Klassische Experimentalphysik I Übungsblatt 0 WS 2017/2018 Allgemeine Informationen zum Ablauf der Übungen
Vorlesung: Prof. Anke-Susanne Müller, Institut für Beschleunigerphysik und Technologie Sekretariat: Claudia Lieber, claudia.lieber@kit.edu
Übungsleitung: Dr. Frank G. Schröder, Institut für exp. Teilchenphysik, frank.schroeder@kit.edu Beratungstutorium: Sabine Engelhardt - immer freitags 9-11 Uhr in Raum 2/11
Herzlich willkommen bei der Übung zur Klassischen Experimentalphysik I - Mechanik!
Hier ein paar Informationen zu Beginn: Die Übungsaufgaben werden selbständig in Gruppen bearbeitet (maximal zu dritt). Dienstags gibt es jeweils das aktuelle Übungsblatt, das Sie im Ilias runterladen können.
Verständnisfragen zum Blatt können im Ilias-Forum, im Tutorium am Mittwoch oder im Beratungstutorium am Freitag gestellt werden. Im Beratungstutorium dürfen Sie gerne auch fachliche Fragen zum Inhalt der Vorlesung oder Übung stellen, es gibt aber keine konkrete Lösungshilfe. Ihre Lösungen der aktuellen Aufga- ben sind spätestens bis zum folgenden Montag um 11:15 abzugeben, also in den entsprechenden Briefkasten im Erdgeschoss des Physikhochhauses einzuwerfen. Heften Sie die Blätter zur Abgabe zusammen und tragen Sie aufjedemBlatt oben denBuchstaben ihres Tutoriums, den Nachnamen ihres Tutors und ihre Namenein. Auf dem ersten Blatt schreiben Sie den Buchstaben ihres Tutoriums bitte in einen Kreis oben rechts. Blätter, die nicht rechtzeitig abgegeben werden oder wegen fehlender bzw. unleserlicher Angaben nicht zugeordnet werden können, werden nicht gewertet.
Die Aufgaben werden von den Tutoren korrigiert und in den Tutorien besprochen. Dabei werden die Auf- gaben von Studierenden an der Tafel vorgerechnet. Jedes Gruppenmitglied soll jede gelöste Aufgabe in der Übung vorrechnen können, unabhängig davon wer wie viel zur Lösung welcher Aufgabe beigetragen hat (keine Angst, bei Fehlern reißt Ihnen niemand den Kopf ab). Insgesamt müssen Sie 60 % der Punkte aller Übungen erreichen und jedes einzelne Gruppenmitglied muss mehrfach vorgerechnet haben, um zur Klausur zugelassen zu werden.
Wenn Sie noch keine Partner zum Rechnen der Aufgaben haben, suchen Sie sich jetzt jemanden. Wenn Sie zu zweit sind, nehmen Sie bei Bedarf bitte jemand drittes in Ihre Gruppe auf!
Bearbeiten Sie die Aufgaben zuerst innerhalb Ihrer Gruppe und diskutieren Sie dann im Tutorium.
1. Mess-Statistik (Präsenzaufgabe)
Jedes Tutorium hat eine Schachtel Streichhölzer erhalten. Zählen Sie die Streichhölzer und wählen Sie ein beliebiges für Ihr Tutorium aus.
• Versuchen Sie einzeln die Länge des Streichholzes auf 0,1mm genau zu messen und notieren Sie Ihren Wert so, dass ihn zunächst niemand kennt.
• Nun nimmt sich jeder zwei eigene Streichhölzer, eines für die Präsenzaufgabe und eines für die Hausaufgabe auf dem nächsten Übungsblatt.
• Versuchen Sie eines Ihrer beiden Streichhölzer auf 0,1mm genau zu messen und halten Sie den Wert ebenfalls noch geheim.
• Nachdem alle gemessen haben, aber bevor die Ergebnisse bekannt sind: Diskutieren Sie Ihre Erwartungen.
• Erstellen Sie im Tutorium ein Histogramm für jede der beiden Messungen, bestimmen Sie Mittel- wert und Breite. Welche Effekte tragen zur Breite des Histogramms bei?
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2. Größenordnungen (Präsenzaufgabe) In der Physik haben Sie regelmäßig mit verschiedenen Größenordnungen zu tun. Eine ’Größenordnung’
wird dabei in der Regel mit einem Faktor von etwa10gleich gesetzt, der Exponentxin der Exponen- tialschreibweise10xgibt also die Größenordnung an. Alternativ und manchmal auch zusätzlich werden Präfixe vor die Einheiten gesetzt. Geben Sie die folgenden Energieeinheiten auf eine signifikante Stelle gerundet in Joule an (1eV =1,6·10−19J;1cal=4,2J).
• Jahresstromverbrauch eines Haushalts:3.000kWh
• Tagesbedarf eines Menschen an Nahrung (Brennwert): 2.500kcal
• Elektronen im Speicherring von ANKA:2,5GeV
• Terahertz-Photonen (z.B. bei ANKA): 4meV
• Freigesetzte Energie der Sonne pro Jahr bei einer Fusionsleistung von3,9·1026W
• Schwerpunktsenergie kollidierender Protonen im LHC-Teilchenbeschleuniger am CERN: 13TeV
• Die Ionisierungsenergie eines Eisenatoms:8eV
• Die Bindungsenergie eines Nukleons in einem Eisenatomkerns:9MeV
• Neutrinos, die mit IceCube am Südpol gemessen werden:2PeV
• Höchste gemessene Energie eines Teilchens der kosmischen Strahlung:300EeV
3. Physikalische Größen und Einheiten (Präsenzaufgabe)
Oft lässt sich bereits an der Form eines mathematischen Ausdrucks erkennen, ob er eine physikalisch sinnvolle Größe beschreiben könnte. Denn in einem gegebenen Einheitensystem müssen sowohl jede einzelne physikalische Größe im Ausdruck als auch der Ausdruck als Ganzes eine sinnvolle Einheit haben.a,b, unddseien drei verschiedene physikalische Größen mitunterschiedlichenSI-Basiseinheiten (z.B. seien die Einheiten vona, b, und d entsprechend ihrer Dimensionen s, kg, und m). Welche der folgenden Ausdrücke sind auf jeden Fall unphysikalisch?
• a+b,a·b, ab, lna, sina,a+b·d, ad·b,a·expbd
• c1(a+b),a+c2b,c3·a·b, a+cb 4,ln(a+c5),ln(a/c6),sin(c7·a), a+b+cd 8, a+cd9b,c10a+bd ,aexp(c11bd) ci seien Konstanten, die ihrerseits eine passende physikalische Einheit tragen können.
• Ändert sich etwas, falls die Größen statt Basiseinheiten teilweise auch abgeleitete Einheiten tragen können (z.B. wenn zwei der oben genannten Einheiten stattdessen J und N wären)?
• Bestimmen Sie für die Wahl s, kg, m als Einheiten vona,b,ddie Einheiten der Konstantenci.
4. Griechisches Alphabet (Präsenzaufgabe)
Im Studium wird Sie immer wieder das griechische Alphabet begleiten. Schreiben Sie es gemeinsam in Groß- und Kleinbuchstaben an die Tafel und jeder für sich auf ein Blatt Papier, möglichst ohne im Internet oder ähnliches nachzugucken. Machen Sie sich bewusst, dass es für einzelne Buchstaben verschiedene Schreibweisen gibt (z.B. Theta).Lösung auf der nächsten Seite.
Hausaufgaben:
Laden Sie sich im Ilias das Übungsblatt 1 runter und bearbeiten Sie in Ihrer Gruppe die Aufgaben und werfen Sie sie fristgerecht in den entsprechenden Kasten im Erdgeschoss des Physikhochhauses.
Lediglich die Messung des eigenen Streichholzes muss jeder einzeln vornehmen. Alle anderen Aufgaben können Sie in Ihrer Gruppe gerne gemeinsam lösen.
Die Übungsblätter dürfen grundsätzlich nicht weiterverbreitet werden, weder online noch offline, weder digital noch analog.
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Alpha α,Α Betaβ,Β Gammaγ,Γ Detla δ,∆ Epsilon ε/ϵ,Ε Zetaζ,Ζ Eta η,Η Thetaθ/ϑ,Θ Iotaι, Ι Kappaκ,Κ Lambda λ,Λ Muµ, Μ Nuν,Ν Xi ξ,Ξ Omikronο,Ο Pi π,Π Rhoρ,Ρ Sigmaσ,Σ Tau τ,Τ Ypsilonυ,Υ Phiφ/ ϕ,Φ Chiχ, X Psiψ,Ψ Omegaω,Ω
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