Grundpraktikum Physik Teil I (WiSe) Das griechische Alphabet Name Alpha Beta Gamma Delta Epsilon Zeta Eta Theta Iota Kappa Lambda My Ny Xi Omikron Pi Rho Sigma Tau Ypsilon Phi Chi Psi Omega Minuskel α β γ δ ε ζ η θ ι κ λ µ ν ξ o π ρ σ τ υ ϕ χ ψ ω Majuskel A B Γ ∆ E Z H Θ I K Λ M N Ξ O Π P Σ T Y Φ X Ψ Ω Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Fakultät V, Institut für Physik, D-26111 Oldenburg Tel.: 0441-798-3395 Internet: http://physikpraktika.uni-oldenburg.de ©: [email protected] Oktober 2015 Abbildungen auf dem Titelblatt: Oben: KARMANsche Wirbelströmung hinter einem Zylinder von ca. 6 mm Durchmesser. Das Foto zeigt eine Fläche von ca. 2,5 cm × 7 cm. ©: AG Angewandte Optik, Institut für Physik, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Mitte: KARMANsche Wolkenstrasse hinter der JAN MAYEN Insel (Norwegen), hervorgerufen durch den ca. 2,2 km hohen Vulkan BEERENBERG im Zentrum der Insel. Das Foto zeigt eine Fläche von ca. 365 km × 158 km. ©: NASA; http://photojournal.jpl.nasa.gov/tiff/PIA03448.tif Unten: Strömungswirbel in der Atmosphäre des Planeten Jupiter in der Umgebung des Großen Roten Flecks. Vor dem Jupiter sein Mond Io (Durchmesser 3.643 km), der seinen Schatten auf die Oberfläche des Planeten wirft. ©: NASA; http://ppj-web-3.jpl.nasa.gov/jpegMod/PIA02860_modest.jpg 1 Carl von Ossietzky Universität Oldenburg - Fakultät V- Institut für Physik Modul Grundpraktikum Physik – Teil I Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Reihenfolge der Versuche 2 Allgemeine Hinweise zum Modul Grundpraktikum Physik und zur Protokollführung 3 Zum Aufbau elektrischer Schaltungen und zum Umgang mit Netzgeräten, Vielfachmessgeräten und Funktionsgeneratoren 12 Mechanische Messwerkzeuge 24 Einsatz der Computer im Grundpraktikum Physik 26 Fehler- und Ausgleichsrechnung 40 Oszilloskop und Funktionsgenerator 63 Messung ohmscher Widerstände, Brückenschaltungen und Innenwiderstände von Spannungsquellen 81 Messung von Kapazitäten - Auf- und Entladungen von Kondensatoren 97 Sensoren für Kraft, Druck, Abstand, Winkel und Lichtintensität 114 Kraft, Impuls und Kraftstoß 131 Datenerfassung und -verarbeitung mit dem PC 142 Charakterisierung eines Sender-Empfänger-Systems 158 Trägheitsmoment - Steinerscher Satz 168 Impuls- und Energieerhaltungssatz / Stoßgesetze 175 Erzwungene mechanische Schwingungen 188 Fourieranalyse 204 Oberflächenspannung, Minimalflächen und Kaffeeflecken 217 Viskosität und Reynoldszahlen 230 2 Carl von Ossietzky Universität Oldenburg - Fakultät V- Institut für Physik Modul Grundpraktikum Physik – Teil I Reihenfolge der Versuche Termin KW Referat Thema 1 42 Allgemeine Hinweise zum Modul Grundpraktikum Physik, zur Protokollführung und zum Einsatz des Computers. Übungsaufgaben zu Origin und Matlab 2 43 Oszilloskop und Funktionsgenerator 3 44 4 45 5 46 6 47 Kraft, Impuls und Kraftstoß 7 48 Datenerfassung und -verarbeitung mit dem PC 8 49 Charakterisierung eines Sender-Empfänger-Systems 9 50 Trägheitsmoment - Steinerscher Satz 10 51 Impuls- und Energieerhaltungssatz – Stoßgesetze 11 1 Erzwungene mechanische Schwingungen 12 2 Fourieranalyse 13 3 Oberflächenspannung, Minimalflächen und Kaffeeflecken 14 4 Viskosität und Reynoldszahlen Messung ohmscher Widerstände, Brückenschaltungen und Innenwiderstände von Spannungsquellen Messung von Kapazitäten, Auf- und Entladungen von Kondensatoren Sensoren für Kraft, Druck, Abstand, Winkel und Lichtintensität Die ersten Versuche im Grundpraktikum Physik sind dem Kennenlernen von Messgeräten, Funktionsgeneratoren und Sensoren, der Datenerfassung und –verarbeitung mit dem PC und der Durchführung einführender quantitativer Messungen gewidmet. Die in diesen Versuchen behandelten Themen sind nur zum Teil Gegenstand der Vorlesung. Zu ihrem Verständnis sind solide Physikkenntnisse aus der Schule vollkommen ausreichend. Die anschließenden Versuche sind thematisch an den parallel behandelten Vorlesungsstoff gekoppelt. Zu einer am Informationsbrett des Grundpraktikums mitgeteilten Zeit wird ein Open Lab angeboten. Während dieser Zeit sind die Praktikumsräume geöffnet und die Geräte des Praktikums stehen zur Verfügung. Damit soll den Studierenden die Möglichkeit geboten werden, experimentelle Fähigkeiten eigenständig zu vertiefen und zu verbessern. Die Betreuung im Open Lab übernehmen abwechselnd die TutorInnen zusammen mit der Technischen Assistenz. Empfohlene Werte ausgewählter physikalischer Konstanten (Stand 2010) Konstante Atomare Masseeinheit Symbol u Wert 1,660 538 921 (73)⋅10-27 Einheit kg Avogadro-Konstante NA 6,022 141 29 (27)⋅1023 mol-1 Boltzmann-Konstante k 1,380 6488 (13)⋅10-23 J/K Elektrische Feldkonstante: 1/(µ0c2) ε0 8,854 187 817...⋅10-12 As/(Vm) Elementarladung e Faraday-Konstante F Gravitationskonstante G Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c 1,602 176 565 (35)⋅10 -19 96 485,3365 (21) 6,673 84 (80)⋅10-11 m3/(s2kg) 2,99792458⋅108 m/s exakt Vs/(Am) exakt Molare Gaskonstante R Plancksche Konstante h 6,626 069 57(29)⋅10-34 Js Ruhemasse des Elektrons me 9,109 382 91(40)⋅10-31 kg mn 1,674 927 351 (74)⋅10 -27 kg 1,672 621 777 (74)⋅10 -27 kg Ruhemasse des Protons mp Standard-Erdbeschleunigung g exakt C/mol µ0 Ruhemasse des Neutrons Bemerkung As Magnetische Feldkonstante: 4π⋅10 -7 1 1,256 637 061…⋅10 -6 8,314 4621 (75) J/(mol K) 9,80665 m/s2 exakt (Definition) Die in Klammern stehenden Zahlen geben die einfache Standardabweichung in Einheiten der letzten Dezimalen an. Präfixe Faktor -1 10 -2 10 -3 10 -6 10 -9 10 1 10 -12 10 -15 10 -18 10 -21 10 -24 Name deci centi Symbol d c milli m micro µ nano pico femto atto zepto yocto n p f a z y Faktor Name Symbol 10 1 deka da 10 2 hecto h 10 3 kilo k 10 6 mega M 10 9 giga G 10 12 tera T 10 15 peta P 10 18 exa E 10 21 zetta Z 10 24 yotta Y Quelle: Mohr, P. J.; Taylor, B. N.; Nevell, D. B.: "CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010", Rev. Mod. Phys. 84(4), 1527-1605 (2012). Siehe auch: http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html.
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