosinen die dichter beieinander sind. Man kann auch Punkte auf einen Ballon zeichnen und den aufblasen, Punkte die weiter voneinander entfernt sich, entfernen sich mit größerer Geschwindigkeit beim Aufblasen, also Punkte die nahe beieinander liegen.

Das ist das eine, nun das Andere, die Geschwindigkeit der Expansion selber, also die Geschwindigkeit mit der man den Ballon aufbläst. Man kann den ja immer langsamer aufblasen, oder auch immer schneller, das ist mit der Expansionsgeschwindigkeit gemeint, ist eine andere Hausnummer.

Die allgemeine Annahme war lange, dass diese Geschwindigkeit abnimmt (unabhängig davon dass Galaxien je weiter sie entfernt sind, sich immer schneller weiter entfernen, wie beim Beispiel mit dem Ballon), aber dem ist wohl nicht so, die Geschwindigkeit nimmt offenbar stetig zu. Man könnte nun auch noch schauen, wie schnell die Geschwindigkeit der Geschwindigkeit zunimmt ... :D

Danke, soweit klar. Und wie ist das mit dem "Alter" der beobachtbaren Objekte?

nocheinPoet schrieb:Man kann auch Punkte auf einen Ballon zeichnen und den aufblasen, Punkte die weiter voneinander entfernt sich, entfernen sich mit größerer Geschwindigkeit beim Aufblasen, also Punkte die nahe beieinander liegen.

ich glaube nicht dass das so vergleichbar ist mit dem Universum. zum einen entfernt sich bei deinem Beispiel wirklich alles voneinander. das trifft nicht zu, z.b. die Andromea-Galaxie bewegt sich auf die Milchstraße zu und es wurden auch schon woanders Zusammentreffen von Galaxien beobachtet. zum anderen müsste bei deinem Vergleich das Universum eine so gut wie leer Mitte des Universums haben, aber auch das trifft nicht zu soweit ich weiß?

Das hier auf Wikipedia verstehe ich dann allerdings nicht so richtig:

Ähnliche Fragen
Was befindet sich in der Mitte des Universums?

Da das Universum weder einen Mittelpunkt noch einen Rand besitzt, existiert kein spezieller Referenzpunkt, von dem aus eine absolute Position der Erde im Universum angegeben werden könnte. Die Möglichkeit, entfernte Objekte zu beobachten, ist in alle Richtungen in gleicher Weise begrenzt.

Quelle: https://www.google.com/search?q=ist+die+mitte+des+universums+leer

Wie kann es keine Mitte geben wenn sich das Universum durch einen Urknall und einem Punkt aus in alle Richtungen ausgebreitet hat?

RayWonders schrieb:zum einen entfernt sich bei deinem Beispiel wirklich alles voneinander. das trifft nicht zu, z.b. die Andromea-Galaxie bewegt sich auf die Milchstraße zu und es wurden auch schon woanders Zusammentreffen von Galaxien beobachtet.

Die Gravitation ist stärker als die Expansion. Galaxienhaufen sind gravitativ gebunden, und daher können sich die Galaxien innerhalb der Galaxienhaufen trotz Expansion auch aufeinander zubewegen. Erst auf sehr großen Skalen entfernt sich alles voneinander.

RayWonders schrieb:zum anderen müsste bei deinem Vergleich das Universum eine so gut wie leer Mitte des Universums haben, aber auch das trifft nicht zu soweit ich weiß?

Das Universum wäre in diesem Bild die Oberfläche des Kuchens bzw. Ballons. Alles andere musst du dir wegdenken.

RayWonders schrieb:Wie kann es keine Mitte geben wenn sich das Universum durch einen Urknall und einem Punkt aus in alle Richtungen ausgebreitet hat?

Der Urknall war laut Standardmodell der Kosmologie keine Explosion, von deren Zentrum aus sich eine Art Explosionswelle fortbewegt. Mit dem Urknall ist das gesamte Universum erst entstanden, d.h. er war überall auf einmal und hat Raum und Zeit in ihre Existenz geworfen. Bei der Expansion, die seither stattfindet, dehnt sich das Universum nicht in einen irgendwie gearteten leeren Raum hinein aus. Es dehnt sich viel mehr in sich selbst hinein aus, d.h. innerhalb des Universums entsteht neuer Raum.

Möglich, dass unsere Raumzeit in eine Art Hyperraum oder Multiversum eingebettet ist, aber erforderlich ist das nicht. In einem Hyperraum könnte das Universum dann eine Mitte haben, in unserem dreidimensionalen Raum allerdings nicht. Um beim Ballon zu bleiben: Hier wäre das Universum bzw. die Raumzeit die zweidimensionale Oberfläche (keine Mitte). Der dreidimensionale Ball wäre dann der Hyperraum. In diesem existiert zwar schon ein Zentrum, aber das wäre für uns bedeutungslos, da wir uns ja nur über die Oberfläche (Raumzeit) bewegen können.

Also ich weiß nicht. Nicht, dass ich was besseres hätte, aber mit dem "Rosinen im Hefeteig" oder "Punkte auf der Luftballonhülle" Modell werde ich nie so recht glücklich. :D

@Tripane
Hat mir auch nie gefallen - deswegen arbeite ich gedanklich mit einem Quader, der hat 8 Ecken (A bis H / wo immer 3 Linien zusammen laufen).
In jedem Kontenpunkt (von den 8) soll ein Objekt sein...wenn der Quader in allen 3 Dimensionen sich je um 10% ausdehnt, vergrößert sich der Abstand zwischen den Objekten auf der gleichen Achse um 10% (A zu B), in 2 Achsen um 10% (A zu C / Quadrat Diagonale) und in 3 Achsen auch um 10% (D zu F / Quader Raumdiagonale).
In CAD Programmen kann man die Funktion skalieren nutzen.



Bild von hier:
https://www.mathelounge.de/689922/vektorenrechnung-quader-eckpunkte-d-f-g-h-berechnen