Die Themen des Physikunterrichts im Abschlussjahr werden sein:

1. Druck
2. Bewegungen und ihre Gesetzmäßigkeiten
3. Funktionsweise elektrischer Bauteile: Transitor, Halbleiterdiode, LED, Solarpanel ...
4. Radioaktivität
5. Eigenschaften der Energie, Energieformen und ihre Umwandlungen

Wir haben gesehen, dass beim Eindrücken einer Reiszwecke ohne Spitze in Holz oder ein beliebiges anderes Material deutlich mehr Kraft erforderlich ist als mit einer unveränderten Reiszwecke mit intakter Spitze. Die aufgewendete Kraft wird bei intakter Spitze auf eine kleinere Fläche konzentriert und so ein hoher Druck erzeugt.

Druckangaben teilen uns mit wie stark eine Kraft auf eine Fläche wirkt:

Druck = Kraft / Fläche (N/m hoch 2 = Pa (Pascal)).

Untersuchungen zum Luftdruck

1) Die Größe eines Luftballons nimmt zu, wenn man ihn erwärmt, wenn die Umgebungsluft kalt und der Luftdruck unverändert bleibt.

2) Die Größe eines in einem Behälter befindlichen, etwas aufgeblasenen Luftballons nimmt zu, wenn man die Umgebungsluft absaugt.

3) Pumpt man aus zwei über eine Dichtung mit einander verbundenen Magdeburger Halbkugeln die Luft, so lassen sie sich nur mit äußerst großer Kraft trennen.

Die Experimente zeigen, dass der Luftdruck auf Gegenstände durch Stösse der kleinsten Teilchen der Luft beim Aufprall auf eine Hülle oder Wand wirkt. Bei erhöhter Temperatur bewegen sich die Teilchen schneller und dadurch wird der ausgeübte Druck des Gases größer. Entfernt man die Luft in einem Behälter, so wirkt der Druck nun nur noch auf einer Seite ---> es wirkt nun ausschliesslich eine Kraft von dieser Seite auf den Behälter. Der leere, materiefreie Raum, also luftfreier Raum, wird Vakuum genannt.

Der Luftdruck unter Normbedingungen beträgt 101300 Pa = 1013 hPa. In alten Einheiten sind dies 1013 mbar, 1,013 bar, 760 mm Hg oder 1 atm (Atmosphäre). Im angelsächsischen Raum wird in psi (pounds per square inch) gemessen.

Pa, bar, atm, psi, mm Hg ....   Hier lassen sich verschiedene Druckeinheiten leicht umrechnen.

Wodurch entsteht z.B. der Luftdruck?

Film: Otto von Guericke und der Luftdruck

Druck in Flüssigkeiten

Auch Flüssigkeiten üben auf eingetauchte Körper einen Druck auf. Der wirkende Druck ist abhängig von der Dichte der Flüssigkeit und der Höhe der Flüssigkeitssäule, oder schlicht der Masse der über dem Körper aufgeschichteten Flüssigkeit. Aufgrund der ca. 1000-fach höheren Dichte gegenüber Gasen ist der Flüssigkeitsdruck in der Regel deutlich höher als der Druck von Gasen. Bei Wasser mit der Dichte 1 kg / L  ( = 1 g / ml ) herrscht in 1 m Tiefe im Schwimmbecken ein Druck von 10000 N / Quadratmeter = 10000 Pa = 100 hPa = 10 kPa. In 10 m Tiefe würden ohne den Luftdruck auf die Wasseroberfläche 1000 hPa herrschen, also soviel Druck wie die viele Kilometer dicke Erdatmosphäre erzeugt. In 10 km Tiefe im Ozean herrschen über 1 Million hPa Druck! Dies entspricht der Gewichtskraft von 100 Tonnen pro Quadratmeter oder 1 Tonne auf einer Fläche eines Quadrates mit 10 cm Seitenlänge. U-Boote für die Tiefsee haben daher Stahlwände mit einer Wandstärke von über 12 cm um diesen enormen Druck zu wiederstehen.

LINK: Grundwissen Druck

Auftrieb

Unsere Experimente zum Auftrieb haben gezeigt, dass die Größe der Auftriebskraft durch das Volumen des Körpers bestimmt wird. Die Auftriebskraft wirkt der Gewichtskraft entgegen und ist so groß wie die Gewichtskraft der vom Körper verdrängten Flüssigkeit. Letzteres hatte bereits der griechische Gelehrte ARCHIMEDES entdeckt.

Ist die Dichte eines Körpers geringer als die des ihn umgebenden Mediums, dann schwimmt er darin. Seine Eintauchtiefe wird vom Verhältnis seiner Dichte zum umgebenden Medium bestimmt. Die Dichte von Eis ist 0,917 g / ml, d.h. bei einem Eisberg befinden sich etwas mehr als 9/10 unter der Wasseroberfläche und nur ca. ein Zehntel oberhalb ----> Titanic!!

Die Beobachtungen zum Auftrieb in Flüssigkeiten gelten auch für Gase und sind Grundlage des Ballonfahrens mit Helium, Wasserstoff oder heißer Luft.

Grundwissen Auftrieb

Hier der Download des Vorbereitungsblattes für die Lernkontrolle:

Bewegung und Geschwindigkeit

Verändert ein Körper seinen Ort, so spricht man von einer Bewegung. Dabei wird eine bestimmte Strecke s in einer bestimmten Zeit t zurückgelegt. Die Ortsänderung erfolgt mit einer bestimmten Geschwindigkeit v. Zur Bestimmung der Geschwindigkeit muss man die Wegstrecke s zwischen Anfangs- und Endort und die für den Ortswechsel erforderliche Zeit t messen: v = s / t .

In einen Experiment haben wir eine Metallkugel und/oder einen Gummiball die Rampe im Erdgeschoss der Oberstufe (Naturwissenschaften-Foyer) herunterrollen lassen und dabei die benötigte Laufzeit bis 1m, 2m, 3m und 4m gemessen. Mit zunehmenden Abstand vom Start benötigten beide Kugeln immer weniger Zeit für die Wegstrecke von 1m, d.h sie wurden immer schneller!

Bei graphischer Darstellung der Bewegung im Weg-Zeit-Diagramm haben wir gesehen, dass sich keine Gerade ergibt, sondern eine immer steiler steigende Kurve. Die Geschwindigkeit v (= s / t) wird durch die Steigung der Kurve im Weg-Zeit-Diagramm wiedergegeben. Man unterscheidet die Momentangeschwindigkeit (Tangente = Gerade mit einem Berührungspunkt an der Kurve) und die Durchschnittsgeschwindigkeit (Steigung einer zwei Punkte verbindenden Gerade).

Beschleunigung

Trägt man die Geschwindigkeit v gegen die Zeit t auf, so erhält man eine Gerade. Dies zeigt, dass die Geschwindigkeitszunahme = Beschleunigung gleichmäßig erfolgte.

LINKTIPP: Verschiedene Arbeitsblätter zum Thema mit Lösungen

Einführungsfilm: Henri Becquerel, Marie Curie und die Entdeckung der Radioaktivität

Im Unterricht wurden folgende Arbeitsblätter benutzt:

Arbeitsblatt Entdeckung der Radioaktivität durch Becquerel: http://www.zum.de/dwu/depot/pap101f.gif ; Arbeitsblatt Marie Curie und die Eigenschaften der Radioaktivität: http://www.zum.de/dwu/depot/pap102fl.gif ; Arten radioaktiver Strahlung: http://www.zum.de/dwu/depot/pap103fl.gif ; und Eigenschaften der unterschiedlichen radioaktiven Strahlungsarten: http://www.zum.de/dwu/depot/pap104fl.gif

Siehe Dir doch dazu die folgende Animation an:

Animation der verschiedenen Arten radioaktiver Strahlung

Erklärung wichtiger Fakten zur Radioaktivität gibt es auch hier im 

Video: Prof. Harald Lesch erklärt den Aufbau der Atome, die Radioaktivität, Strahlungsarten und was eine Halbwertszeit ist.

Aufbau und Funktion eines Nachweisgerätes für radioaktive Strahlung: Geiger-Müller-Zählrohr: http://www.zum.de/dwu/pap108vs.htm

Film: Otto Hahn und Lise Meitner entdecken die Atomspaltung

LINKTIPP: Animation der Kernspaltung beim 235 Uran

Energieerzeugung mit Atomkraftwerken

Film: Wie funktioniert ein Atomkraftwerk

AB Aufbau eines Atomkraftwerkes?

Was geschieht bei einem GAU (Größter anzunehmender Unfall)?

Protokoll der Ereignisse beim Unfall in Tschernobyl

Film: Was geschah in Tschernobyl?

STRAHLUNG- WAS IST DAS? Link zu einer Übersicht für Normalbürger in "Die Zeit"

Heute, am 11.3., ereignete sich vor 5 Jahren der GAU (Größter Anzunehmender Unfall, eine Kernschmelze im Reaktor) in Block 1, 2 und 3 vom Kernkraftwerk Fukushima Daiichi.

Was geschah am 11.3.2011 im Reaktor 1 des Kernkraftwerkes Fukushima Daiichi?                    Fukushima-Doku bei ARTE

Eine sehr gute Übersicht über die Kette der Ereignisse gibt auch dieser gute Film-Beitrag (in Englisch) von 2013.

Bei genauer Betrachtung der Gasexplosionen am Reaktor 1 (Video) vom 12.3. und Reaktor 3 (Video) vom 14.3. zeigt sich, dass es sich wahrscheinlich um eine Knallgasexplosion bzw. um eine Wasserstoffverpuffung aufgrund einer Kernschmelze handelte. Am Reaktor 3 war nämlich ein Feuerball zu sehen, der bei der Explosion am Reaktor 1 nicht zu beobachten war.

Schwere Atomunfälle mit Kernschmelzen sind bereits früher passiert. Hier ein historischer Überblick (ein Klick auf den AKW-Namen öffnet jeweils einen Link zu einer Beschreibung der Ereignisse):

1979 AKW Three Mile Island, Harrisburg (USA) , Protokoll der Ereignisse bei Zeit online

1986 AKW Tschernobyl (Ukraine) , Protokoll der Ereignisse bei Zeit online

2011 AKW Fukushima (Japan)

VORBEREITUNGSZETTEL FÜR DIE LERNKONTROLLE