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Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

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

Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

15.03.2021 um 17:05
@behind_eyes:
Zitat von behind_eyesbehind_eyes schrieb:... nur warum führt es ganz konkret eine Bewegung aus und nix anderes.
Betrachten wir mal den einfachsten Fall eines Wasserstoffatoms: Ein Proton und ein Elektron. Es gibt nicht viel, was dieses Teilchen "tun" kann. Es kann sich ortsverändernd bewegen, es kann (unter bestimmten Bedingungen) mechanisch schwingen, und das Elektron kann sich -- wiederum vereinfachungshalber im Sinne des Bohr'schen Atommodells betrachtet -- auf verschiedenen Bahnen bewegen. Im wesentlichen war's das. Es gibt zwar noch eine Reihe von quantentheoretischen und kernphysikalischen Feinheiten, die aber für eine alltagsrelevante Betrachtung m.E. keine Rolle spielen.


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15.03.2021 um 17:31
@delta.m:
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Der "Fehler" beginnt glaube ich schon damit, dass wir uns sich die "Teilchen" als kleine Kügelchen vorstellen, die durch den Raum sausen und wie Billardkugeln zusammenstoßen oder von den Wänden abprallen ...
Das würde ich so nicht sagen. Dieses Modell ist ziemlich leistungsfähig, z.B. ergibt sich in der Simulation hier -- die im wesentlichen diesem Modell entspricht -- bemerkenswerterweise genau die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen (siehe die Grafik rechts), die sowohl von der Theorie vorhergesagt, als auch (natürlich nur im Rahmen einer bestimmten Genauigkeit) bei realen Gasen beobachtet wird.

Natürlich hat dieses Modell Grenzen, aber es ist sehr hilfreich, um viele physikalische Zusammenhänge zu verstehen. Daher halte ich die Verwendung dieses Modells für ebenso sinnvoll wie die Verwendung der Newton'schen Gravitationstheorie in Fällen, wo es keinen zwingenden Grund für den Einsatz der ART gibt.


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15.03.2021 um 17:46
Zitat von uatuuatu schrieb:Dieses Modell ist ziemlich leistungsfähig, z.B. ergibt sich in der Simulation hier -- die im wesentlichen diesem Modell entspricht -- bemerkenswerterweise genau die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen (siehe die Grafik rechts), die sowohl von der Theorie vorhergesagt, als auch (natürlich nur im Rahmen einer bestimmten Genauigkeit) bei realen Gasen beobachtet wird.
Sehr interessant diese Simulation.

Aber da taucht bei mir schon wieder eine Frage auf :)

Normalerweise gleichen sich doch Dinge wie z.B.: Temperaturunterschiede mit der Zeit aus und es ergibt sich ein Mittelwert.

Wieso ist das bei der Simulation (und in der Natur) da nicht auch so?

Wieso bildet sich hier eine Art Glockenkurve der Geschwindigkeiten aus
und nicht etwa eine Gerade, wobei alle Teilchen nach längerer Zeit sich gleichschnell bewegen?


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15.03.2021 um 17:58
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Wieso bildet sich hier eine Art Glockenkurve der Geschwindigkeiten aus
und nicht etwa eine Gerade, wobei alle Teilchen nach längerer Zeit sich gleichschnell bewegen?
Interessante Frage. :-D
Aber wenn alle Teilchen gleich schnell wären, könnten sie sich irgendwann gar nicht mehr stoßen, da praktisch bei jedem Stoß Energien übertragen werden und sich damit auch Geschwindigkeiten ändern müssen.


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15.03.2021 um 18:45
@delta.m:
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Wieso bildet sich hier eine Art Glockenkurve der Geschwindigkeiten aus und nicht etwa eine Gerade, wobei alle Teilchen nach längerer Zeit sich gleichschnell bewegen?
Das ist nicht ganz einfach zu erklären. Die wesentliche Ursache für dieses Verhalten sind die Winkel, unter denen die Kollisionen stattfinden. Im eindimensionalen Fall (z.B. in einem dünnen Zylinder, in dem sich alle Teilchen auf der Zylinderachse bewegen) würde sich die anfängliche Geschwindigkeitsverteilung nie ändern. Interessanter wird's im zweidimensionalen Fall: Betrachten wir ein Teilchen, das sich mit der Geschwindigkeit v rein horizontal bewegt (vx=v, vy=0), und auf ein anderes Teilchen (gleicher Masse) prallt, das sich mit der Geschwindigkeit v rein vertikal bewegt (vx=0, vy=v). Nach den Gesetzmässigkeiten des idealen elastischen Stosses ergibt sich daraus (die x- und y-Komponenten der Geschwindigkeiten werden dabei separat betrachtet), dass das erste Teilchen völlig zum Stillstand kommt (vx=0, vy=0) und das zweite Teilchen seine Geschwindigkeit in y-Richtung beibehält, und in x-Richtung die Geschwindigkeit v des ersten Teilchens "übernimmt" (vx=v, vy=v). Die Bahngeschwindigkeit des zweiten Teilchens beträgt dann: v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{2*v^2}=\sqrt{2}*v≈1,41*v.

Aus zwei Teilchen mit der gleichen Bahngeschwindigkeit v (wenn auch in verschiedene Richtungen) ergibt sich also ein Teilchen mit der Bahngeschwindkeit 0, und ein Teilchen mit der Bahngeschwindkeit ≈ 1,41 * v. Aufgrund derartiger Winkelkollisionen werden die Bahngeschwindigkeiten immer neu ungleich verteilt, so dass es nie zu einer Angleichung der Bahngeschwindigkeiten aller Teilchen kommen kann.


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15.03.2021 um 19:13
Zitat von uatuuatu schrieb:Aus zwei Teilchen mit der gleichen Bahngeschwindigkeit v (wenn auch in verschiedene Richtungen) ergibt sich also ein Teilchen mit der Bahngeschwindkeit 0, und ein Teilchen mit der Bahngeschwindkeit ≈ 1,41 * v. Aufgrund derartiger Winkelkollisionen werden die Bahngeschwindigkeiten immer neu ungleich verteilt, so dass es nie zu einer Angleichung der Bahngeschwindigkeiten aller Teilchen kommen kann.
Danke @uatu für deine Mühe :Y:

Wir hatten ja vor "langer" Zeit in der anderen Diskussion über Eigenarten der Stoßgesetze diskutiert - hatte leider schon wieder vieles vergessen :(

Das sich bei einer anfänglich gleicher Geschwindigkeitsverteilung
die Teilchen nach und nach durch verschiedene Kollisions-Winkel unterschiedlich schnell bewegen,
ist mir jetzt aber wieder klar geworden :)

-------------

btw:

ich sehe auf meinem Browser (Firefox) zw. deinen beiden Sätzen nur einen Punkt in der Mitte ??
Zitat von uatuuatu schrieb:Bahngeschwindigkeit des zweiten Teilchens beträgt dann: .

Aus zwei Teilchen mit der gleichen Bahngeschwindigkeit v (wenn auch in verschiedene Richtungen)



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15.03.2021 um 19:29
@delta.m:
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:ich sehe auf meinem Browser (Firefox) zw. deinen beiden Sätzen nur einen Punkt in der Mitte ??
Refresh sollte helfen. Es gibt seit einiger Zeit ein paar kleinere Probleme mit dem -- an sich sehr guten -- LaTeX-Modul von Allmystery.


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15.03.2021 um 19:32
Zitat von uatuuatu schrieb:Refresh sollte helfen.
:Y:
Zitat von uatuuatu schrieb:Die Bahngeschwindigkeit des zweiten Teilchens beträgt dann: v=vx2+vy2=2∗v2=2∗v≈1,41∗vv=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{2*v^2}=\sqrt{2}*v≈1,41*vv=vx2​+vy2​
​=2∗v2
​=2
​∗v≈1,41∗v.



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15.03.2021 um 21:15
Ich fang mal so an:

@behind_eyes Anliegen hat mich auf Gedanken gebracht.

Sagen wir mal es gibt einen Geschlossenen Raum, hermetisch abgeriegelt im irdischen Sinne.
Raumtemperatur null grad Kelvin.
Sämtliche Materie im Sinne von Luft bzw Gasgemisch ist in diesem Raum null grad Kelvin. Also faktisch alles Stillstand, oder? (eigentlich müsste man eine gewisse Wechselwirkung der Atome mit den Raumwänden berücksichtigen, oder?)
Keine Ahnung, liest sich wohl erst mal wie eine Ideal-Situation, oder?

Nun wollen wir mal buchstäblich Bewegung in die Sache bringen.

Ich brauche also etwas, womit ich die Atome in (mit?) diesem Raum in Bewegung bringe.
Die Methoden sind ja sehr auswählbar. Reibung, chemische Reaktionen oder was auch immer.

Joa, und weiter komme ich grad nicht.

Irgendwie komme ich denn auf sowas wie einen Urimpuls...

Aber wie gesagt, nur so´n kleiner Gedankenfurz grad.

Sorry für die Störung und so.


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15.03.2021 um 22:04
...

Ich weiß nicht, irgendwie muss ich mir alles immer "ganz von Anfang" vorstellen können, um ein logisches Gesammtbild erstellen zu können.


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15.03.2021 um 22:05
Zitat von skagerakskagerak schrieb:Sämtliche Materie im Sinne von Luft bzw Gasgemisch ist in diesem Raum null grad Kelvin
da wirst du gleich zu hören bekommen: Den absoluten 0-Punkt kann man nicht erreichen ;)
(aber warum das so ist, und "wer" das verhindert, weiß ich auch nicht so genau)
Zitat von skagerakskagerak schrieb:Irgendwie komme ich denn auf sowas wie einen Urimpuls...
spekulierst du auf den Urknall?


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15.03.2021 um 22:17
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:da wirst du gleich zu hören bekommen: Den absoluten 0-Punkt kann man nicht erreichen ;)
(aber warum das so ist, und "wer" das verhindert, weiß ich auch nicht so genau)
Wie auch immer...
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:spekulierst du auf den Urknall?
Keine Ahnung, kann sein dass mein Anliegen letztlich darauf hineaus geht.
Der Punkt ist doch, das irgendwas/oderwhatever völlig ursprünglich in Bewegung gesetzt hat.

Daher glaube ich, dass jede individuelle Vorstellung und jeder Glaube (also auch jede Relegion) was Realität/Wirklichkeit angeht, ihre/seine Berechtigung hat.

Nachtrag:
Was ist also der absolute Zustand?
Null grad Kelvin? Oder alles in Bewegung?


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15.03.2021 um 22:32
Zitat von skagerakskagerak schrieb:Was ist also der absolute Zustand?
Null grad Kelvin? Oder alles in Bewegung?
In unserem Universum ist alles "in Bewegung".

Außer vllt. in den Singularitäten der "schwarzen Löcher" - da ist kein Platz mehr für eine Bewegung.
Obwohl, es soll ja hauptsächlich "Ring-Singularitäten" geben - da bewegen sich die Sachen wieder im Kreis ...



aber auch
Zitat von skagerakskagerak schrieb: wie gesagt, nur so´n kleiner Gedankenfurz
;)


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15.03.2021 um 22:32
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:(aber warum das so ist, und "wer" das verhindert, weiß ich auch nicht so genau)
Ich könnte mir gut vorstellen, dass das eben an den Quanten liegt, eben weil sich deren Position und Geschwindigkeit nicht bestimmen lassen ...wenn man versteht, was ich meine. Mir fehlen gerade die Worte um es richtig zu beschreiben ...


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15.03.2021 um 22:42
Zitat von CptTripsCptTrips schrieb:wenn man versteht, was ich meine
Glaube es ganz gut zu verstehen, was du meinst.


Nur komm ich mit der Logik nicht zurecht:

Nur weil sich
Zitat von CptTripsCptTrips schrieb:deren Position und Geschwindigkeit nicht bestimmen lassen
gibt es keinen absoluten 0-Punkt (bzw. nicht erreichen)?

Man kann sich ihm nur beliebig nähern,
ist fast so wie mit der Materie und Lichtgeschwindigkeit ...


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15.03.2021 um 22:56
@delta.m

Soweit ich es verstehe bewegen sich die Quanten ja nicht wirklich, können auch nicht still stehen, sie haben nur eine bestimmte Position, wenn sie interagieren. Und das verhindert halt, dass „alles“ zum Stillstand kommt und man den absoluten Nullpunkt erreicht.
Das ist jetzt wenig wissenschaftlich formuliert und kann auch totaler Käse sein, aber bisher verstehe ich das so.


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16.03.2021 um 01:42
Zitat von delta.mdelta.m schrieb:Nur komm ich mit der Logik nicht zurecht:

Nur weil sich

Zitat von CptTripsCptTrips schrieb:
deren Position und Geschwindigkeit nicht bestimmen lassen

gibt es keinen absoluten 0-Punkt (bzw. nicht erreichen)?
Richtig, denn da gilt es halt auch die Heisenbergsche Unschärferelation zu bedenken. Könnten wir Ort und Geschwindigkeit eines Teilchens exakt bestimmen, dürfte es dafür keinerlei Bewegungsenergie mehr aufweisen. Nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik kann der absolute Nullpunkt daher niemals erreicht werden, zumindest nicht exakt, sondern sich diesem, wie Du ja schon sagtest, eben nur beliebig angenähert werden. Wobei wir mit "annähern" immerhin schon bis in den Bereich von Nanokelvin "herunterdrehen" können.


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16.03.2021 um 11:05
Ich hatte mal, so wie ich es verstehe, dieselbe Fragestellung wie @behind_eyes. Und habe sie genau genommen immer noch. Wenn die Frage hier bei Nachhilfe gelandet ist, kann das nur dem Niveau der Fragesteller geschuldet sein. Es darf aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass alle, die meinten, die zu beantworten, das nicht geschafft haben. Und vielleicht die Fragestellung nicht mal richtig verstanden haben.
Ich habe die Diskussion vor einer Weile mal hier begonnen:
Die Grenzen des menschlichen Verstandes (Beitrag von Nemon)
Zitat von NemonNemon schrieb am 11.02.2020:Vielleicht trifft es: "Das Wesen der Energie".
(Wobei mit Wesen nicht ein "Geschöpf" oder ein "Charakter einer Figur" gemeint ist.)

Jeder Physiker kann mir ausrechnen, was vor sich geht, wenn diese oder jene Körper bewegt werden, aufeinanderprallen, welche potenzielle Energie ihnen innewohnt etc. pp.

Was geschieht aber tatsächlich, wenn bspw. an einem Seil gezogen wird? Was ist es denn, das diese Kraft, diese Energie-Information, vom Anfang bis zum Ende durch die gesamte (atomare) Struktur weitergibt? Was ist denn der Zug oder der Druck, der da ausgeübt wird?
Das ist immer auch ein sprachliches Problem, im richtigen Moment die richtigen Worte zu finden. Daher noch ein paar Zitat-Fetzen, die das Thema umkreisen:
Zitat von NemonNemon schrieb am 13.02.2020:Was gibt denn nun dem einen "Teilchen" den Kick, sich mit einem anderen zu gruppieren innerhalb eines Schemas - sowohl programmtechnisch als auch energetisch gefragt?
(...)
(...)
Zitat von NemonNemon schrieb am 13.02.2020:Dann muss ihnen ja immer noch irgend etwas diese Anweisung aufgrund einer Programmvorlage und halt den Kick dafür gegeben haben?
Aber: Was ist das für ein Zustand zwischen Punkt A und Punkt B? Wo und wie, z. B., trägt das Teilchen denn die Energie mit sich, bei der der Frosch die Locken hat? Wir sind ja schon auf Ebenen, wo man es nicht auf immer kleinere Teilchen abwälzen kann. Und damit auch nicht auf physische Verbidungen.
(...)
Zitat von NemonNemon schrieb am 13.02.2020:Ich habe eben entdeckt, dass meine Fragestellung, die sich in diesem Stadium befand ...
Nemon schrieb:
Wir müssten allmählich auch darauf zu sprechen kommen, was es mit der Masse als Energie-Äquivalent auf sich hat und in welchem Verhältnis eine Zeichen oder eine Formel eigentlich zu dem steht, was sie repräsentiert. Man müsste in einem Physik-Thread weitermachen und hätte bald eine eine Formel-, Teilchen- und Wellenschlacht, die immer noch nicht an die Kernfrage herankommt.
...gerade hier kompetenter adressiert wird:
https://abenteuer-universum.de/bb/viewtopic.php?f=15&t=4289&sid=162bd7b45fce734966f7e714f448906e
Repräsentieren mathematische Objekte die Realität? Ermöglichen sie uns den Zugang/Verständnis zu den fundamentalen Objekten der Natur, z.B. Quarks, Photonen, etc.? Warum können wir einen Eigen- oder Erwartungswert realisieren, aber nicht den Zustandsvektor ψ?

Eine formalisierte Theorie beschreibt zwar das Verhalten von Quarks, Photonen und diversen Quantenfeldern, aber sagt sie auch darüber etwas aus, was ein Quark, Photon oder Quantenfeld – außer einem Konzept - wirklich ist?
Ein Ex-Mitglied, meinte das mit der Energie so beantworten zu können:
Zitat von neoschamaneneoschamane schrieb am 16.02.2020:ein elektron und ein positron vernichten sich gegenseitig, - zwei fermionen und damit materie.

dabei entstehen zwei photonen, - zwei bosonen und damit energie.
An dem Punkt habe ich aufgebeben.
Mich wundert, dass ich den Feynman nicht noch zitiert habe. Sinngemäß: "Wir haben keine Ahnung, was Energie eigentlich ist."
Gilt das noch?


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16.03.2021 um 12:05
Zitat von NemonNemon schrieb am 11.02.2020:Was geschieht aber tatsächlich, wenn bspw. an einem Seil gezogen wird? Was ist es denn, das diese Kraft, diese Energie-Information, vom Anfang bis zum Ende durch die gesamte (atomare) Struktur weitergibt?
Hauptsaechlich elektromagnetische Wechselwirkungen, denn die Stabilitaet eines Seils leigt an der chemischen Struktur. Und viele chemische Strukturen koennen ueber elektromagnetische Wechselwirkungen verstanden werden.

Diese Kraft wird also ueber elektromagnetische Felder von A nach B weitergegeben.
Zitat von NemonNemon schrieb am 13.02.2020:Was gibt denn nun dem einen "Teilchen" den Kick, sich mit einem anderen zu gruppieren innerhalb eines Schemas - sowohl programmtechnisch als auch energetisch gefragt?
Es gibt verschiedene Groessen in der die Natur nach einem Maximum oder Minimum strebt. So wird die potentielle Energie minimiert, weil am Energieminimum der potentiellen Energie die Kraefte gelich null sind. Ein Zustand maximaler Entropie wird angestrebt, weil bei hoehere Entropiezustaende mehr Besetzungszustaende haben. DAs ist das Beipiel des unaufgeraeumten Zimmers: Es gibt deutlich mehr Moeglichkeiten fuer ein Zimmer unordentlich zu sein als ordentlich.
Zitat von NemonNemon schrieb:Ein Ex-Mitglied, meinte das mit der Energie so beantworten zu können:
Eine Analogie: Energie vs. Wasser: Die Menge an Wasser (Energie) ist immer konstant. Dennoch gibt es nutzbares Trinkwasser (nutzbare Energie) und nichtbenutzbares Wasser (nichtzutzbare Energie.) Daher kann Wasser (Energie) auch zur Mangelware werden. Trinkwasser ist Grundlage fuer irdisches Leben (Nutzbare Energie ist Grundlage um Arbeit zu verrichten).

Wie jede Analogie hat es aber auch hier Luecken, und bevor jetzt auf mich eingeschlagen wird das Wasser aber in Bestandteile getrennt werden kann Energie aber nicht verpiss ich mich lieber :-)


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16.03.2021 um 12:16
Zitat von behind_eyesbehind_eyes schrieb:Aber warum bewegen sie sich ganz konkret. Damit meine ich, lass uns mal den Fokus auf den Moment legen wenn das Teilchen beginnt sich zu bewegen, es ist klar was vorher passieren muss damit es sich bewegt, nur warum führt es ganz konkret eine Bewegung aus und nix anderes. Es bewegt sich. Es läuft nicht blau an, oder fährt irgendwelche Arme aus oder verschwindet im Raum Zeit kontinuum, ich übertreibe mal bewusst, es bewegt sich einfach. Warum?
Soweit mir bekannt haben Teilchen bestimmte Eigenschaften wie Ladung, welches eine elektrischen Feld erzeugt, eine Masse und ein Spin. Allein der Spin ist ja im Grunde schon eine Bewegung, einen sog. Drehimpuls oder magnetischer Moment.
Wird dem Teilchen also Energie zugeführt verändern sich auch seine Eigenschaften, bzw. verändert es seinen Ort an dem es sich befindet. Und da ein Teilchen selten alleine ist, wechselwirkt es natürlich auch auf seine Umgebung, wo sich wiederum andere Teilchen mit bestimmten Eigenschaften befinden.

Im Grunde hat es @uatu schon gut erklärt, was ein Elektron machen kann, wenn es Energie zugefügt bekommt.
Zitat von uatuuatu schrieb:Ein Proton und ein Elektron. Es gibt nicht viel, was dieses Teilchen "tun" kann. Es kann sich ortsverändernd bewegen, es kann (unter bestimmten Bedingungen) mechanisch schwingen, und das Elektron kann sich -- wiederum vereinfachungshalber im Sinne des Bohr'schen Atommodells betrachtet -- auf verschiedenen Bahnen bewegen. Im wesentlichen war's das. Es gibt zwar noch eine Reihe von quantentheoretischen und kernphysikalischen Feinheiten, die aber für eine alltagsrelevante Betrachtung m.E. keine Rolle spielen.



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