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Physik und Astronomie flexibel online lernen
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Aber worum geht es überhaupt in der Physik?
Die mächtigsten Kräfte der Natur erforschen
Die Physik untersucht die grundlegenden Phänomene in der (unbelebten) Natur. Sie behandelt Materie, Energie, Raum und Zeit.
Um Wechselbeziehungen zu ermitteln und allgemeine Gesetzmäßigkeiten abzuleiten, nutzt sie sowohl experimentelle Methoden als auch theoretische Modellbildung. Alltagsphänomene werden in der Physik mit Modellen erklärt.
Experimente und Theorie spielen zusammen
Die Experimentalphysik befasst sich dabei mit der Durchführung und Auswertung von Experimenten und hat zum Ziel, zuvor aufgestellte Hypothesen zu verifizieren oder zu wiederlegen. Damit ist sie eine empirische Wissenschaft, die aus Versuchen Gesetzmäßigkeiten ableitet.
Im Zusammenspiel mit der Experimentalphysik geht es in der Theoretischen Physik darum, die experimentellen Modelle mathematisch zu beschreiben und auf bekannte theoretische Grundlagen zurückzuführen. Neue Theorien werden dann wieder, soweit möglich, durch Experimente abgesichert.
Dieses Wechselspiel von Theorie und Experiment ermöglicht es, physikalische Phänomene einordnen und erklären zu können.
Klassische Mechanik als Grundlage
Innerhalb der Physik existieren zahlreiche Disziplinen. Grundlage vieler Fachrichtungen ist die Klassische Mechanik, nach ihrem Begründer auch Newtonsche Mechanik genannt, die Systeme mit massiven Körpern unter dem Einfluss von Kräften behandelt.
Die Kinematik beschreibt die Bewegung von Körpern rein geometrisch mit den Größen Zeit, Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Die Dynamik beschreibt dagegen die Wirkung von Kräften und lässt sich weiter unterteilen in Statik (Kräfte im Gleichgewicht ruhender Körper) und Kinetik, die sich mit der Änderung der Bewegungsgrößen Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung unter Einwirkung von Kräften im Raum befasst.
Die Hydromechanik behandelt bewegte Medien wie Luft und Wasser – interessant besonders für Biologen, die Stoffwechselvorgänge beschreiben möchten. Alle ingenieurwissenschaftlichen und viele naturwissenschaftliche Studiengänge vermitteln zu Beginn eine Grundlagenausbildung in klassischer Mechanik.
Weitere wichtige Physik-Disziplinen
In der Entwicklung der Physik kam zur klassischen Mechanik bald die Elektrodynamik (Elektrizitätslehre) als weiteres großes Fachgebiet hinzu, deren Theorie von James Clerk Maxwell mit den nach ihm benannten Gleichungen begründet wurde. Die Elektrodynamik befasst sich mit bewegten elektrischen Ladungen sowie mit magnetischen und elektrischen Feldern. Die Optik wird als ein Teilgebiet des Elektromagnetismus betrachtet, denn Licht kann als elektromagnetische Welle angesehen werden.
Ausgehend von den Dampfmaschinen hat sich die Thermodynamik (Wärmelehre) als natur- und ingenieurwissenschaftliche Disziplin entwickelt. Sie ist von großer Bedeutung in der Verfahrenstechnik (Stoffumwandlungstechnik), wo sie bei verschiedenen Prozessen die Möglichkeiten der Energieumwandlung sowie Verhalten und Eigenschaften der beteiligten Substanzen beschreibt.
Einstein erforschte Zeit und Raum
Als die klassische Physik bei bestimmten Phänomenen, etwa bei der Beschreibung des Lichts oder der Zusammensetzung der Materie, an ihre Grenzen gestoßen ist, wurden neue Hypothesen nötig.
Im 20. Jahrhundert wurde die Physik durch die von Albert Einstein entwickelte Relativitätstheorie und durch die Quantenphysik erneut maßgeblich erweitert. Spätestens hier – wenn der Raum gekrümmt ist und die Zeit relativ – werden die Grenzen der Alltagserfahrung des Menschen überschritten. Die Entdeckung neuer spannender Zusammenhänge ist hier bei weitem noch nicht abgeschlossen.
Faszination Astronomie: Sterne und Planeten
Eng verwandt mit der Physik ist die Astronomie, die Wissenschaft von den Gestirnen. Astronomie befasst sich unter anderem mit der Position, den Bewegungen und Eigenschaften von Himmelskörpern, mit interstellarer Materie und Strahlung aus dem Weltall.
Gerade die Astronomie erfreut sich auch unter Nicht-Wissenschaftlern in der Öffentlichkeit großer Beliebtheit. Der Weltraum – unendliche Weiten… Astronomie hat schon immer unsere Phantasie beflügelt. Der Blick auf einen klaren Sternenhimmel lässt unseren Alltag in einem größeren Zusammenhang erscheinen und hat seit jeher auch philosophische Gedanken angestoßen.
Fachgebiete der Astronomie beinhalten unter anderem die klassische Astronomie oder Himmelsbeobachtung, die Astrophysik und Astrometrie. Neben den beobachtenden Disziplinen entwickelt die theoretische Physik mathematische Modelle der Himmelskörper und astronomischen Phänomene. Und in der Kosmologie wird die Entwicklung des gesamten Universums seit dem Urknall betrachtet.
Physik im Alltag: ständig präsent
Die Physik betrifft unglaublich viele Phänomene, die im Alltag beobachtet werden können. Sei es der Rettungswagen, dessen Martinshorn sich beim Vorbeifahren im Ton verändert (Doppler-Effekt). Oder der Regenbogen, bei dem sich das Sonnenlicht am Regentropfen bricht (Dispersion), und jedes im Wasser schwimmende Objekt (Auftrieb).
Auch als Grundlage für viele weitere Wissenschaften wird die Physik gebraucht – letztlich basiert auch jede von Ingenieuren konstruierte Maschine auf physikalischen Effekten.
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