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Wucht und Drall
Ein zeitgemässer Selbstlernkurs zur Mechanik für Ingenieure, Naturwissenschaftler und Lehrer auf der Basis des Karlsruher Physikkurses
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Für diesen Kurs werden noch Sponsoren gesucht.
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Link zur Physik der dynamischen Systeme
Link zum SystemPhysik-Wiki
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Anleitung
Das Modul Mechanik setzt sich aus zwölf Teilmodulen zusammen, die nachfogend in je einem Block angeordnet sind. Die Teilmodule Wucht und Drall sollten Sie zuerst bearbeiten. Danach sind Sie ziemlich frei in der Auswahl der weiteren Themen.
Jedes Teilmodul besteht aus einem Theorie-, einem Frage- und einem Übungsteil. Sobald Sie den Therorieteil bearbeitet haben, können Sie die Fragen beantworten und die Übungen lösen. Notfalls folgen Sie dem Link zurück in den Theorieteil.
Im Laufe des Lernprozesses treffen Sie immer wieder auf ein systemdynamisches Modell. All diese Modelle können Sie auf Ihrem eigenen Computer laufen lassen und sogar selber modifizieren. Sie benötigen dazu nur die Demoversion von BerkeleyMadonna. Installieren Sie dieses Programm! Danach können Sie alle Modelle herunterladen und damit herumspielen. Sie werden erleben, wie einfach Thermodynamik sein kann.
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Wucht
Wucht oder Schwung sind aussagekräftige Umschreibungen der mengenartigen Grösse Impuls. Ein bewegte Körper kommt zur Ruhe, sobald er seinen Impuls restlos an die Erde abgegeben hat. Ohne Impuls könnte nicht einmal das Licht aus der Taschenlampe austreten.
Um den Impuls von der Erde in einen Körper zu pumpen, benötigt man Energie. Diese Energie wird beim Bremsen vom Impuls wieder freigegeben. Im Flüssigkeitsbild erscheint der Impuls als Wasser und die Geschwindigkeit als Füllhöhe. Wer dieses Bild wirklich begriffen hat, versteht schnell einmal mehr von Mechanik als der alte Isaac Newton.
In diesem Teilmodul lernen Sie die Gesetze der eindimensionalen Translations-Mechanik kennen.
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Drall
Die mengenartigen Grösse Drehimpuls ist unter dem Namen Drall bekannt. Drehimpuls wird von jedem rotierenden Körper gespeichert. Elementarteilchen lassen sich gar anhand ihres Drehimpulses in Bosonen und Fermionen unterteilt.
Um den Dreimpuls von der Erde in ein Schwungrad zu pumpen, benötigt man Energie. Diese Energie wird vom abfliessenden Drehimpuls wieder freigegeben. Drehimpuls verhält sich wie Wasser und die Winkelgeschwindigkeit wie eine Höhe. Wer diese Zusammenhänge wirklich begriffen hat, könnte sogar den alten Leonhard Euler beeindrucken.
In diesem Teilmodul lernen Sie die Gesetze der Rotation um eine Achse kennen.
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Transport
Impuls kann auf drei Arten transportiert werden: konvektiv, leitungsartig sowie feld- oder strahlungsartig. Alle drei Transportarten lassen sich lokal mit Hilfe einer Stromdichte beschreiben. Im Unterschied dazu ist der Transport des Drehimpulses lokal nicht nachweisbar; Drehimpulsströme können nur anhand der sie begleitenden Impulsströme nachgewiesen werden.
In der Mechanik der festen Körper erweist sich das Strom- und Quellenkonzept als sehr tragfähig. In dieser bildlichen Darstellung der Transportvorgänge fliessen Impuls und Drehimpuls durch einzelne Bauteile hindurch oder tauchen über Quelle unvermittelt im Innern der Bauteileile auf.
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