Physik

Physik [griechisch, physike episteme (die Natur betreffende Wissenschaft), physike theoriea (Naturforschung), und lateinisch, physica (Naturlehre)] die Wissenschaft von den Vorgängen in der unbelebten Natur. Die Physik beschäftigt sich mit den Vorgängen der unbelebten Natur und ihrer mathematischen Beschreibung. Die Physik ist entstanden aus dem Wunsch der Menschen, die Naturerscheinungen zu verstehen, auf allgemeine Gesetze zurückzuführen und sich die Natur durch diese Erkenntnisse zu nutze zu machen. In der Experimentalphysik werden Naturgesetze durch Beobachtung und Erfahrung gewonnen, 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 ist d i e umfassende Naturwissenschaft. Früher befasste sie sich mit allen Aspekten der belebten und unbelebten Natur, also mit der ganzen materiellen Welt. Später erst entstanden Chemie und Biologie als eigene Fächer. Heute schafft die Physik die Verbindung zwischen Biologie und Chemie, erklärt die Phänomene von Energie und Materie. Die wichtigsten Teilgebiete der Physik sind: Mechanik, Akustik (Lehre des Schalls), Thermodynamik (Wärmelehre), Elektrodynamik (Elektrizitätslehre und Magnetismus), Optik, Atom- und Kernphysik, Relativitätstheorie und Quantenmechanik, Quantenelektrodynamik und Quantenchromodynamik.

Geschichte der Physik

Die Physik geht auf das Zeitalter der Antike zurück. Es stand besonders die Vorstellung eines Urstoffes im Vordergrund, welcher entweder Wasser, Luft oder auch alle vier Elemente umfasste. Verbunden mit den ersten physikalischen Erkenntnissen sind die Namen Aristoteles, Archimedes, Euklid, Thales und Ptolemäus. In der Renaissance entwickelte Kopernikus das Heliozentrische Weltbild. Im 17. Jahrhundert erforschte Galileo Galilei die Kinematik von Fall und Wurf. Newton und 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 M. 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 L. 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 W. C. Röntgen und der Radioaktivität durch A. Becqirel, P. und M. Curie sowie E. Rutherford geebnet. Niels Bohr entwickelte 1913 sein Atommodell, während L. de Broglie, Werner Heisenberg u.a. die Quantenmechanik entwickelten. Albert Einstein legte mit seinem Werk "Elektrodynamik bewegter Körper" den wissenschaftlichen Grundstein seiner Relativitätstheorie. 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.

Teilgebiete der Physik

Mechanik

Beispiel Zeitmessung: Stoppuhr

Die klassische Mechanik beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften (Wechselwirkungen). 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 und Aerodynamik (Dynamik von Gasen). Die Quantenmechanik behandelt den Aufbau der Materie aus Atomen und Molekülen.

Thermodynamik

Die Thermodynamik (Wärmelehre) behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen.

Elektrodynamik

Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene.

Optik

Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und dessen Beeinflussung durch Materie, z.B. Brechung, Ablenkung durch Gravitation.

Akustik

Bei der Akustik geht es um die Eigenschaften von Schallwellen.

Atom- und Kernphysik

Die Elementarteilchenphysik ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteine der Materie und ihren Verhalten. Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängendn Phänomenen, die Kernstruktur und Kernreaktionen. Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome. Sie stellt einen Übergang zur Chemie dar und geht in die physikalische Chemie über.

Relativitätstheorie

Physikalische Theorie von Albert Einstein, die die Newtonschen Gesetze auf den Bereich hoher Geschwindigkeiten ausdehnt.

Quantenmechanik

Die Quantenmechanik im engeren Sinn beschreibt die nichtrelativistischen Phänomene der Quantenphysik.

Weblinks

• http://www.leifiphysik.de
• http://www.brgkepler.at/~rath/veroeff/was_ph.htm
• http://www.brgkepler.at/~rath/fachdidaktik/kap02.html#physik
• http://www.weltderphysik.de/
• http://www.pro-physik.de/Phy/Home.do
• http://www.lern-online.net/physik
• http://www.physikon.de/physikon.cgi?s=inhalt
• http://www.heynkes.de/Anna/physik.htm

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
• Andreas Bartels: Grundprobleme der modernen Naturphilosophie., UTB, 1996, ISBN 3-8252-1951-8
• Michael Drieschner: Moderne Naturphilosophie. Eine Einführung. Mentis, Paderborn 2002, ISBN 3-89785-260-8
• Michael Esfeld: Einführung in die Naturphilosophie. Darmstadt: WBG, 2002, ISBN 3-534-15461-4