Physik
Physik (griechisch physike = Naturforschung und lateinisch physica = Naturlehre) bezeichnet ursprünglich die Wissenschaft von den Vorgängen in der unbelebten Natur.[1]
Die Physik beschäftigt sich grundsätzlich mit allen Vorgängen in der Welt und ihrer mathematischen Beschreibung, soweit keine stofflichen Veränderungen dabei stattfinden. Zunächst gab es es nur den Wunsch der Menschen, die Naturerscheinungen zu verstehen, dann die ersten Versuche allgemeine Gesetze zu finden und sich die Natur durch diese Erkenntnisse zunutze zu machen. In der Experimentalphysik werden Naturgesetze aufgrund von Beobachtung und Erfahrung aufgestellt, in der Theoretischen Physik durch Mathematik und Logik. Dabei ergänzen sich Experimental- und Theoretische Physik, indem die Experimentalphysik Hypothesen der Theoretischen Physik bestätigt und die Theoretische Physik auf Ergebnisse der Experimentalphysik zurückgreift. Physik war einst die umfassende Naturwissenschaft: Früher befasste sie sich mit allen Aspekten der belebten und unbelebten Natur, also mit der ganzen materiellen Welt. Später erst spalteten sich Chemie und Biologie als eigene Fächer von der Physik ab. Heute erklärt die Physik schwerpunktmäßig die Phänomene von Energie und Materie.[2]
Die wichtigsten Teilgebiete der Physik sind: Mechanik, Akustik, Thermodynamik, Elektrodynamik (Elektrizitätslehre und Magnetismus), Optik, Atom- und Kernphysik, Astronomie und Astrophysik, sowie Quantenphysik.[3]
Inhaltsverzeichnis
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1 Geschichte der Physik
Die Physik geht auf das Zeitalter der Antike zurück. Es stand besonders die Vorstellung eines Urstoffes im Vordergrund, wobei Wasser, Luft, Erde und Feuer als die vier Grundelemente galten. Verbunden mit den ersten physikalischen Erkenntnissen sind die Namen Aristoteles, Archimedes, Euklid, Thales von Milet und Ptolemäus. In der Renaissance entwickelte Nikolaus Kopernikus das Heliozentrische Weltbild. Im 17. Jahrhundert erforschte Galileo Galilei die Gesetze von Fall und Wurf. Isaac Newton und Christiaan Huygens stellten ihre Auffassungen über das Phänomen des Lichtes vor. Wobei Newton eine riesige wissenschaftliche Leistung durch seine Erkenntnis von Statik, Dynamik und Gravitationsgesetz vollbrachte. Die Wärmelehre wurde formuliert von D. G. Fahrenheit und A. Celsius. Die Elektrizitätslehre war Forschungsgegenstand von C. A. Coulomb. Sie wurde dann besonders von A. Volta, H. C. Oerstedt, A. M. Ampere und Michael Faraday weiter ausgebaut. Neue Entdeckungen führten zur Wellentheorie des Lichtes, u.a. durch A. Fresnel. Dann stellte J. Maxwell die Theorie des elektromagnetischen Feldes auf. Die Gasgesetze wurden besonders von Ludwig Boltzmann erforscht. Um die Jahrhundertwende (1900) stellte Max Planck seine Quantenhypothese auf. Den Nobelpreis in Physik 1905 erhielt der Physiker Philipp Lenard für seine Untersuchung von Kathodenstrahlen. Den Nobelpreis für Physik 1919 erhielt der deutsche Physiker Johannes Stark für seine Arbeiten zur Aufspaltung von Spektrallinien in einem elektrischen Feld.
Der Einstieg in die Mikrophysik wurde besonders durch die Entdeckung der Röntgenstrahlen durch Wilhelm Conrad Röntgen und der Radioaktivität durch Henri Becquerel, Pierre und Marie Curie sowie Ernest Rutherford geebnet. Niels Bohr entwickelte 1913 sein Atommodell, während Louis de Broglie, Werner Heisenberg u.a. die Quantenmechanik entwickelten. Albert Einstein legte mit seinem Werk "Elektrodynamik bewegter Körper" den wissenschaftlichen Grundstein seiner Relativitätstheorie.[4]
Ab 1930 fand eine rasche Weiterentwicklung der Atom- und Kernphysik statt, wobei Otto Hahn besonders die Spaltung von Urankernen und schließlich die Gewinnung der Kernenergie erforschte. In den letzten Jahrzehnten kam es zu riesigen Fortschritten in der Elementarteilchenphysik innerhalb von Großforschungsanlagen wie dem CERN in Genf.
2 Teilgebiete der Physik
Im Laufe der Geschichte haben sich verschiedene Teilgebiete der Physik entwickelt, die teilweise nicht mehr zu der herkömmlichen Einteilung passen, da es inzwischen Überschneidungen zwischen den verschiedenen Fachgebieten gibt. Einige Fachgebiete werden heute den Ingenieurwissenschaften zugerechnet.
2.1 Mechanik
Die Mechanik beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften (Wechselwirkungen).[5] Dabei wird die Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte bei ruhender Materie als Statik bezeichnet. Die Lehre von den Bewegungsänderungen, z.B. Beschleunigung, unter dem Einfluss von Kräften heißt Dynamik und die mathematisch-geometrische Beschreibung von Bewegungen ohne Berücksichtigung von Massen und Kräften ist die Kinematik. Die Mechanik deformierbarer Körper gliedert sich nach den Aggregatzuständen in Festigkeitslehre, Elastizitätslehre, Hydromechanik (Dynamik von Flüssigkeiten) und Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
2.2 Thermodynamik
Die Thermodynamik behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen.
2.3 Elektrodynamik
Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene.
2.4 Optik
Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und dessen Beeinflussung durch Materie, z.B. Brechung und Streuung. Eine praktische Anwendung besteht bei Vergößerungslinsen, die für Mikroskope und Fernrohre eingesetzt werden. Im Rahmen der Relativitätstheorie befasst sich die Optik auch mit der Ablenkung von Lichtstrahlen durch die Gravitation.
2.5 Akustik
Bei der Akustik geht es um die Eigenschaften und das Verhalten von Schallwellen bei der Ausbreitung in verschiedenen Medien wie Luft, Wasser und festen Stoffen.
2.6 Atom- und Kernphysik
Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomenen, die Kernstruktur und Kernreaktionen. Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome und Moleküle. Sie stellt einen Übergang zur Chemie dar und geht in die physikalische Chemie über.[5]
2.7 Quantenphysik
Die Quantenphysik, oft auch Elementarteilchenphysik genannt, ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen der Materie und ihrem Verhalten. Die Quantenmechanik beschreibt ursprünglich die Phänomene innerhalb der Quantenphysik, die vor der Entwicklung der Relativitätstheorie beobachtet wurden.
3 Systematik
Aufgrund der Entwicklung der Wissenschaft haben sich unterschiedliche Einteilungen entwickelt. Ein verhältnismäßig neues Fachgebiet ist die Theoretische Physik. Die folgende Einteilung hat mehr historische Gründe.
3.1 Klassische Physik
Auf den irdischen und alltäglichen Erfahrungen sowie auf Experimenten, die für die meisten Menschen nachvollziehbar sind, baut die klassische Physik auf. Dazu gehören Mechanik, Optik, Elektrizitätslehre (als Teil der Elektrodynamik) und Wärmelehre (als Teil der Thermodynamik). In der Geschichte der Physik und in der Praxis hat sie nach wie vor eine große Bedeutung.
3.2 Moderne Physik
Die Relativitätstheorie ist heute die international wissenschaftlich anerkannte Grundlage der Astrophysik und der Atomphysik. Sie hatte Anfang des 20. Jahrhunderts zu einem grundsätzlichen Streit der Meinungen geführt, da sie die Existenz eines ruhenden Mediums, genannt Äther, ablehnt und die Lichtgeschwindigkeit als konstant postuliert. Die Theorie wurde von Albert Einstein unter anderem auf der Grundlage von Erkenntnissen Max Plancks entwickelt.
4 Siehe auch
5 Literatur
- Richard Feynman, Robert Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik. Oldenbourg 1999, ISBN 3-486-25857-5
- Ch. Gerthsen, D. Meschede: Gerthsen Physik. 23. Auflage. Springer-Verlag, 2006, ISBN 3-540-25421-8
- Richard Mestwerdt, Werner Schulte: Grundstock des Wissens Physik. ECO, 2000, ISBN 3-934519-50-4
- Paul A. Tipler, Gene Mosca: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure. 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 2004, ISBN 3-8274-1164-5
- Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Thomas Dorfmüller, Wilhelm T. Hering, Klaus Stierstadt: Lehrbuch der Experimentalphysik. 11. Auflage. de Gruyter, 1998, ISBN 3-11-012870-5
- W. Demtröder: Experimentalphysik. 4. Auflage. Springer, 2005, ISBN 3-540-26034-X
6 Weblinks
Commons: Physik – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien- Webseiten der Joachim Herz Stiftung
- Webseiten vom Verlag Wiley-VCH GmbH
- Physik Online lernen
- Physiklexikon der MetaMind GmbH
- Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt
- Motion Mountain – Freies Lehrbuch der Physik
7 Einzelnachweise
- ↑ Physik - krref.krefeld.schulen.net
- ↑ Definition Physik - uni-muenster.de
- ↑ Teilgebiete Physik - wissen.de
- ↑ Zur Elektrodynamik bewegter Körper
- ↑ 5,0 5,1 Physik im Flexikon
8 Andere Lexika
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