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PHIT Formeln 0 PrΓΌfungsvorbereitung Berkeley-Madonna 𝑑 𝑑𝑓

Analogie Ableitung/Integation (vgl. ∫0 𝑒 𝑑𝑑 𝑑𝑑 = 𝑓(𝑑𝑒 ) βˆ’ 𝑓(0)): 𝑑/𝑑𝑓 fliess in den Topf; ∫ fliess aus dem Topf In-Flow und Out-Flow

Federn 0 0 βƒ—βƒ— = ( 0 ) = ( 0 𝐹 ) 𝑓(𝑧) βˆ’π‘˜(𝑧 βˆ’ 𝑙0 ) Energie einer Feder ist eine Parabel mit Minimum bei π‘₯ = 𝑙0; 𝐸𝐹 β‰ˆ 𝐸0 + π‘˜ β‹… βƒ—βƒ— | = |𝐹

(π‘§βˆ’π‘™0 )2 2

πœ• 𝐸 = βˆ’π‘˜(𝑧 βˆ’ 𝑙0 ) πœ•π‘§ 𝐹

𝑑2𝑧 π‘˜ π‘˜ = βˆ’ 𝑧 β‡’ 𝑧(𝑑) = 𝐴cos(πœ”π‘‘ βˆ’ πœ™), πœ” = √ 2 𝑑𝑑 π‘š π‘š

They see me rollin' ⃗𝑖=𝑣 𝑣 ⃗𝑆+πœ” βƒ—βƒ— Γ— π‘Ÿβƒ—π‘†π‘– Ein Rad roll waagrecht mit fixem Punkt 𝑖 (auf dem Boden), Radius π‘Ÿ, Winkelgeschwindigkeit πœ”; Winkel ist πœ™(𝑑) = πœ”π‘‘ 0 βˆ’πœ” 0 ⃗𝑣𝑠 = (𝑣𝑠 ) , πœ” βƒ—βƒ— = ( 0 ) , π‘Ÿβƒ—π‘†π‘– = (βˆ’π‘Ÿ β‹… sin(πœ”π‘‘)) 0 βˆ’π‘Ÿcos(πœ”π‘‘) 0 0 0 βˆ’πœ” 0 0 ⃗𝑖=𝑣 𝑣 ⃗𝑆+πœ” βƒ—βƒ— Γ— βƒ—π‘Ÿπ‘†π‘– = (𝑣𝑠 ) + ( 0 ) Γ— (βˆ’π‘Ÿ β‹… sin(πœ”π‘‘)) = (𝑣𝑠 ) + (βˆ’πœ”π‘Ÿcos(πœ”π‘‘)) 0 βˆ’π‘Ÿcos(πœ”π‘‘) πœ”π‘Ÿsin(πœ”π‘‘) 0 0 Allgemeine Rollbedingung BerΓΌhrungspunkt mit Boden (hier initial 𝑖) muss Geschwindigkeit 0 haben: 𝑣𝑠 βˆ’ πœ”π‘Ÿ = 0.

Wie gross muss die Geschwindigkeit des Schwerpunktes des Objekts sein, dass die Winkelgeschwindigkeit "passt" (allg. Rollbedingung)? Schwerpunkt 𝑠, eine volle Rotation entspricht π›₯π‘₯ 𝑣 = πœ”π‘Ÿ β‡’ π›₯π‘₯ = 𝑣𝑠 π›₯𝑑 = πœ”π‘Ÿπ›₯𝑑 Konvention Zeigt der Vektor zum Betrachter, so rollt es im Gegen-UZS.

1 Kinematik Kreisbewegung π‘Ÿcos(πœ”π‘‘) π‘Ÿβƒ— (𝑑) = ( ) , | π‘Ÿβƒ— (𝑑)| = π‘Ÿ π‘Ÿsin(πœ”π‘‘) βƒ— (𝑑) = ( 𝑣

βˆ’π‘Ÿπœ”sin(πœ”π‘‘) ),|𝑣 βƒ— (𝑑)| = π‘Ÿπœ” π‘Ÿπœ”cos(πœ”π‘‘)

βˆ’π‘Ÿπœ”2 cos(πœ”π‘‘) βƒ— (𝑑) = ( π‘Ž ),|π‘Ž βƒ— (𝑑)| = π‘Ÿπœ”2 βˆ’π‘Ÿπœ”2 sin(πœ”π‘‘)

Wurf Kraft auf Masse ist (0,0, π‘šπ‘”), somit π‘Ÿπ‘₯,0 + 𝑣π‘₯,0 𝑑 𝑣π‘₯,0 0 π‘Ÿπ‘¦,0 + 𝑣𝑦,0 𝑑 βƒ— = (0) , 𝑣 π‘Ž βƒ— (𝑑) = ( 𝑣𝑦,0 ) , π‘Ÿβƒ— (𝑑) = ( ) 𝑑2 𝑣𝑧,0 βˆ’ 𝑔𝑑 𝑔 π‘Ÿπ‘§,0 + 𝑣𝑧,0 𝑑 βˆ’ 𝑔 2 β€’

Vertikaler Wurf: 𝑣π‘₯,0 = 𝑣𝑦,0 = 0, 𝑣𝑧,0 β‰  0

β€’

Wurd vom Dach eines Hauses der HΓΆhe β„Ž: π‘Ÿπ‘§,0 = β„Ž; Approximation 𝑑 β‰ˆ √2β„Ž/𝑔

β€’

Schiefer Wurf in π‘₯-Richtung: 𝑣π‘₯,0 β‰  0, 𝑣𝑦,0 = 0, 𝑣𝑧,0 β‰  0

im Slidedeck: Tabelle fΓΌr konstante Beschleunigung

2 Mechanik βƒ—βƒ— = π‘š π‘Ž 𝐹 βƒ— mit 𝑑 π‘Ÿβƒ— /𝑑𝑑 = 𝑣 βƒ— , 𝑑 2 π‘Ÿβƒ— /𝑑𝑑 2 = π‘Ž βƒ—

Federn π‘š β‹… π‘Ž(𝑑) = πΉπ‘ π‘π‘Ÿπ‘–π‘›π‘” , π‘š β‹… π‘₯̈ (𝑑) = βˆ’π‘˜(π‘₯(𝑑) βˆ’ π‘₯π‘…π‘’β„Žπ‘’ ) ungedΓ€mpft:π‘š β‹… π‘₯̈ (𝑑) = βˆ’π‘˜ β‹… π‘₯(𝑑), gedΓ€mpft π‘š β‹… π‘₯̈ (𝑑) = βˆ’π‘˜(π‘₯(𝑑) βˆ’ π‘₯π‘…π‘’β„Žπ‘’ ) βˆ’ 𝛾 π‘₯Μ‡ im Slidedeck: Ballistik

3 Impuls und Energie βƒ— = π‘šπ‘£ 𝑝 βƒ—

Energie π‘˜π‘”π‘š2 [𝐽] = [ 2 ] 𝑠 βƒ—βƒ—βƒ—βƒ— π‘Ÿ2

βƒ— β‹… 𝑑 π‘Ÿβƒ— πΈπ‘šπ‘’π‘β„Ž = ∫ 𝐹 βƒ—βƒ—βƒ—βƒ— π‘Ÿ1

πΈπ‘˜π‘–π‘› = π‘š

𝑣2 2

πΈπΉπ‘’π‘‘π‘’π‘Ÿ =

π‘˜(π‘₯ βˆ’ 𝐿)2 2

Kugel fΓ€llt von HΓΆhe 𝐻: πΈπ‘π‘œπ‘‘ = π‘šπ‘”β„Ž(𝑑), πΈπ‘π‘œπ‘‘ (0) + πΈπ‘˜π‘–π‘› (0) = π‘šπ‘”π» ⇔ 𝑣(𝑑) = √2𝑔 (𝐻 βˆ’ β„Ž(𝑑)) im Slidedeck: Absprengung kleiner Masse von grosser Masse, Kollision zweier Massen

4 Ausgedehnte KΓΆrper πΈπ‘Ÿπ‘œπ‘‘

πœ”2 =𝐽 2

Geschwindigkeit von Punkt 𝑖 in einem starren KΓΆrper: 𝑣 ⃗𝑖=𝑣 ⃗𝑆+𝑣 βƒ— 𝑆𝑖 = 𝑣 ⃗𝑆+πœ” βƒ—βƒ— Γ— π‘Ÿβƒ—π‘†π‘– βƒ— = (π‘Ÿβƒ— βˆ’ 𝑅 βƒ— ) Γ— (π‘š 𝑣 βƒ—βƒ— ) Γ— 𝑝 Drehimpuls: 𝐿 βƒ— ) = (π‘Ÿβƒ— βˆ’ 𝑅 βƒ— im Slidedeck: rollende KΓΆrper, Hebelgesetz, Leitern an der Wand

5 Potentiale, Leistung βˆ‘πΈ = π‘π‘œπ‘›π‘ π‘‘. βƒ—βƒ— β‹… π›₯ π‘Ÿβƒ—, im Gravitationsfeld von 𝐴 nach 𝐡: π‘Š = π‘šπ‘”β„Žπ΅ βˆ’ π‘šπ‘”β„Žπ΄ π›₯π‘Š = 𝐹 βƒ— | β‹… cos(𝛼) βƒ— β‹… ⃗𝑏 = |π‘Ž π‘Ž βƒ— | β‹… |𝑏

Anziehung, Gravitation ⃗𝐹 βƒ— 12 = ⃗𝐹 βƒ— 𝐺 = βˆ’π›Ύ β‹… πΈπ‘π‘œπ‘‘ = βˆ’

𝑀1 𝑀2 π‘π‘š2 π‘Ÿβƒ—12 βˆ’11 β‹… βƒ— 𝑛 , 𝛾 = 6.67 β‹… 10 [ ],𝑛 βƒ— 12 = 12 2 2 |π‘Ÿβƒ—12 | |π‘Ÿβƒ—12 | π‘˜π‘”

π›Ύπ‘šπ‘€ π‘Ÿπ‘šπ‘€ 𝛾𝑀

Gravitationspotential = Energie pro Masse: πœ™(π‘Ÿ) = π‘Ÿ

π‘šπ‘€

Leistung Leistung = Energie pro Zeit Gebiet Stoffmenge Potential Energie ElektrizitΓ€t Ladung 𝑄 Spannung π‘ˆ 𝐸 = π‘ˆπ‘„ Hydraulik Volumen 𝑉 Gravitation Masse π‘š

Druck 𝑝 π‘”β„Ž

Leistung 𝑃 = π‘ˆπΌπ‘„

𝐸 = 𝑝𝑉 𝑃 = π›₯𝑝𝐼𝑉 𝐸 = π‘šπ‘”β„Ž 𝑃 = 𝑔π›₯β„ŽπΌπ‘š

im Slidedeck: Satellitenabschuss, schwarze LΓΆcher

6 Elektrische Felder βƒ—βƒ— 12 = 1 𝐹 4πœ‹πœ–

𝑄1 𝑄2 0

βƒ— 12 |2 |π‘Ÿ

𝐢2 10βˆ’12 [π½π‘š];

βƒ— π‘Ÿ

βƒ— 12 ist die Kraft auf 𝑄1 verursacht durch 𝑄2 , 𝑛 𝑛 βƒ— 12 = |π‘Ÿβƒ—12 | , πœ–0 = 8.859 β‹… 12

fΓΌr mehrere Ladungen: aufsummieren.

⃗𝐹 βƒ— = π‘ž ⃗𝐸 βƒ— 1

βƒ—βƒ— (π‘Ÿ) = 𝐹 βƒ— 12 = Kugel: 𝐸 4πœ‹πœ–

π‘ž 0

βƒ— |2 |π‘Ÿ

βƒ—βƒ— (π‘Ÿ) = 𝐹 βƒ—βƒ— 12 = βƒ— Zylinder: 𝐸 𝑛 2πœ‹πœ–

πœ† βƒ— βŠ₯| 0 |π‘Ÿ

βƒ— βŠ₯ , Ladungsdichte πœ† (dΓΌnner 𝑛

𝜎 Zylinder = Draht) Platte: ⃗𝐸 (π‘Ÿ) = ⃗𝐹12 = 2πœ– 𝑛 βƒ— , FlΓ€chenladungsdichte 𝜎 0

βƒ— π‘Ÿ

βƒ— π‘Ÿ

βƒ— 𝑑 𝑠⃗ πΈπ‘π‘œπ‘‘ (π‘Ÿβƒ—) = βˆ’ ∫ 𝑄 ⃗𝐸 𝑑 𝑠⃗ , πœ™π‘’π‘™ = βˆ’ ∫ ⃗𝐸 ∞

Spannung π‘ˆ = πœ™(π‘Ÿβƒ—1 ) βˆ’ πœ™(π‘Ÿβƒ—2 ) βƒ— (π‘Ÿβƒ—) βˆ’π›»πΈπ‘π‘œπ‘‘ (π‘Ÿβƒ—) = ⃗𝐹

∞

βƒ— (π‘Ÿβƒ—) βˆ’π›»πœ™(π‘Ÿβƒ—) = ⃗𝐸 π΄πœ–

Kondensator - KapazitΓ€t πΆπ‘ˆ = 𝑄 ⇔ 𝐢 = 𝐿 0 ,Energie 𝐸𝑒𝑙 = FlΓ€che 𝐴, Abstand 𝐿, Volumen 𝑉; fΓΌr 2 Platten ist 𝑄2 = βˆ’π‘„1

πΆπ‘ˆ 2 2

, πΈπ‘π‘œπ‘‘ =

π΄πœ–0 𝐿2 𝐸 2 𝐿

2

=𝑉

𝐸 2 πœ–0 2

, mit

7 RC-Systeme Spannung π‘ˆ = Potentialdifferenz; Strom 𝐼 = Γ„nderungsrate der Ladung 𝑄, sprich 𝐼 =

𝑑𝑄 𝑑𝑑

Potentielle Energie 𝐸, Leistung 𝑃 𝐸 = πœ™π‘„ = π‘ˆπ‘„ 𝑑𝐸

𝑑𝑄

falls Spannung π‘π‘œπ‘›π‘ π‘‘.: 𝑑𝑑 = 𝑑𝑑𝑑(π‘ˆπ‘„) = π‘ˆ 𝑑𝑑 = π‘ˆπΌ = 𝑃 ⇔ 𝑃 = π‘ˆπΌ Knotenregel: βˆ‘πΌ = 0; basiert auf Ladungserhaltung, gilt immer Maschen-/Schlaufenregel: βˆ‘π‘ˆ = 0; basiert auf Energieerhaltung, gilt nur falls keine, zeitlich verΓ€nderlichen Γ€ussere Felder auftreten π‘ˆ = 𝑅𝐼 Kondensator: Bilanzgleichung der Ladung in der Platte, zu der der Strom hinfΓΌhrt:

𝑑𝑄 𝑑𝑑

=𝐼

Widerstand π‘ˆπ‘… Kondensator π‘ˆπΆ Spule π‘ˆπΏ 𝑑𝑙 π‘ˆπ‘… = 𝐼𝑅 π‘ˆπΆ = 𝑄/𝐢 π‘ˆπΏ = 𝐿 𝑑𝑑 Batterien: π‘ˆ = π‘ˆ0 βˆ’ 𝐼𝑅𝐼 mit Klemmemspannung π‘ˆ0 und Verbraucswiderstand 𝑅; Strom π‘ˆ0 folgt mit Leerlaufspannung und Widerstand 𝑅 + Maschenregel: 𝐼 = 𝑅 +𝑅 𝐼

8 Induktion βƒ—βƒ— -Felder gehen vom Nordpol zum SΓΌdpol 𝐡 βƒ—βƒ—βƒ— βƒ—βƒ— 𝐹𝐿 = 𝑄 𝑣 βƒ— ×𝐡 Zyklotonradius π‘Ÿ =

π‘šπ‘£ π‘žπ΅

βƒ—βƒ— π‘§π‘’π‘›π‘‘π‘Ÿπ‘–π‘“π‘’π‘”π‘Žπ‘™ | = |𝐹 ⃗⃗⃗𝐿 | mit |𝐹

βƒ—βƒ— π‘’π‘™π‘šπ‘Žπ‘” = 𝑄(𝐸 βƒ— +𝑣 βƒ—βƒ— ) 𝐹 βƒ— ×𝐡 rechtshΓ€ndiges Koordinatensystem: Daumen = technische Stromrichtung, Zeigfinger βƒ—βƒ— (N-S), Mittelfinger Richtung der Lorenzkraft 𝐹 ⃗𝐿 Richtung des Magnetfeldes 𝐡 Wechselstromerzeugung mit gleichfΓΆrmig drehender Schlaufe: π‘ˆ(𝑑) = π‘ˆ0 sin(πœ”π‘‘ + πœ™0 ) Spule ist (fast) eine Menge vieler Kreisschlaufen mit addierenden Feldern

βƒ—βƒ— = ∫ βƒ—βƒ— , 𝑑 𝐡 βƒ—βƒ— = Magnetfeldes eines Leiters ist 𝐡 𝑑𝐡 π‘€π‘–π‘Ÿπ‘’

βƒ— πœ‡0 πΌπ‘‘π‘™Γ—π‘Ÿ βƒ— |3 4πœ‹|π‘Ÿ

𝑉𝑠

mit πœ‡0 = 4πœ‹ β‹… 10βˆ’7 [π΄π‘š]

0 π‘₯ βƒ—βƒ— = (βˆ’ πœ‡0 𝐼 ) FΓΌr einen geraden Draht mit π‘Ÿβƒ— = ( 0 ) ist 𝐡 2πœ‹π‘ŸβŠ₯ π‘ŸβŠ₯ 0 𝑁

PermeabilitΓ€t: 𝐡 = πœ‡π‘Ÿ πœ‡0 𝐿 𝐼 mit 𝑁 Windungen, Strom 𝐼, LΓ€nge 𝐿, PermeabilitΓ€tszahl der Spule πœ‡π‘Ÿ (Fe: 5000, Luft, Wasser: 1) βƒ— ||𝐡 βƒ—βƒ— |cos(πœƒ) Fluss eines Feldes durch FlΓ€che: 𝛷 = |𝐴 βƒ—βƒ—

βƒ—βƒ—

𝑑 𝑑𝐴 βƒ— + 𝑑𝐡 β‹… ⃗𝐴) mit FlΓ€che 𝐴, Farrady'sches Induktionsgesetzt: π‘ˆπ‘–π‘›π‘‘ = βˆ’ 𝑑𝑑 𝛷 = β‹― = βˆ’ ( 𝑑𝑑 β‹… ⃗𝐡 𝑑𝑑 Schlaufe 𝑆 𝑑 βƒ— ||𝐡 βƒ—βƒ— |cos(πœ”π‘‘) = FΓΌr konstant drehende FlΓ€che πœ™(𝑑) = πœ”π‘‘ und ⃗𝐴 (𝑑) gilt π‘ˆπ‘–π‘›π‘‘ (𝑑) = βˆ’ 𝑑𝑑 |𝐴 βƒ— π΄π΅πœ”sin(πœ”π‘‘) mit FlΓ€che der Schlaufe 𝐴 und 𝐡 als StΓ€rke des Magnetfeldes ⃗𝐡

Wechselspannung π‘ˆπ‘–π‘›π‘‘ mit Amplitude π‘ˆ0 und Frequenz 𝜈[𝐻𝑧], Kreisfrequenz πœ”: π‘ˆ0 = βƒ— ||𝐡 βƒ—βƒ— |, 𝜈 = πœ” , π‘ˆπ‘–π‘›π‘‘ (𝑑) = π‘ˆ0 sin(2πœ‹πœˆπ‘‘) πœ”|𝐴 2πœ‹ 𝑇 = 𝜈 βˆ’1 =

2πœ‹ πœ”

, 𝑓(𝑑) = 𝐴sin(2πœ‹πœˆπ‘‘) = 𝐴sin(πœ”π‘‘)

Einfaches Senden + Empfange: 1. Erzeugen periodischer Driverspannung π‘ˆπ‘‘ π‘Ÿπ‘–π‘£π‘’, 2. Faraday βƒ— , 3. \vec{B} erzeugt Spannung π‘ˆπ‘Ÿπ‘’π‘π‘’π‘–π‘£ in Receiverschlaufe erzeugt daraus ⃗𝐡 βƒ— βƒ— = πœ‡0 πΌπ‘‘πΌΓ—π‘Ÿ Lenz'sche Regel - Magnetfeld eines Ringstroms 𝑑 ⃗𝐡 βƒ— ]3 4πœ‹|π‘Ÿ

im Slidedeck: Perpetuum Mobile, Railun, Coilgun, Wirbelstrombremse

9 Wechselstrom Impedanz π‘ˆπ‘π‘’π‘›π‘› =

π‘ˆ0 √2

FΓΌr vergleichbaren Gleichstrom π‘ˆπΊ (der ja nicht sin(𝑑) abhΓ€ngig ist), gilt π‘ˆ0 = √2π‘ˆπΊ (FΓΌr Schweiz: π‘ˆπ‘π‘’π‘›π‘› = 230𝑉, π‘ˆ0 = 325𝑉) RC-Schaltkreis und Wechselspannung: fΓΌhrt zu WechselstrΓΆmen; Spannung ΓΌber den einzelnen Komponenten fΓ€llt frequenzabhΓ€ngig ab 𝑑 βƒ— ||𝐡 βƒ—βƒ— |cos(πœ”π‘‘) = π΄π΅πœ”sin(πœ”π‘‘) Faraday fΓΌr Schlaufen: π‘ˆπ‘–π‘›π‘‘ (𝑑) = βˆ’ 𝑑𝑑 |𝐴 𝑑 βƒ— ||𝐡 βƒ—βƒ— |cos(πœ”π‘‘) = π‘π΄π΅πœ”sin(πœ”π‘‘) Faraday fΓΌr Spule: π‘ˆπ‘–π‘›π‘‘ (𝑑) = βˆ’π‘ 𝑑𝑑 |𝐴

βƒ—βƒ— und Anzahl Windungen 𝑁 mit FlΓ€che der Schlaufe 𝐴 und 𝐡 als StΓ€rke des Magnetfeldes 𝐡

π‘ˆ1

𝑁1

𝐼2

Transformator mit Eisenkern und zwei Spulen: π‘ˆ2 = 𝑁2 = 𝐼1 𝑑𝐼

Spannungsabfall ΓΌber Spule π‘ˆπΏ = 𝐿 𝑑𝑑 πœ‡π‘ 2 𝐴

Elektrische InduktivitΓ€t 𝐿 = β„“ [Henry] mit SpulenlΓ€nge (nicht DrahtlΓ€nge) β„“, 𝑁 Windungen, QuerschnittsflΓ€che 𝐴 und PermeabilitΓ€t πœ‡ = πœ‡π‘Ÿ πœ‡0 Dynamik von Schaltungen: β€’

RC: StrΓΆme durch 𝑑𝑄/𝑑𝑑 ersetzen

β€’

LRC: Ladungen und StrΓΆme verwenden

Periode in LC: 𝑇 = 2πœ‹βˆšπΏπΆ im Slidedeck: Low-/High-Pass Filter, Schaltungen mit induktiven Elementen, Henry, Schwingkreis, Impedanz, Drehstrom

10 Schwingungen Resonanz Lineare Feder (= Kraft linear proportional zur Ausdehnung) mit Federkonstante π‘˜[N/m], π‘Ÿ GleichgewichtslΓ€nge 𝐿 (bei dieser LΓ€nge wirken keine KrΓ€fte): ⃗𝐹 = βˆ’π‘˜(|π‘Ÿβƒ—| βˆ’ 𝐿) |π‘Ÿβƒ—|; mit nur einer Koordinate: 𝐹 = βˆ’π‘˜(π‘Ÿ βˆ’ 𝐿) Masselose, hΓ€ngende Feder: 𝐹𝐹 = βˆ’π‘˜(𝑧 βˆ’ 𝐿0 ) Mit Masse: 𝐹 = 𝐹𝐹 + 𝐹𝐺 = βˆ’π‘˜(𝑧 βˆ’ 𝐿1 ), 𝐿1 = 𝐿0 +

π‘šπ‘” π‘˜

FΓΌr Usprung = Gleichgewichtslage gilt: 𝐹 = βˆ’π‘˜π‘§β€² Dynamik: 𝑧(𝑑) = 𝑧0 cos(πœ”π‘‘) + πœ”=

𝑣0

π‘˜

sin(πœ”π‘‘) = 𝐴cos(πœ”π‘‘ βˆ’ πœ™), πœ” = βˆšπ‘š πœ”

2πœ‹ , 𝜈 = 𝑇 βˆ’1 𝑑

π‘š 2 2 π‘˜ π‘˜ 𝐴 πœ” sin(πœ”π‘‘ βˆ’ πœ™)2 , πΈπ‘π‘œπ‘‘,πΉπ‘’π‘‘π‘’π‘Ÿ = 𝑧 2 , πΈπ‘π‘œπ‘‘,π‘†π‘β„Žπ‘€π‘–π‘›π‘”π‘’π‘›π‘” = 𝐴2 cos(πœ”π‘‘ βˆ’ πœ™)2 , πΈπ‘‘π‘œπ‘‘ 2 2 2 π‘˜π΄2 πœ”2 𝐴2 = =π‘š 2 2 πΈπ‘˜π‘–π‘› =

Hydrodynamische Reibung / DΓ€mpfung durch Stokes-Reibung: π‘š 𝛾

π‘˜

𝑑2 𝑧(𝑑) 𝑑𝑑 2

= βˆ’π‘˜π‘§ βˆ’ 𝛾𝑣𝑧 , 𝛿 =

𝛾2

, πœ” = βˆšπ‘š βˆ’ 4π‘š2 2π‘š Resonanz (Schwingung durch Γ€ussere Anregung, 𝐹𝑒π‘₯𝑑 ): π‘š π‘₯̈ (𝑑) = βˆ’π‘˜(π‘₯ βˆ’ π‘₯π‘…π‘’β„Žπ‘’ ) βˆ’ 𝛾 π‘₯Μ‡ + 𝐹0 sin(𝛺𝑑) (AuflΓΆsungen nach π‘₯ und Amplitude im Slidedeck)

im Slidedeck: AnnΓ€herung von Potentialen durch Schwingungen

11 Elektromagnetische Wellen im Vakuum 𝑇 in Kelvin!! Ausbreitungsgeschwindigkeit 𝑐 =

πœ” π‘˜

= πœ†πœˆ

Eine beschleunigte Ladung strahlt Energie ab. Planck: 𝐼(𝜈, 𝑑) =

2β„Žπœ‹πœˆ 3

1

𝑐2

β„Žπœˆ 𝑒 π‘˜π΅ 𝑇 βˆ’1

, 𝐼(πœ†, 𝑑) =

2β„Žπœ‹π‘ 2

1

πœ†5

β„Žπ‘ 𝑒 πœ†π‘˜π΅ 𝑇 βˆ’1

𝑏

Wien'sches Verschiebungsgesetz: πœ†π‘šπ‘Žπ‘₯ = 𝑇 β„Ž = 6.626 β‹… 10βˆ’34 [Js] 𝑏 = 2.8978 [mm K] Stefan-Boltzmann: 𝑃 = πœŽπ΄π‘‡ 4 𝜎 = 5.67 β‹… 10βˆ’8 [W / m^2 K^4] 4 Energetische Strahlungsbilanz: 𝐼𝐸 = 𝜎𝐴(𝑇𝐾4 βˆ’ 𝑇𝑒𝑛𝑣 )

im Slidedeck: Maxwell-Gleichungen, Dipolantenne, Fourierreihen, schwarze Strahler, Planetentemperatur

12 Thermische Strahlung, Elektromagnetische Wellen in Materie Nanomaschinen benΓΆtigen keine KΓΌhlung π‘₯

Lichtabsorption: 𝐼𝐿 (π‘₯) = 𝐼𝐿,0 𝑒 βˆ’πœ†

im Slidedeck: Lambert-Strahler, TreibhΓ€user/Treibhauseffekt