Begriffe

heute noch werden Hebel und Flaschenzüge eingesetzt, um schwere Lasten zu bewegen. Und letztendlich können wir nur mit Hilfe der Bewegungsgesetze der Mechanik die Bahnen der Raketen berechnen, die Satelliten auf die Erdumlaufbahn und Menschen zum Mond befördern.

Die Hydrostatik (von griech. hydor „Wasser“ und lat. stare „stehen“) ist die Lehre vom Gleichgewicht in ruhenden Flüssigkeiten bei Einwirkung äußerer Kräfte. Die grundlegende Aufgabe der Hydrostatik ist die Bestimmung der Druckverteilung in einer ruhenden Flüssigkeit.

Ein zentraler Begriff ist dabei der hydrostatische Druck. Darunter versteht man den Druck in einer ruhenden, inkompressiblen (nicht zusammendrückbaren) Flüssigkeit. Er setzt sich grundsätzlich zusammen aus dem Druck, der von der auf die Flüssigkeit wirkenden Schwerkraft herrührt (Schweredruck), und aus einem durch andere Kräfte erzeugten Anteil; meist wird darunter allerdings nur der Schweredruck in der Flüssigkeit verstanden.

Die Thermodynamik/ Wärmelehre ist eine natur- und ingenieurwissenschaftliche Disziplin.

Sie hat ihren Ursprung im Studium der Dampfmaschinen und ging der Frage nach, wie man Wärme in mechanische Arbeit umwandeln kann. Dazu beschreibt sie Systeme aus hinreichend vielen Teilchen und deren Zustandsübergänge anhand von makroskopischen Zustandsgrößen, die statistische Funktionen der detaillierten Vielteilchenzustände darstellen.

Die Gravitation auch Massenanziehung oder Gravitationskraft, ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie äußert sich in der gegenseitigen Anziehung von Massen. Sie nimmt mit zunehmender Entfernung der Massen ab, besitzt aber unbegrenzte Reichweite. Im Gegensatz zu elektrischen oder magnetischen Kräften lässt sie sich nicht abschirmen.

Auf der Erde bewirkt die Gravitation (Erdanziehungskraft), dass alle Körper nach „unten“, d. h. in Richtung Erdmittelpunkt, fallen, sofern sie nicht durch andere Kräfte daran gehindert werden. Im Sonnensystem bestimmt die Gravitation die Bahnen der Planeten, Monde, Satelliten und Kometen und im Kosmos die Bildung von Sternen und Galaxien sowie dessen Entwicklung im Großen.

Der Begriff Schwerkraft wird oft synonym zu „Gravitation“ verwendet. In manchem Zusammenhang – insbesondere in den Geowissenschaften – kann „Schwerkraft“ bzw. „Schwerefeld“ jedoch auch die Kombination aus Gravitationsfeld („Erdanziehung“) und Trägheitswirkungen (Zentrifugalkraft aufgrund der Erdrotation) bedeuten.

Die Messabweichung ist in der Messtechnik und Metrologie definiert als die Differenz zwischen einem Messwert und einem Referenzwert.[1][2] (Die Bezeichnung Messfehler wird in der gegenwärtigen Norm nicht mehr verwendet, da nicht klar definiert ist, ob damit die Messabweichung, die Messunsicherheit oder gar ein grober Fehler gemeint ist, siehe Messfehler). Als Referenzwerte der betreffenden Messgröße kommen in Frage:

• Ein Wert mit vernachlässigbarer Unsicherheit oder ein vereinbarter Wert,

der in DIN 1319-1 und DIN 55350-13[3] als richtiger Wert bezeichnet wird,

• ein mit der Definition der Messgröße übereinstimmender wahrer Wert.

Messabweichungen haben grundsätzlich eine systematische[4] und eine zufällige[5] Komponente. Wenn ein richtiger oder wahrer Wert in Sinne der DIN-Normen als Referenzwert nicht zur Verfügung steht, wie z. B. in weiten Teilen der Grundlagenforschung, kann die Messabweichung eines einzelnen Messwerts nicht berechnet werden. Allenfalls kann man nach Wiederholungsmessungen aus der Verteilung der Messwerte mit statistischen Methoden auf den Größenbereich der zufälligen Komponente der Messabweichung schließen. Weiteres hierzu siehe unter Fehlerrechnung.

Reibung, auch Friktion oder Reibungswiderstand genannt, ist eine Kraft, die zwischen Körpern oder Teilchen wirkt, die einander berühren. Die Reibungskraft erschwert dann die Bewegung der Körper gegeneinander. Um eine Bewegung zu erzeugen oder aufrechtzuerhalten, ist Arbeit notwendig.

In der klassischen Mechanik ist die Trägheit eine Erfahrungstatsache: Physikalische Körper ohne äußere Krafteinwirkung verharren in ihrem Bewegungszustand. Die bei der Änderung des Bewegungszustandes auftretende Trägheitskraft wird verstanden als …

• … Widerstand, den jeder Körper einer tatsächlichen Beschleunigung seiner Bewegung entgegensetzt. Diesen Trägheitswiderstand entwickelt der beschleunigte Körper „von innen heraus“, einfach weil er Masse hat. Er lässt sich durch eine Kraft ausdrücken, nämlich durch die d’Alembertsche Trägheitskraft. Die d’Alembertsche Trägheitskraft (benannt nach Jean-Baptiste le Rond d’Alembert) hat immer eine wohldefinierte Größe, denn sie ist entgegengesetzt gleich zur Summe aller von außen wirkenden Kräfte.

• … Kraft auf einen Körper, die zusätzlich zu spürbaren äußeren Kräften angenommen wird, um seine Dynamik zu deuten, wenn seine Bewegung im Rahmen eines beschleunigten Bezugssystems beschrieben wird (etwa relativ zum bremsenden Auto, zur rotierenden Drehscheibe auf dem Spielplatz oder zur Erdoberfläche). Die so definierte Trägheitskraft tritt, auch bei Abwesenheit von äußeren Kräften, in jedem beschleunigten Bezugssystem auf. Ihre Stärke und Richtung an einem bestimmten Ort sind keine feststehenden Größen, sondern hängen von der Wahl des beschleunigten Bezugssystems ab. In einem Inertialsystem tritt diese Trägheitskraft gar nicht auf. Deshalb wird sie häufig als Scheinkraft bezeichnet.

Der Impuls ist eine grundlegende physikalische Größe, die den mechanischen Bewegungszustand eines physikalischen Objekts charakterisiert. Der Impuls eines physikalischen Objekts ist umso größer, je schneller es sich bewegt und je größer seine Masse ist. Damit steht der Impuls für das, was in der Umgangssprache unscharf mit „Schwung“ und „Wucht“ bezeichnet wird.

Das Formelzeichen des Impulses ist meist p (von lateinisch pellere ‚stoßen, treiben‘). Die Einheit ist im Internationalen Einheitensystem [p] = 1 kg·m·s−1 = 1 N·s (Newton-Sekunde).

Im Gegensatz zur kinetischen Energie ist der Impuls eine vektorielle Größe und hat damit einen Betrag und eine Richtung. Seine Richtung ist die Bewegungsrichtung des Objekts. Sein Betrag ist in der klassischen Mechanik durch das Produkt aus der Masse des Körpers und der Geschwindigkeit seines Massenmittelpunkts gegeben.

Die Definition der mechanischen Arbeit lautet W = F ⋅ s oder Arbeit ist gleich Kraft mal Weg (das Formelzeichen W entsteht aus englisch work).

Dabei wirkt die Kraft F auf einen Körper, der in Richtung dieser Kraft eine Strecke der Länge s zurücklegt. Wirkt eine Kraft nicht genau parallel zum Weg, ist für die Berechnung der Arbeit nur die zum Weg parallele Komponente zu berücksichtigen. Diese physikalische Definition entspricht auch der umgangssprachlichen Bedeutung von mechanischer Arbeit und ist auf alle mechanischen Vorgänge anwendbar, beim gleichzeitigen Einwirken mehrerer Kräfte auch für jede Kraft einzeln.

Der physikalische Begriff der Arbeit ergibt sich daraus, dass einem Körper, der durch eine Kraft bewegt wird, eine Energiemenge W zugeführt wird, die gleichzeitig dem physikalischen System entzogen wird, das die Kraft hervorbringt (mechanischer Energieerhaltungssatz). Neben der obigen, auf dem Kraftbegriff aufbauenden Definition der Arbeit gibt es eine zweite Begriffsbildung, die den gesamten Energieinhalt eines physikalischen Systems zur Grundlage nimmt. Der Energieinhalt E kann sich nur dadurch ändern, dass von einem zweiten physikalischen System aus am ersten System Arbeit W geleistet und/oder Wärme Q übertragen wird. Für die Änderung Δ E gilt Δ E = W + Q (allgemeiner Energieerhaltungssatz). Die Arbeit W ermittelt sich dann daraus, welche Kräfte bei der Veränderung von äußeren Parametern des ersten Systems gewirkt haben und wie groß die jeweilige Veränderung war. Beispiele sind etwa das Anheben einer Last um eine Strecke, oder das Zusammendrücken der Luft in der Fahrradluftpumpe. Die Wärme Q gibt die Energiemenge an, die allein aufgrund unterschiedlicher Temperaturen über die Systemgrenzen in das System hinein oder aus ihm herausfließt. Für die Anwendung dieses Arbeitsbegriffs muss außer dem Prozess auch die Grenze zwischen den beiden betrachteten physikalischen Systemen genau angegeben werden.

Die Leistung als physikalische Größe bezeichnet die in einer Zeitspanne umgesetzte Energie dividiert durch diese Zeitspanne. Ihr Formelzeichen ist meist P (von englisch power), ihre SI-Einheit das Watt mit dem Einheitenzeichen W.

Im physikalisch-technischen Zusammenhang wird der Begriff Leistung in verschiedenen Bedeutungen verwendet:

• als installierte oder maximal mögliche Leistung (Kennzeichen eines Gerätes oder einer Anlage; auch Nennleistung genannt)

• als tatsächliche Leistung in einer Anwendung

  • die zugeführte Leistung

  • die im Sinne der Aufgabenstellung abgegebene Leistung.

Die Leistungsaufnahme und die für eine bestimmte Anwendung nutzbringende Leistungsabgabe können je nach Wirkungsgrad bzw. Abwärme erheblich voneinander abweichen.

Das Trägheitsmoment, auch Massenträgheitsmoment oder Inertialmoment, gibt die Trägheit eines starren Körpers gegenüber einer Änderung seiner Winkelgeschwindigkeit bei der Drehung um eine gegebene Achse an (Drehmoment geteilt durch Winkelbeschleunigung). Damit spielt es die gleiche Rolle wie die Masse im Verhältnis von Kraft und Beschleunigung.

Das Trägheitsmoment hängt von der Massenverteilung in Bezug auf die Drehachse ab. Je weiter ein Massenelement von der Drehachse entfernt ist, desto mehr trägt es zum Trägheitsmoment bei; der Abstand geht quadratisch ein. Nimmt die Dichte des Körpers zur Drehachse hin zu, ist sein Trägheitsmoment kleiner, als wenn seine Masse im selben Volumen homogen verteilt wäre.

Elastizität ist die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes, unter Krafteinwirkung seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren (Beispiel: Sprungfeder). Man unterscheidet dabei

• das linear-elastische Verhalten, das durch das Hookesche Gesetz beschrieben wird; dieses Verhalten tritt generell bei kleinen Deformationen auf

• das nicht-linear-elastische Verhalten, bei dem die Spannung nichtlinear von der Deformation abhängt. Typisches Beispiel ist hier die Gummielastizität bei größeren Deformationen.

Bei allen Materialien gibt es eine Grenze des Elastizitätsbereichs, jenseits der ein plastisches Verhalten beobachtet wird. Dies ist der Fall, wenn nach Entfernen der auslenkenden Kräfte eine Deformation verbleibt.

Die mechanische Spannung (Formelzeichen σ

(kleines Sigma) und τ

(kleines Tau), englisch stress, französisch contrainte) ist ein Maß für die innere Beanspruchung eines Körpers infolge dessen Belastung von außen. Da innerhalb der Mechanik keine Verwechslungsgefahr mit der elektrischen Spannung besteht, wird sie kurz als Spannung bezeichnet.

Die Wurfparabel ist die Flugbahn, die ein Körper während eines Wurfs in einem homogenen Schwerefeld beschreibt, wenn man den Einfluss des Luftwiderstands vernachlässigt. Der schiefe Wurf stellt dabei den allgemeinen Fall dar – senkrechter und waagerechter Wurf sind Spezialfälle. Die Wurfparabel ist stets nach unten geöffnet; der höchste Punkt der Flugbahn ist der Scheitelpunkt der Parabel.

Auf der Erde ist das Schwerefeld nur bei kleinen Wurfweiten homogen und die Flugbahn somit parabelförmig.

Eine schiefe Ebene ist in der Mechanik eine ebene Fläche, die gegen die Horizontale geneigt ist. Sie wird verwendet, um den Kraftaufwand zur Höhenveränderung einer Masse zu verringern – der Arbeitsaufwand bleibt jedoch unverändert, da sich die Wegstrecke entsprechend verlängert (ähnlich wie beim Hebel oder dem Flaschenzug).

Viskose Reibung

Viskose Reibung findet, wie der Name schon sagt, bei Flüssigkeiten statt. Nehmen wir als Beispiel eine Kugel in einer Flüssigkeit wie Wasser. Diese Kugel bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit v im Wasser. Durch die Moleküle des Wassers und die Reibung der Kugel an diesen entsteht eine viskose Reibung F_VR. Sie ist der Bewegungsrichtung entgegengesetzt und verringert somit die Geschwindigkeit der Kugel. Damit die Geschwindigkeit nicht verringert wird und die Kugel sich weiterhin mit ihrer konstanten Geschwindigkeit bewegt, muss eine Zugkraft FZ entgegen der viskosen Reibung wirken.

Die Zentrifugalkraft ist eine Kraft, die der Beschleunigung des Bezugssystems entgegengerichtet ist. Man bezeichnet sie als Trägheitskraft, sie ist im beschleunigten System direkt zu messen. Oft nennt man solche Trägheitskräfte auch Scheinkräfte, da sie im nicht beschleunigten System nicht erkennbar sind.

Das beschleunigte Bezugssystem birgt allerdings das Problem, dass die Newtonschen Gesetze nicht mehr uneingeschränkt gelten: Das 3. Gesetz von Newton besagt, dass zu jeder Kraft an einem Körper eine Gegenkraft an einem anderen Körper existieren muss. Dies ist für Scheinkräfte nicht erfüllt, sie haben keine "reactio". Auch die gleichförmige geradlinige Bewegung eines im Kräftegleichgewicht befindlichen Körpers ist in einem beschleunigten Bezugsystem nicht gegeben. In nicht beschleunigten Bezugssystemen hingegen gelten alle Gesetze von Newton. Man nennt solche Systeme Inertialsysteme.

Corioliskraft, C, nach G.G. de Coriolis (1792-1843) ablenkende Kraft der Erdrotation, die auf sich bewegende Körper wirkt ( Abb.). Bei der Corioliskraft C [N] handelt es sich um eine Scheinkraft, da sie eine Beschleunigungskraft (Geschwindigkeit) zur Voraussetzung hat. Sie ergibt sich aus der Tatsache, dass auf der rotierenden Erde die Erdanziehung in Verbindung mit der Bodenreibung dazu führt, dass die Lufthülle und der feste Erdkörper mit gleicher Geschwindigkeit rotieren. Luftteilchen bewegen sich deshalb wie der Erdkörper am Äquator mit einer Geschwindigkeit von 40.000 km/Tag oder 1666 km/h, in 40° Breite von 1277 km/h und am Pol von 0 km/h. Wegen der Massenträgheit behalten Luftteilchen bei horizontalen und vertikalen Bewegungen ihren Ausgangsimpuls bei. Auf der rotierenden Erde haben folglich vom Äquator polwärts strömende Luftteilchen gegenüber den Luftteilchen in höheren Breiten einen größeren Drehimpuls, eilen diesen also voraus, was auf der Nordhemisphäre (Südhemisphäre) einer Rechtsablenkung (Linksablenkung) entspricht. Äquatorwärts strömende Luftteilchen treffen mit abnehmender Breite auf Teilchen, die einen höheren Drehimpuls als sie selbst aufweisen. Sie bleiben deshalb hinter deren Bewegung zurück, was ebenfalls einer Rechtsablenkung (Linksablenkung) entspricht. Die Corioliskraft berechnet sich aus: C=2m υ ω sinφ mit m=Luftmasse [kg], υ=Windgeschwindigkeit [m/s], ω=Winkelgeschwindigkeit der Erde (2π/Erddurchmesser=7,292 10-5/s), φ=geographische Breite [°]. Die Corioliskraft ist der Bewegungsgeschwindigkeit proportional, steht senkrecht auf dem Bewegungsvektor und dem Drehvektor der Erdrotation und wirkt auf der Nordhalbkugel nach rechts, auf der Südhalbkugel nach links ( Abb.). Die Corioliskraft ist am Äquator Null und nimmt zu den Polen hin zu. Die Coriolis-Beschleunigung c [m/s] erhält man durch die Division von C/m=c=2υ ω sinφ.

Im Jahr 1687 erschien Isaac Newtons Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (lat.; ‚Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie‘), in dem Newton drei Grundsätze der Bewegungslehre formuliert, die als die Newtonschen Axiome, Grundgesetze der Bewegung, Newtonsche Prinzipien oder auch Newtonsche Gesetze bekannt sind. Sie werden in Newtons Werk mit Lex prima, Lex secunda und Lex tertia (‚Erstes/Zweites/Drittes Gesetz‘) bezeichnet, oder zusammengenommen mit axiomata, sive leges motus (‚Axiome oder Gesetze der Bewegung‘).

Diese Gesetze bilden das Fundament der Klassischen Mechanik. Obwohl sie im Rahmen moderner physikalischer Theorien wie der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie nicht uneingeschränkt gelten, sind mit ihrer Hilfe innerhalb des weiten Gültigkeitsbereiches der klassischen Mechanik zuverlässige Vorhersagen möglich.

Meistens werden die drei Gesetze in vereinfachter Form so wiedergegeben:

1. Ein kräftefreier Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit.

2. Kraft gleich Masse mal Beschleunigung: F → = m ⋅ a →

   

3. Kraft gleich Gegenkraft: Eine Kraft von Körper A auf Körper B geht immer mit einer gleich großen, aber entgegen gerichteten Kraft von Körper B auf Körper A einher: F → A → B = − F → B → A

   

In der Physik ist der Druck die Wirkung einer flächen­verteilten Kraft, die senkrecht auf einen Körper wirkt. Der Druck ist positiv, wenn er zum Körper hin gerichtet ist, ein negativer Druck entspricht einem Zug.[1] Ein Beispiel ist der Schneeball, der von Hand geformt wird, indem durch Druck der Handinnenfläche der lockere Schnee zusammengedrückt wird. Umgekehrt übt der Schnee dabei auch einen spürbaren Gegendruck auf die Handinnenfläche aus. Druck tritt nicht nur an Grenz- und Oberflächen, sondern auch im Inneren von Festkörpern, Flüssigkeiten oder Gasen auf. So ist der Luftdruck auf der Erdoberfläche allgegenwärtig. Nach dem Pascal’schen Prinzip (von Blaise Pascal) breitet sich Druck in ruhenden Flüssigkeiten und Gasen allseitig aus und wirkt nach Leonhard Euler im Volumen in alle Richtungen, aber immer senkrecht auf Wände.

Befindet sich ein Gas in einem abgeschlossenen Behälter, so übt es auf die Wände einen Druck aus. Aus kinetisch-statistischer Sicht kann man diesen Gasdruck als elastische Stöße einer Vielzahl von Teilchen deuten. Er ist umso größer, je größer die Teilchenanzahl in dem betreffenden Volumen und die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen ist.

In einem abgeschlossenen Behälter bewegen sich die Teilchen eines Gases völlig unregelmäßig mit den unterschiedlichsten Geschwindigkeiten und in den verschiedensten Richtungen. Geht man von dem idealen Gas aus, dann treten nur elastische Wechselwirkungen zwischen den Teilchen bzw. zwischen den Teilchen und den Gefäßwänden auf. Aus kinetisch-statistischer Sicht kann man diesen Gasdruck auf eine Fläche als elastische Stöße einer Vielzahl von Teilchen deuten. Er ist umso größer, je größer die Teilchenanzahl in dem betreffenden Volumen und die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen ist.

Die laminare Strömung (lat. lamina „Platte“), auch Laminarströmung, ist eine Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen, bei der in einem Übergangsgebiet zwischen zwei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten (Hydrodynamische Grenzschicht), das sich senkrecht zur Strömungsrichtung ausbreitet, keine sichtbaren Turbulenzen (Verwirbelungen / Querströmungen) auftreten: Das Fluid strömt in Schichten, die sich nicht miteinander vermischen. In diesem Fall handelt es sich (bei zeitlich konstanter Strömungsgeschwindigkeit) meistens um eine stationäre Strömung.

Die turbulente Strömung (lateinisch turbare ‚drehen‘, ‚beunruhigen‘, ‚verwirren‘) ist die Bewegung von Fluiden, bei der Verwirbelungen in einem weiten Bereich von Größenskalen auftreten. Diese Strömungsform ist gekennzeichnet durch ein dreidimensionales Strömungsfeld mit einer zeitlich und räumlich scheinbar zufällig variierenden Komponente. Den räumlichen Aspekt verdeutlicht nebenstehendes Bild, den zeitlichen z. B. das Rauschen des Windes.

Turbulenz führt zu verstärkter Durchmischung und infolge zu effektiv erhöhten Diffusionskoeffizienten. Bei großräumiger Turbulenz ist der Beitrag der molekularen Diffusion vernachlässigbar. Die Vermischung betrifft auch die innere Energie (Wärmetransport) und den Impuls.

Der Druckverlust eines durch ein Rohr strömenden Fluids beruht auf der Diffusion des Impulses zur Rohrwandung und ist bei turbulenter Strömung größer als bei laminarer Strömung. Die Verwirbelung entsteht durch den Geschwindigkeitsunterschied der Strömung in Rohrmitte gegenüber der Strömung nahe der Wandung. Mit steigendem Durchfluss nimmt die Intensität der Turbulenz zu und der Druckverlust erhöht sich annähernd mit der zweiten Potenz.

Die barometrische Höhenformel beschreibt die vertikale Verteilung der (Gas-)Teilchen in der Atmosphäre der Erde, also die Abhängigkeit des Luftdruckes von der Höhe. Man spricht daher auch von einem vertikalen Druck-Gradienten, der jedoch aufgrund der hohen Wetterdynamik innerhalb der unteren Atmosphäre nur mit Näherungen auf mathematischem Wege beschrieben werden kann.

In der einfachsten Form kann grob angenommen werden, dass der Luftdruck in der Nähe des Meeresspiegels um ein Hektopascal (entsprechend 1 ‰ des mittleren Luftdrucks) je acht Meter Höhenzunahme abnimmt. 1 hPa = 100 N/m², 8 m³ Luft haben eine Gewichtskraft 100 N.

Etwas besser ist die Näherung, dass der Druck mit zunehmender Höhe exponentiell abnimmt. Dieser Zusammenhang war 1686 erstmals von Edmond Halley erkannt worden.

Kapillarität bezeichnet das Verhalten von Feuchtigkeit, in schmalen Röhrchen oder Spalten entgegen der Gravitationskraft nach oben zu steigen bzw. sich horizontal auszubreiten.

Adhäsion (lateinisch adhaerere „anhaften“), auch Adhäsions- oder Anhangskraft genannt, ist der physikalische Zustand einer Grenzflächenschicht, die sich zwischen zwei in Kontakt tretenden kondensierten Phasen, d. h. Feststoffen und Flüssigkeiten mit vernachlässigbarem Dampfdruck, ausbildet. Der Zustand ist durch molekulare Wechselwirkungen in der Grenzflächenschicht charakterisiert, die einen mechanischen Zusammenhalt der beteiligten Phasen bewirken.

Die wirkenden Kräfte sind noch nicht alle vollständig erforscht. Es gibt verschiedene Adhäsionstheorien.

Der Zusammenhalt zwischen den beteiligten Materialien beruht in den meisten Fällen auf physikalischen Wechselwirkungen. Bei ausreichend rauer Oberfläche kann es zudem zu einer mechanischen Verklammerung der Materialien (Formschluss) kommen. Falls die Materialien miteinander auch eine chemische Bindung eingehen, bildet sich in der Regel eine besonders feste und dauerhafte Verbindung aus. Beispiele für die Bildung chemischer Bindungen zwischen Bindemitteln und bestimmten Materialien sind Silikon und Glas, Polyurethan und Holz oder Epoxidharz und Aluminium.

Als Kohäsion bezeichnet man in der Physik und Chemie die Bindungskräfte zwischen Atomen sowie zwischen Molekülen innerhalb eines Stoffes. Die Kräfte sorgen für seinen Zusammenhalt. Sie wirken in Gasen, Flüssigkeiten oder in Festkörpern und führen an den Oberflächen eines flüssigen Stoffes zur Oberflächenspannung.

Die Kontinuitätsgleichung besagt, dass die Dichte eines Fluids Teil seiner Masse ist, und vice versa. Die Kontinuitätsgleichung besagt, dass das Volumen eines Fluids, das in eine bestimmte Menge eindringt, gleich dem Volumen des Fluids ist, das aus der Menge austritt.

Die Bernoulli-Gleichung (auch Gesetz von Bernoulli) ist die Grundgleichung für die eindimensionale Behandlung von Strömungen in Fluiden (Flüssigkeiten und Gase). Die Gleichung gilt näherungsweise für viele Strömungen in realen Flüssigkeiten und Gasen und ist daher Grundlage vieler aero- und hydrodynamischer Berechnungen in der Technik. Sie ist Ausdruck der Tatsache, dass in der Mechanik Arbeit geleistet werden muss, um einem Körper, hier einem Fluidelement, Energie zuzuführen. Die Bernoulli-Gleichung iwas mit energieerhaltung

Nach Bernoulli lässt sich eine Größe e mit der physikalischen Dimension einer spezifischen (d. h. massebezogenen) Energie angeben, die ein Integral der Bewegung ist, also auf dem Weg des Fluidelements längs seiner Stromlinie konstant bleibt. In ihrer einfachsten Form lautet die Bernoulli-Gleichung in einer stationären Strömung eines viskosität­sfreien inkompressiblen Fluids in einem homogenen äußeren Kraftfeld, wie das Schwerefeld eines ist:

e = u 2 2 + p ρ + g z = k o n s t a n t a u f e i n e r S t r o m l i n i e

Hierin ist u die Geschwindigkeit an einem Ort auf der Stromlinie, p der thermodynamische Druck, unter dem das Fluid hier steht (manchmal statischer Druck und bei z = 0 Umgebungsdruck oder Betriebsdruck genannt), ρ die Dichte, g die Schwerebeschleunigung und z die Höhe über einer Bezugsebene bei z = 0 , wo der Betriebsdruck herrscht. Der erste Summand auf der rechten Seite ist die spezifische kinetische Energie des Fluidelements. Der zweite Summand entspricht der spezifischen Enthalpie oder Druckfunktion und berücksichtigt die am Fluidelement geleistete spezifische Verdrängungsarbeit (auch: Verschiebearbeit). Der dritte Summand steht für die spezifische Lageenergie des Fluidelements im Potential des äußeren Kraftfelds. Die Bernoulli-Konstante e wird an einem Punkt der Stromlinie ermittelt und bleibt auf der ganzen Stromlinie konstant. Daher balancieren sich Veränderungen der drei Summanden längs einer Stromlinie gegenseitig aus.

Unter einer Bewegungsgleichung versteht man eine mathematische Gleichung, mit der man die räumliche und zeitliche Entwicklung eines physikalischen Systems ermitteln kann, wenn man seinen Anfangszustand und gegebenenfalls die auf das System wirkenden äußeren Einflüsse kennt. In der Regel handelt es sich um eine Differentialgleichung zweiter Ordnung.

Diese Differentialgleichungen sind für viele Systeme nicht analytisch lösbar, sodass man bei der Lösung geeignete Näherungsverfahren anwenden muss.

Die Stokessche Gleichung, welche auf dem Gesetz von Stokes aufbaut, dient zur Berechnung der Sedimentationsgeschwindigkeit sphärischer Körper in einer Flüssigkeit oder einem Gas. Bei nicht kugelförmigen Körpern wird anstatt des Partikelradius r der halbe Äquivalentdurchmesser verwendet.

Die Stokessche Gleichung ist gültig für langsame Sedimentation bei Reynolds-Zahlen deutlich kleiner als eins, das heißt, vernachlässigbaren Trägheitskräften im umströmenden Fluid.

Die Reynolds-Zahl (Formelzeichen: Re) ist eine nach dem Physiker Osborne Reynolds benannte dimensionslose Kennzahl. Sie wird in der Strömungslehre verwendet und kann als das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften verstanden werden (bzw. das Verhältnis von spezifischer Impulskonvektion zu Impulsdiffusion im System). Das Strömungsverhalten geometrisch ähnlicher Körper ist bei gleicher Reynolds-Zahl ähnlich. Diese Eigenschaft ermöglicht es realitätsnahe Versuche mit einem verkleinerten Modell im Wind- oder Wasserkanal durchzuführen.

Die Allgemeine Gasgleichung beschreibt die Beziehung zwischen Druck, Volumen, Temperatur und der Menge eines idealen Gases. Sie lautet pV = nRT

• wobei p den Druck

• V das Volumen

• n die Stoffmenge

• R die allgemeine Gaskonstante

• T die absolute Temperatur

Wärme oder Wärmemenge ist die Energie, die zwischen zwei Systemen aufgrund eines Temperaturunterschiedes ausgetauscht wird. Genau wie andere Formen von Energie wird sie in der Einheit Joule gemessen. Für die Wärmemenge wird in der Regel die Variable Q verwendet.

Die innere Energie U ist die gesamte für thermodynamische Umwandlungsprozesse zur Verfügung stehende Energie eines physikalischen Systems, das sich in Ruhe und im thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Die innere Energie setzt sich aus einer Vielzahl anderer Energieformen zusammen (s. u.); sie ist nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik in einem abgeschlossenen System konstant.[1]

Die innere Energie ändert sich, wenn das System mit seiner Umgebung Wärme oder Arbeit austauscht. Die Änderung Δ U der inneren Energie ist dann gleich der Summe aus der dem System zugeführten Wärme Q und der Arbeit W , die am System geleistet wird, dieses aber als Ganzes im Ruhezustand belässt:

Δ U = Q + W

Die innere Energie ist eine extensive Zustandsgröße und ein thermodynamisches Potential des Systems. Aus der kalorischen Zustandsgleichung des Systems ergibt sich, wie die innere Energie aus anderen Zustandsgrößen (z. B. Druck, Temperatur, Teilchenzahl, Entropie, Volumen) zu berechnen ist.

Eine Wärmekraftmaschine ist eine Maschine, die Wärmeenergie (kurz auch Wärme) in mechanische Energie umwandelt. Sie nutzt dabei das Bestreben der Wärme aus, von Gebieten mit höheren zu solchen mit niedrigeren Temperaturen zu fließen. Beispiele sind Dampfmaschine, Dampfturbine und alle Verbrennungsmotoren.

Das reale Gas weicht in seiner thermischen Zustandsgleichung von der linearen Abhängigkeit des Drucks von Dichte und Temperatur ab, die das ideale Gas ausmacht. Die Abweichungen beruhen darauf, dass reale Gas-Teilchen ein Volumen besitzen (keine Punktmassen sind) und bei geringen Abständen wechselwirken (anziehen und abstoßen), z. B. durch Van-der-Waals-Kräfte.

Die Wechselwirkungen können mit dem Lennard-Jones-Potential, dem Kompressibilitätsfaktor und u. a. auch mit dem Joule-Thomson-Koeffizient in ungefährer Näherung beschrieben werden. So überwiegt bei der Berührung zweier Gasteilchen der repulsive (abstoßende) Kraftanteil, der extrem schnell ansteigt (mit r12 bzw. exponentiell).

Ist keine sehr große Genauigkeit erforderlich, so begnügt man sich in der Regel mit der Van-der-Waals-Gleichung zur Beschreibung des Zustandes eines realen Gases. Es gibt jedoch eine Vielzahl weiterer Zustandsgleichungen.

Die Wärmekapazität ist ein Begriff aus der Thermodynamik und bezeichnet das Vermögen eines Körpers, Energie in Form von thermischer Energie statistisch verteilt auf die Freiheitsgrade zu speichern. Sie wird im Allgemeinen durch das Formelzeichen c dargestellt.

Isochor ist ein Begriff der Thermodynamik. Er beschreibt eine Zustandsänderung eines Gases, bei der das Volumen konstant bleibt.

In der Meteorologie werden Isotherme verwendet, um auf den meteorologischen Wetterkarten die Gebiete zu kennzeichnen, in denen die gleiche Temperatur herrscht. Der Abstand der Isothermen gibt einen Hinweis auf den Umfang des Temperaturgefälles in einem Gebiet.

Die isobare Zustandsänderung ist ein Begriff der Thermodynamik. Er bezeichnet eine Zustandsänderung, bei der der Druck im System konstant bleibt.

Bei einer adiabatischen Zustandsänderung tauscht ein thermodynamisches System mit seiner Umgebung keine Wärmeenergie aus, es ist also thermisch isoliert. Dabei können sich die Zustandsgrößen Druck, Temperatur und Dichte ändern.

Der Carnot-Kreisprozess oder -Zyklus ist ein Gedankenexperiment, das zur Realisierung einer reversiblen Wärme-Kraft-Maschine zur Umwandlung von Wärme in Arbeit dient. Der Carnot-Prozess wurde 1824 von Nicolas Léonard Sadi Carnot[1] entworfen, und er legte auch gleichzeitig den Grundstein für die Thermodynamik. Er umfasst einen über einen Kolben verstellbaren Hubraum, der Wärme- und Kältereservoirs ausgesetzt und ansonsten thermisch isoliert ist. Carnot intendierte diesen rein theoretischen Zyklus nicht nur als Beschreibung maschineller Prozesse, sondern übertrug mit ihm das Prinzip der Kausalität auf Phänomene, die mit Wärme im Zusammenhang stehen: Da der Kreisprozess umkehrbar ist, lässt sich jedes Stadium als alleiniger Effekt der anderen darstellen.

Der Stirlingmotor ist eine von Robert Stirling im Jahre 1816 entwickelte Wärmekraftmaschine.

Im Stirlingmotor wird ein Gas durch von außen zugeführte Energie in einem durch einen Kolben abgeschlossenen Raum (Zylinder) erhitzt und expandiert, in einem anderen, ebenfalls durch einen Kolben abgeschlossenen Raum (Zylinder) gekühlt und komprimiert. Das Gas pendelt zwischen diesen beiden Räumen und wechselt dabei Temperatur und Druck. Der Stirlingmotor arbeitet mit einem Kreisprozess (Stirling-Prozess). Weil die Wärme von außen zugeführt wird, kann er mit einer beliebigen externen Wärmequelle betrieben werden. Weil das Gas nicht ausgetauscht wird, kann ein besonders gut geeignetes Gas verwendet werden, wie Helium oder Wasserstoff.

Gängige Stirlingmotoren („Standardmaschine“) speichern die im Arbeitsgas enthaltene innere Energie auf dem Weg vom heißen zum kalten Raum in einem Speicher (Regenerator), um den Wirkungsgrad zu verbessern. Der Regenerator gibt die Wärme wieder ab, wenn das Gas vom kalten zum heißen Raum strömt. Stirlingmotoren werden meistens als Kolbenmaschinen ausgeführt, es gibt jedoch weitere Bauformen.

Bei manchen Bauformen genügt als Antrieb bereits eine geringe Temperaturdifferenz, zum Beispiel die zwischen menschlichem Körper und der Umgebung.

Die Entropie ist eine in der Thermodynamik definierte physikalische Größe von fundamentaler Bedeutung. Sie ist eine der Zustandsgrößen eines makroskopischen Systems und hat unter anderem folgende Eigenschaften:

• In einem abgeschlossenen System, das sich durch spontane innere Prozesse (wie Wärmeleitung, Vermischung durch Diffusion, Erzeugung von Reibungswärme, chemische Reaktion etc.) dem thermodynamischen Gleichgewicht annähert, steigt die Entropie des Systems durch diese Prozesse an. Der Gleichgewichtszustand ist erreicht, wenn die Entropie den größtmöglichen Wert erreicht, der mit den gegebenen äußeren Parametern des Systems (wie Volumen, Energie, Teilchenzahlen, äußeres Kraftfeld etc.) verträglich ist. Alle spontanen thermodynamischen Prozesse kommen dann zum Erliegen und die Entropie bleibt konstant.

• Entropie kann nicht vernichtet werden. Ein Prozess, bei dem Entropie entstanden ist, kann nicht rückgängig gemacht werden, ohne dass die entstandene Entropie an die Umgebung des Systems abgegeben wird. Selbst wenn der ursprüngliche Zustand des Systems damit wiederhergestellt werden kann, ist nun die Umgebung in einem anderen Zustand als vorher. Eine spurlose Rückkehr zum alten Zustand von System und Umgebung ist unmöglich. Weil alle spontanen thermodynamischen Prozesse Entropie erzeugen, werden sie auch als irreversibel (=unumkehrbar) bezeichnet.

• Das Anwachsen der Entropie durch jeglichen spontanen Prozess definiert in der Physik die Richtung der fortschreitenden Zeit.

• Wird einem System mit der Temperatur T die Wärme Q zugeführt oder abgegeben, wird ihm damit immer auch die Entropie Δ S = Q / T

  

  zugeführt bzw. abgegeben. Auch Zufuhr bzw. Abgabe von Materie erhöht bzw. verringert die Entropie eines Systems. Wird am System nur physikalische Arbeit geleistet, fließt keine Entropie.

• Ein Prozess, der kontinuierlich Wärme in Arbeit umwandelt (Wärmekraftmaschine), ist nur möglich, wenn die Entropie, die mit der Wärme zugeführt wird, vollständig wieder an die Umgebung abgegeben wird, was nur durch die Abgabe von Abwärme geschehen kann. Nur die Differenz aus zugeführter und abgegebener Wärme kann in Arbeit umgewandelt werden.

• Ist für ein System bekannt, wie sich die Entropie aus seiner inneren Energie, seinem Volumen und den Stoffmengen der einzelnen chemischen Komponenten darin berechnen lässt, dann wird diese Formel als Fundamentalgleichung bezeichnet. Aus ihr lassen sich die Formeln für alle thermodynamischen Eigenschaften des Systems ableiten (z. B. Zustandsgleichungen, Kompressibilität, spezifische Wärmekapazität, Wärmeausdehnungskoeffizient).

Der Partialdruck ist der Druck in einem Gasgemisch, welcher einem bestimmten Gas zugeordnet werden kann. Er entspricht dem Druck, den die einzelne Gaskomponente bei alleinigem Vorhandensein im betreffenden Volumen ausüben würde.

Die Van-der-Waals-Gleichung ist eine Zustandsgleichung für Gase, mit der das Verhalten realer Gase in besserer Annäherung beschrieben werden kann als mit der Allgemeinen Gasgleichung für das Ideale Gas. Die Van-der-Waals-Gleichung enthält, über die allgemeine Gasgleichung hinausgehend, zwei Parameter für die abstoßenden und die anziehenden Kräfte zwischen den Gasteilchen. Diese sind charakteristisch für das jeweilige Gas. Damit führt sie zu einem einfachen und näherungsweise quantitativen Verständnis der Verflüssigung und vieler weiterer Eigenschaften, in denen die realen Gase vom idealen Gas abweichen. Die Gleichung wurde 1873 durch Johannes Diderik van der Waals aufgestellt, wofür er 1910 den Nobelpreis für Physik erhielt.

• Länge: Meter m

• Zeit: Sekunde s

• Masse: Kilogramm kg

• Elektrische Stromstärke: Ampere A

• Temperatur: Kelvin K

• Stoffmenge: Mol mol

• Lichtstärke: Candela cd

Alle anderen Einheiten werden darauf abgeleitet (z.B. [Geschwindigkeit]=m/s)

• Strahlungskonstante des Caesium-Atoms: DELTA V_Cs (9 192 631 770 Hz)

• Lichtgeschwindigkeit: c (299 792 458 m/s)

• Plancksches Wirkungsquantum: h (6.626 070 15*10^-34 Js)

• Elementarladung: e (1.602 176 634 10-19 C)

• Bolzmann-Konstante: k_B (1.380 649*10^-23 J/K)

• Avogadro-Konstante: N_A (6.022 140 76*10^23 mol^-1)

• Photometrisches Strahlungsäquivalent: K_cd (683 lm/W)

Das Messergebnis ist der Näherungswert für den wahren Wert der Messgröße, der durch Auswertung der mit einer Messeinrichtung gewonnenen Messwerte berechnet wird.

Messgröße diejenige physikalische Größe, der eine Messung gilt. Dabei wird in dieser Norm der Begriff sowohl für „Messgröße im allgemeinen Sinn“ als auch für „spezielle Messgröße“ verwendet.

• Im allgemeinen Sinn handelt es sich um eine physikalische Größe wie z. B. Masse, Leistung, Temperatur, die Ziel einer Messung war oder sein wird. Abgrenzung: Da z. B. der Intelligenzquotient keine physikalische Größe ist, kann er im Sinne dieser Definition keine messbare Größe sein.

Die Ortskurve ist eine Kurve, auf der alle Punkte einer Funktionsschar liegen, die eine bestimmte Gemeinsamkeit haben. Diese Gemeinsamkeit kann zum Beispiel sein, dass sie alle Extrempunkte , Scheitelpunkte oder Wendepunkte der Funktionsschar sind. Ortskurven kannst du auch Trägergraphen nennen.

Die Winkelgeschwindigkeit ist eine vektorielle Größe und beschreibt in der Physik die zeitliche Änderung eines Winkels. Sie zeigt in die Richtung der Drehachse und wird mit einem kleinen Omega als Formelzeichen dargestellt. Da mit der Winkelgeschwindigkeit oft Rotationen beschrieben werden, wird sie deshalb auch als Rotationsgeschwindigkeit oder Drehgeschwindigkeit bezeichnet. Mit dieser Formel der Winkelgeschwindigkeit, kann diese also einfach durch Ableiten des Winkels  nach der Zeit berechnet werden. Geht man von einer konstanten Winkelgeschwindigkeit aus, dann ist diese gerade das Verhältnis einer Umdrehung mit dem Winkel 

 zur Umlaufzeit T.

Die Winkelbeschleunigung beschreibt die zeitliche Änderung der Winkelgeschwindigkeit. Dies bedeutet, dass die Winkelbeschleunigung die Ableitung der Winkelgeschwindigkeit nach der Zeit ist. Die Winkelbeschleunigung darf nicht mit der Tangentialbeschleunigung   verwechselt werden, welche die Ableitung der Bahngeschwindigkeit darstellt, wobei r den Abstand zur Rotationsachse repräsentiert. Betrachtet man eine Kreisbewegung, so zeigt die Winkelbeschleunigung in die tangentiale Richtung. Zusätzlich zur Winkelbeschleunigung, wirkt auf den Körper auch noch die sogenannte Radialbeschleunigung , oder auch Zentripetalbeschleunigung genannt. Die Radialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung sind senkrecht zueinander. Da bei einer Kreisbewegung die Geschwindigkeit immer tangential zur Kreisbewegung ist, ändert die Geschwindigkeit ständig ihre Richtung. Die Geschwindigkeit wird andauernd zum Kreismittelpunkt hin beschleunigt. Diese Beschleunigung wird Radialbeschleunigung genannt. Die Gesamtbeschleunigung bei einer Kreisbewegung kann dann durch die Summe der Winkelbeschleunigung und der Radialbeschleunigung ausgedrückt werden.

Unter der Hangabtriebskraft F GH

versteht man die Komponente der Gewichtskraft, die auf einer schiefen Ebene hangabwärts gerichtet ist. Die Hangabtriebskraft steigt mit zunehmendem Neigungswinkel α der Ebene und ist bei 90° maximal, nämlich gleich der Gewichtskraft des Körpers. Die Normalkraftkomponente hingegen ist bei 0° maximal und nimmt mit steigendem Neigungswinkel ab.

Der Körper bleibt in Ruhe, solange der Hangabtriebskraft F GH eine gleich große Haftreibungskraft F R entgegenwirkt.

1. Gleitreibung tritt auf, wenn ein Körper durch eine Kraft gegen einen anderen Körper gedrückt wird und der eine Körper relativ zu dem anderen Körper gleitet.

2. Die Gleitreibungskraft wirkt immer entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers.

Haftreibung entsteht, wenn ein Körper durch seine Kraft auf einen anderen Körper gedrückt wird. Dabei ruht der eine Körper relativ zu dem anderen Körper und auf einen der Körper wirkt eine Zugkraft.

Das ist zum Beispiel der Fall, wenn du einen Klotz auf den Boden stellst. Versuchst du den Klotz dann zu ziehen, entsteht die Haftreibungskraft. Sie verhindert, dass der Körper sich bewegt. Zugkraft und Haftkraft sind immer gleich groß und entgegengesetzt. Wird die Zugkraft aber größer als die maximale Haftkraft, fängt der Klotz an zu gleiten.

Für einige der wichtigsten Größen der Physik gelten sogenannte Erhaltungssätze: Was sie repräsentieren kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern der Gesamtwert bleibt zeitlich konstant. Solche Größen heißen Erhaltungsgrößen.

Das wichtigste Beispiel ist die Energie: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Wenn sich der Energiegehalt eines Systems erhöht, dann geht dies nur, wenn Energie von außen in das System eingebracht wurde (und die Außenwelt demnach nun weniger Energie besitzt).

Kraft ist ein grundlegender Begriff in der Physik. In der klassischen Physik versteht man darunter eine Einwirkung auf einen Körper, die ihn beschleunigt, das heißt seine Geschwindigkeit vergrößert, verringert, deren Richtung ändert oder die ihn verformt. Kräfte sind erforderlich, um Arbeit zu verrichten, wobei sich die Energie eines Körpers oder eines physikalischen Systems ändert.

Kräfte sind gerichtete physikalische Größen, die durch Vektoren dargestellt werden können. Für zwei Kräfte, die am gleichen Punkt angreifen, gilt: Wenn sie entgegengesetzt und gleich stark sind, heben sie sich auf (Kräftegleichgewicht). Andernfalls gilt, dass sie zu einer resultierenden Kraft zusammengefasst werden können, die mithilfe eines Kräfteparallelogramms ermittelt wird. Kräfte haben verschiedene Ursachen oder Wirkungen und werden teilweise nach ihnen benannt, etwa die Reibungskraft, die Zentripetalkraft und die Gewichtskraft. Manche Arten von Kräften wurden auch nach Personen benannt, die wesentlich an ihrer Erforschung mitgewirkt haben, wie die Corioliskraft, die Coulombkraft oder die Lorentzkraft.

Die Definition der mechanischen Arbeit lautet W = F ⋅ s [N]*[m]=[J] oder Arbeit ist gleich Kraft mal Weg (das Formelzeichen W entsteht aus englisch work) in Joule).

Dabei wirkt die Kraft F auf einen Körper, der in Richtung dieser Kraft eine Strecke der Länge s zurücklegt. Wirkt eine Kraft nicht genau parallel zum Weg, ist für die Berechnung der Arbeit nur die zum Weg parallele Komponente zu berücksichtigen. Diese physikalische Definition entspricht auch der umgangssprachlichen Bedeutung von mechanischer Arbeit und ist auf alle mechanischen Vorgänge anwendbar, beim gleichzeitigen Einwirken mehrerer Kräfte auch für jede Kraft einzeln.

Pfadintegrale sind eine auf Gregor Wentzel, Paul Dirac und insbesondere Richard Feynman zurückgehende Formulierung der Quantenmechanik, bei der bei einer Bewegung eines Teilchens von Punkt A zu Punkt B alle möglichen Pfade von A nach B berücksichtigt werden und nicht, wie in der klassischen Mechanik, nur der Pfad mit kleinster Wirkung.

Bei Wegintegralen entlang eines Weges s⃗  durch ein Kraftfeld F⃗  muss man sich gedank­lich auf den Anfang des Weges (i = initial) setzen und von dort den Weg bis zum Ende (f = final) durchlaufen. Unterwegs denkt man sich den Weg  s⃗  zerlegt in kleine gerade Wegstücke ds⃗ , die tangential am Weg liegen. Sie werden mit der dort wirken­den Kraft  F⃗  skalar multipliziert. Diese vielen Skalarprodukte  F⃗ ⋅ds⃗  summiert man auf. Sie bilden das Weg­inte­gral.

Die Leistung als physikalische Größe bezeichnet die in einer Zeitspanne umgesetzte Energie dividiert durch diese Zeitspanne. Ihr Formelzeichen ist meist P

(von englisch power), ihre SI-Einheit das Watt mit dem Einheitenzeichen W (Watt).

Energie pro Zeit.

Der Impuls ist eine physikalische Größe, die verwendet wird um die Bewegung eines Körpers zu beschreiben. Der Impuls beschreibt die Masse, die Richtung und die Geschwindigkeit eines Körpers. Beim Impuls wird der betrachtete Körper als Massepunkt angesehen. Der Impuls ist eine grundlegende physikalische Größe, die den mechanischen Bewegungszustand eines physikalischen Objekts charakterisiert. Der Impuls eines physikalischen Objekts ist umso größer, je schneller es sich bewegt und je größer seine Masse ist. Damit steht der Impuls für das, was in der Umgangssprache unscharf mit „Schwung“ und „Wucht“ bezeichnet wird.

Das Formelzeichen des Impulses ist meist p (von lateinisch pellere ‚stoßen, treiben‘).

N*s

Bei einem elastischen Stoß sind der Impuls und die Energie erhalten. Bei einem elastischen Stoß geht keine kinetische Energie in innere Energie verloren. Wir bezeichnen einen Stoß als elastisch, wenn die Summe der kinetischen Energien der Stoßpartner nach dem Stoß genau so groß ist wie vor dem Stoß, also keine kinetische Energie in innere Energie verloren geht.

Beim vollkommen unelastischen Stoß bewegen sich die Stoßpartner nach dem Stoß mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung. Wir bezeichnen einen Stoß als vollkommen unelastischen Stoß, wenn sich die beiden Stoßpartner nach dem Stoß mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegen (Abb. 1). Dieser Sonderfall liegt z.B. vor, wenn sich die Stoßpartner beim Stoß ineinander verhaken und sich zusammen weiterbewegen müssen.

In der Physik versteht man unter Drehmoment die Kraft, die mithilfe eines Hebelarms auf einen Drehpunkt wirkt. Die Formel des Hebelgesetzes lautet: Drehmoment = Kraft (N) x Hebelarm (m). Die Maßeinheit, in der das Drehmoment angegeben wird, heißt Newtonmeter (Nm). Das Drehmoment (auch Moment oder Kraftmoment, von lateinisch momentum Bewegungskraft[1]) ist eine physikalische Größe in der klassischen Mechanik, die die Drehwirkung einer Kraft, eines Kräftepaars oder sonstigen Kräftesystems auf einen Körper bezeichnet. Es spielt für Drehbewegungen die gleiche Rolle wie die Kraft für geradlinige Bewegungen. Ein Drehmoment kann die Rotation eines Körpers beschleunigen oder bremsen und den Körper verbiegen (Biegemoment) oder verwinden (Torsionsmoment). In Antriebswellen bestimmt das Drehmoment zusammen mit der Drehzahl die übertragene Leistung.

Der Drehimpuls (in der Mechanik auch Drall oder veraltet Schwung oder Impulsmoment) ist eine physikalische Erhaltungsgröße. Ein System hat beispielsweise dann einen Drehimpuls, wenn es sich um seinen Massenschwerpunkt dreht, wie bspw. ein Kreisel, ein Sportler bei einer Pirouette oder ein Planetensystem. Der Drehimpuls ist eine vektorielle Größe, und zwar – wie das Drehmoment und die Winkelgeschwindigkeit – ein Pseudovektor. Seine Dimension ist das Produkt aus Masse, Länge und Geschwindigkeit. Im SI-Einheitensystem wird er in Newtonmetersekunden ( N m s) gemessen. Der Drehimpuls bezieht sich immer auf den Punkt im Raum, der als Bezugspunkt der Drehbewegung gewählt wird. Bei einem frei rotierenden System wird als Bezugspunkt oft der Schwerpunkt festgelegt, in der Astronomie meist der Schwerpunkt des Zentralgestirns. Wenn die Rotation durch ein Lager vorgegeben ist, wird meist ein Punkt auf der Achse gewählt.

Der Schwerpunktsatz (auch Massemittelpunktsatz) ist ein Lehrsatz aus der Mechanik. Er besagt, dass sich der Massenmittelpunkt (Schwerpunkt) eines Systems von Punktmassen so bewegt, als ob die Massen aller einzelnen Massenpunkte in ihm vereinigt wären und sämtliche Kräfte, die von außen auf die Massenpunkte an ihren jeweiligen Positionen wirken, zusammengenommen nur auf ihn wirken würden. Der Schwerpunktsatz gilt insbesondere für räumlich ausgedehnte Körper, da diese aus Massenpunkten zusammengesetzt gedacht werden können.

Innere Kräfte, d. h. Kräfte zwischen den einzelnen Massenpunkten des Systems, haben dagegen keine Auswirkung auf die Bewegung des Schwerpunkts. Das kann man sich so vorstellen, als ob die Gesamtmasse eines Systems im Schwerpunkt vereinigt wäre und alle äußeren Kräfte gemeinsam auf ihn einwirkten, unabhängig von ihren wirklichen Angriffspunkten. Die Bewegung des Schwerpunktes wird somit weder von inneren Kräften beeinflusst noch von äußeren Kräftepaaren (die Bewegung der einzelnen Punkte schon).[1]

Wirken gar keine äußeren Kräfte, so wird das System als (mechanisch) abgeschlossen bezeichnet.

Indifferentes Gleichgewicht ist dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Lagen des Körpers gleichberechtigt sind und er seine Lage nicht ändert, wenn er sich an verschiedenen Orten befindet und sich selbst überlassen bleibt. So kann man z. B. einen Ball auf einer ebenen Fläche an verschiedene Stellen legen.

Stabiles Gleichgewicht eines Körpers ist dadurch gekennzeichnet, dass er wieder in eine stabile Lage gelangt, wenn man ihn geringfügig aus der Ausgangslage herausbewegt oder kippt.

Ein labiles Gleichgewicht liegt vor, wenn eine geringfügige Lageveränderung des Körpers dazu führt, dass er sich weiter weg von der Ausgangslage bewegt, wenn er sich selbst überlassen bleibt. Lässt man z. B. eine auf einem Berg liegende Kugel oder einen stehenden Stab los, so bewegen sie sich von der Ausgangslage weg.

Eine Translationsbewegung, oder kurz Translation, ist eine lineare Bewegung, bei der alle Punkte eines starren Körpers dieselbe Verschiebung erfahren. Zu jedem Zeitpunkt sind die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen aller Punkte dieses Körpers identisch.

dient der Berechnung des Trägheitsmomentes eines starren Körpers für parallel verschobene Drehachsen. Der Satz geht auf Untersuchungen von Jakob Steiner und Christiaan Huygens zurück.

Das Trägheitsmoment eines Körpers hängt von der Lage der Drehachse ab. Ist das Trägheitsmoment bezüglich einer Drehachse durch den Massenmittelpunkt bekannt, so kann mit dem Steinerschen Satz das Trägheitsmoment für alle Drehachsen, die parallel zu dieser sind, berechnet werden.

• Das Trägheitsmoment eines Körpers ist dann am geringsten, wenn die Drehachse durch den Schwerpunkt geht. Das folgt daraus, dass der Steinersche Anteil stets positiv ist, wenn man eine Verschiebung vom Schwerpunkt weg durchführt.

• Mit mehrmaliger Anwendung des Steinerschen Satzes kann das Trägheitsmoment zu einer beliebigen parallelen Achse berechnet werden, auch wenn das anfangs gegebene Trägheitsmoment nicht durch den Massenmittelpunkt geht.

Die Poissonzahl (nach Siméon Denis Poisson, Formelzeichen  μ oder ν) ist ein Materialkennwert in der Mechanik bzw. Festigkeitslehre. Sie wird überdies Querkontraktionszahl oder selten auch Querdehnungszahl bzw. Querdehnzahl genannt und ist eine Größe der Dimension Zahl. Den internationalen und nationalen Normen entsprechen die Bezeichnung Poissonzahl und das Formelzeichen μ. Die Poissonzahl beschreibt das Querkontraktionsverhalten der Werkstoffe und dient der Berechnung des Verformungsverhaltens der Bauteile unter mechanischer Beanspruchung. Sie ist auch ein Maß für die Kompressibilität der Werkstoffe.

Eine Scherung tritt in der Mechanik zwischen zwei Ebenen auf, die durch ein Kräftepaar aus Scherkräften gegeneinander parallel verschoben werden, sodass der zwischen den Ebenen liegende Bereich geschert wird und Schubverzerrungen oder Gleitungen γ auftreten, siehe Abbildung 1.

Die Scherkräfte leiten in das Material eine Schub- oder Scherspannung τ ein, die bei kleinen Deformationen und linearer Elastizität proportional zur Gleitung sind: τ=G·γ, wo G der Schubmodul ist.

Die Torsion beschreibt die Verdrehung eines Körpers, die durch die Wirkung eines Torsionsmoments entsteht. Versucht man einen Stab mit einem Hebel senkrecht zur Längsachse zu verdrehen, so wirkt auf diesen (neben einer etwaigen Querkraft) ein Torsionsmoment.

Das Torsionsmoment T ergibt sich aus der Kraft F am Hebel multipliziert mit der Länge r des dazu verwendeten Hebels.

Adhäsion umfasst die Haftkräfte an den Kontaktflächen zweier unterschiedlicher oder gleicher Stoffe durch Molekularkräfte. Die Stoffe können sich in festem oder in flüssigem Zustand befinden. Im Bereich der Klebstoffe versteht man unter Adhäsion die Haftung von Klebschichten an den Fügeteiloberflächen

Als Kohäsion (von lateinisch cohaesum, Partizip II von: cohaerere „zusammenhängen“) bezeichnet man in der Physik und Chemie die Bindungskräfte zwischen Atomen sowie zwischen Molekülen innerhalb eines Stoffes. Die Kräfte sorgen für seinen Zusammenhalt. Sie wirken in Gasen, Flüssigkeiten oder in Festkörpern und führen an den Oberflächen eines flüssigen Stoffes zur Oberflächenspannung. Die Adhäsion beruht hingegen auf Bindungskräften zwischen zwei unterschiedlichen Phasen.

Als Kapillarkraft wird jene Kraft bezeichnet, die Flüssigkeiten in einer Glaskapillare gegen die Schwerkraft nach oben steigen lässt. Ursächlich für diesen Effekt ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und die Grenzflächenspannung zwischen Flüssigkeit und Kapillare.

1. Als Schweredruck bezeichnet man einen Druck, den ein Körper nur auf Grund der Gewichtskraft der über ihm liegenden Flüssigkeits- oder Gassäule erfährt.

2. Für den Schweredruck gilt p=rho*g*h

3. Der Schweredruck ist unabhängig von Form und Querschnittsfläche der Flüssigkeitssäule.

Die Oberflächenspannung (Symbol: σ , ersatzweise γ )[1] ist die infolge von Molekularkräften auftretende Erscheinung bei Flüssigkeiten, ihre Oberfläche klein zu halten. Die Oberfläche einer Flüssigkeit verhält sich ähnlich einer gespannten, elastischen Folie. Dieser Effekt ist zum Beispiel die Ursache dafür, dass Wasser Tropfen bildet,[2] und trägt dazu bei, dass einige Insekten über das Wasser laufen können oder eine Rasierklinge auf Wasser „schwimmt“.

Die Oberflächenspannung ist also eine Grenzflächenspannung, die zwischen Flüssigkeiten und Gasphasen auftritt. Gemessen wird sie in der SI-Einheit N/m.

Die laminare Strömung (lat. lamina „Platte“), auch Laminarströmung, ist eine Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen, bei der in einem Übergangsgebiet zwischen zwei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten (Hydrodynamische Grenzschicht), das sich senkrecht zur Strömungsrichtung ausbreitet, keine sichtbaren Turbulenzen (Verwirbelungen / Querströmungen) auftreten: Das Fluid strömt in Schichten, die sich nicht miteinander vermischen. In diesem Fall handelt es sich (bei zeitlich konstanter Strömungsgeschwindigkeit) meistens um eine stationäre Strömung.

Umgangssprachlich wird gelegentlich auch eine Strömung, die dem Verlauf einer Wand oder eines Profils folgt, als laminare Strömung bezeichnet. Fachsprachlich handelt es sich bei diesem Phänomen jedoch um eine ausgebildete oder anliegende Strömung.

Zur Darstellung des Unterschiedes zwischen laminarer Strömung und turbulenter Strömung hat der Physiker Osborne Reynolds im Jahr 1883 einen Färbeversuch einer Wasserströmung in einer Rohrleitung vorgenommen und festgestellt, dass sich die Verwirbelung in der Rohrleitung erst ab einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit einstellt. Als Beurteilungskriterium wird hierzu die Reynolds-Zahl Re angewandt.

Der Bernoulli-Effekt ist ein physikalisches Phänomen, das beschreibt, wie der Druck in einem Strömungsmedium abnimmt, wenn sich die Geschwindigkeit der Strömung erhöht. Durch den Bernoulli-Effekt lassen sich verschiedene physiologische Abläufe in der Medizin erklären. Wo eine schnelle Strömung fließt, nimmt der Druck ab. Doch das wohl wichtigste Einsatzgebiet bezieht sich auf das moderne Fliegen: Die Bernoulli-Gleichung ist die Grundlage für die Berechnung des Auftriebs von Flugzeug-Tragflächen.

Die Reynolds-Zahl (Formelzeichen: R e) ist eine nach dem Physiker Osborne Reynolds benannte dimensionslose Kennzahl. Sie wird in der Strömungslehre verwendet und kann als das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften verstanden werden (bzw. das Verhältnis von spezifischer Impulskonvektion zu Impulsdiffusion im System). Das Strömungsverhalten geometrisch ähnlicher Körper ist bei gleicher Reynolds-Zahl ähnlich. Diese Eigenschaft ermöglicht es realitätsnahe Versuche mit einem verkleinerten Modell im Wind- oder Wasserkanal durchzuführen

Eine harmonische Schwingung zeichnet sich durch eine lineare Rückstellgröße aus und kann durch eine sinusförmige Funktion beschrieben werden. Als Schwingungen, auch Oszillationen genannt, bezeichnet man allgemein zeitliche Schwankungen von Zustandsgrößen eines Systems. Ein schwingendes System, welches eine harmonische Schwingung ausführt, wird auch harmonischer Oszillator genannt.

Man unterscheidet verschiedene Arten von Schwingungen. Es gibt zum Beispiel periodische, nicht periodische, lineare, nichtlineare, gedämpfte oder ungedämpfte Schwingungen. Im Folgenden werden wir uns auf die Beschreibung harmonischer Schwingungen beschränken.

Eine harmonische Schwingung kann durch die folgenden zwei Bedingungen charakterisiert werden. Zum einen kann man die Bewegung eines schwingenden Körpers mit der Projektion einer Kreisbewegung beschreiben. Zum anderen ist eine harmonische Schwingung durch das lineare Kraftgesetz darstellbar. Dieses besagt, dass die rücktreibende Kraft auf einen schwingenden Körper proportional zur Auslenkung aus der Ruhelage und dieser entgegengesetzt ist.

Ein Oszillator (von lateinisch oscillare ‚schaukeln‘) ist ein schwingungsfähiges System. Dies bedeutet, dass es eine üblicherweise zeitliche Oszillation seiner Zustandsgrößen ermöglicht. Oszillation bedeutet, dass eine fortwährende Veränderung zwischen zwei Zuständen, oder um einen zentralen Punkt stattfindet, der meist der Ruhelage des Systems entspricht.

Wenn sich das Verhalten des Oszillators mit Differentialgleichungen beschreiben lässt, ist es mathematisch gesehen ein Dynamisches System. Ein solches System bezeichnet man dann als Oszillator, wenn es einen stabilen Grenzzyklus besitzt. Einen Zustand, bei dem ein Grenzzyklus erreicht ist, nennt man eingeschwungener Zustand. In einem solchen Zustand ist die Schwingung des Oszillators notwendigerweise periodisch. Schwingungen mechanischer oder elektrischer Systeme sind ohne zusätzliche Maßnahmen stets gedämpft. Das bedeutet, dass die Amplitude der Schwingung mit der Zeit abnimmt, wenn aktiv keine Energie von außen zugefügt wird. Ein Oszillator besitzt daher immer eine Einrichtung zur Zuführung von Energie. Dies kann beispielsweise durch mechanische Kraft, wie bei einem Uhrwerk, oder durch elektrische Spannung geschehen.

aperiodischer Fall, die Situation, daß die Dämpfung in einem schwingungsfähigen System so stark ist, daß keine Oszillationen auftreten können (überkritische Dämpfung). Beim Schwingfall hingegen ist die Dämpfung geringer, so daß sich Schwingungen ausbilden. Dazwischen liegt der aperiodische Grenzfall. Da die Amplitude des System mit der Zeit immer weiter abnimmt, spricht man auch von einer aperiodischen Kriechbewegung oder einer aperiodischer Bewegung.

Die Longitudinalwelle, auch Längswelle genannt, ist eine mechanische Welle. Sie schwingt parallel zu ihrer Ausbreitungsrichtung. Neben der Longitudinalwelle gibt es auch die Transversalwelle, die hingegen senkrecht schwingt. Die Wellenberge und -täler zeigen sich in Ausbreitungsrichtung. Dadurch kommt es an den Wellenbergen zur Verdichtung des Mediums und an Wellentälern zur Verdünnung des Mediums. Daher ist eine Longitudinalwelle eine Druckwelle. Ein Beispiel dafür ist eine Schallwelle. 

Anders als Transversalwellen können sich Longitudinalwellen auch innerhalb von Flüssigkeiten oder Gasen ausbreiten. Innerhalb eines Festkörpers sind die Longitudinalwellen sogar schneller als die Transversalwelle.

Transversalwellen sind Wellen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Neben den Transversalwellen gibt es auch Longitudinalwellen, welche parallel zur Ausbreitungsrichtung schwingen. Ein Beispiel für eine Transversalwelle ist ein Seil, welches an einer Seite zum Beispiel an einer Wand befestigt ist. Bewegst du das Seil an der losen Seite ruckartig nach oben und unten, erzeugst du eine Welle. Sie wandert somit entlang des Seils zum festen Ende.

Die Ausbreitungsrichtung ist daher entlang des Seils. Dagegen bezeichnest du die Bewegung durch die ruckartige Bewegung nach oben und unten als Schwingungsrichtung. Sie steht somit senkrecht zum Seil.

Aber nicht jede Welle schwingt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Eine Druckwelle zum Beispiel schwingt entlang der Ausbreitungsrichtung und ist daher keine Transversalwelle. Mechanische Wellen sind entweder transversal oder longitudinal. Transversal bedeutet, die Wellen schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Longitudinal dagegen bedeutet, sie schwingen parallel zur Ausbreitungsrichtung.

Als Interferenz wird das Phänomen bezeichnet, dass sich zwei oder mehrere Wellen nach dem sogenannten Superpositionsprinzip überlagern. Das bedeutet, dass sich ihre Amplituden addieren, wodurch sich die Wellen in bestimmten Bereichen verstärken oder abschwächen

Kompressibilität, Zusammendrückbarkeit, die Eigenschaft von Körpern, unter Einwirkung von Druckkräften ihr Volumen zu verringern. Die Kompressibilität nimmt mit steigendem Druck ab und mit steigender Temperatur zu. Größere Abweichungen ergeben sich erst bei Drücken über 109 Pa.