1.1 Grundbegriffe der Physik

• Internationale Konvention (SI (Système International))
  • Länge: Meter (m)

    Basisgröße	Basiseinheit	Symbol	relative Genauigkeit
    Länge	Meter	m	10-14

    1 Meter ist die Länge der Strecke, die Licht in Vakuum während der Dauer von Sekunden durchläuft.

  • Zeit: Sekunde (s)

    Basisgröße	Basiseinheit	Symbol	relative Genauigkeit
    Zeit	Sekunde	s	10-14

    1 Sekunde ist das 9192631770-fache der Periodendauer, der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustands von Atomen des Nuklides Cs¹³³ entsprechenden Strahlung.

  • Masse: Kilo (kg)

    Basisgröße	Basiseinheit	Symbol	relative Genauigkeit
    Masse	Kilogramm	kg	10-9

    1 Kilogramm ist die Masse des Internationalen Kilogrammprototyps.

  • Temperatur: Kelvin (K)

    Basisgröße	Basiseinheit	Symbol	relative Genauigkeit
    Temperatur	Kelvin	K	10-6

    1 Kelvin ist der 273,16-te Teil der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunktes des Wassers.

  • elektrischer Strom: Ampère (A)

    Basisgröße	Basiseinheit	Symbol	relative Genauigkeit
    Stromstärke	Ampère	A	10-6

    1 Ampère ist die Stärke eines zeitlich unveränderlichen elektrischen Stroms, der, durch zwei im Vakuum parallel im Abstand von 1 Meter voneinander angeordnete, geradlinige, unendlich lange Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigen Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je 1 Meter Leiterlänge elektrodynamisch die Kraft Kilogrammeter durch Sekundequadrat hervorrufen würde.

  • Lichtstärke: Candela (Cd)

    Basisgröße	Basiseinheit	Symbol	relative Genauigkeit
    Lichtstärke	Candela	cd	5 . 10-3

    1 Candela ist die Lichtstärke, mit der Quadratmeter der Oberfläche eines schwarzen Strahlers bei der Temperatur des beim Druck 101 325 Kilogramm durch Meter und durch Sekundequadrat erstarrenden Platins senkrecht zu seiner Oberfläche leuchtet.

  • Substanzmenge: Mol (mol)

    Basisgröße	Basiseinheit	Symbol	relative Genauigkeit
    Stoffmenge	mol	mol	10-6

    1 Mol ist die Stoffmenge eines Systems bestimmter Zusammensetzung, das aus ebenso vielen Teilchen besteht, wie Kilogramm des Nuklides C¹².

• Abgeleitete Größen

  Länge	Meter	m
  Zeit	Sekunde	s
  Masse	Kilogramm	kg
  Fläche	Quadratmeter	m2
  Volumen	Kubikmeter	m3
  Frequenz	Hertz	Hz=
  Geschwindigkeit	Meter/Sekunde
  Beschleunigung	Meter/Quadratsekunde
  Kraft	Newton	N=
  Druck	Pascal	Pa= =
  Arbeit, Energie, Wärmemenge	Joule	J=Nm=
  Leistung	Watt	W= =
  Dichte	Kilogramm/Kubikmeter
  Temperatur	Kelvin	K
  Stromstärke	Ampère	A
  Ladung	Coulomb	C=As
  Stromdichte	Ampère/Quadratmeter
  Spannung	Volt	V= =
  Widerstand	Ohm	= =
  	Farad	F= =
  elektrische Feldstärke	Volt/Meter	=
  magnetische Feldstärke	Ampère/Meter
  magnetische Induktion	Tesla	T= =
  Induktivität	Henry	H= =
  Lichtstärke	Candela	cd
  Energiedosis	Gray	Gy= =
  Aktivität	Becquerel	Bq=
  Stoffmenge	Mol	mol

1.1.1 Dimensionsbetrachtungen

Beispiel: Formel für Schwingungsdauer eines Pendels

Wir verwenden folgenden Ansatz:

Dimensionen:

Durch Vergleich der Exponenten ergibt sich:

Aus diesen Gleichungen ergibt sich c = - und b = +. Damit erhalten wir weiter:

Wir werden im Thema Schwingungen und Wellen feststellen, daß die Formel für die Schwingungsdauer t = 2 lautet.

• Präfixe

  1015	Peta	P	PByte
  1012	Tera	T	TeV
  109	Giga	G	GW
  106	Mega	M	MW
  103	Kilo	k	kg
  102	Hekto	h	hl
  101	Deka	da	Dekade
  10-1	Dezi	d	dm
  10-2	Zenti	c	cm
  10-3	Milli	m	mm
  10-6	Mikro		m
  10-9	Nano	n	nV
  10-12	Piko	p	pF, pV
  10-15	Femto	f	fs

• Definitionen

  Meter	<1799:	Umfang Erdquadrant
  	<1960:	Platin-Iridium-Stab: 1 m
  	heute:	Laufstrecke des Lichtes im Vakuum in s
  		10-14
  Sekunde	1964:	1s = 9192651770 Schwingungen des Cs-Atoms
  		10-13
  Kilogramm		Masse des Urkilogramms in Sèvres
  		Kopie z.B. in Physikalisch-Technischer Bundesanstalt in Braunschweig
  		10-9

• Beispiele

  Länge	1cm = m	Käfer
  	1m	Bakterie
  	1nm	Wellenlänge Licht
  	1Å = 10-10 m	Atom
  	1fm = 10-15 m	Proton
  	1AE = 150 . 106 km	(Abstand Erde-Sonne)
  	1Ly = 9,5 . 1012 km
  	1Ps (Parsec) = 3,1Ly
  Zeit	1 Jahr=3,16 . 107 s . 107 s
  	TUniversum = 1015 Jahre
  	TTopquark = 6 . 10-25 s
  	TProton > 1032 Jahre
  Masse	2 . 1042 kg (!)	Galaxie
  	2 . 1030 kg	Sonne
  	6 . 1024 kg	Erde
  	8 . 101 kg	Professor MÜLLER
  	1,7 . 10-27 kg	Proton
  	9,1 . 10-31 kg	Elektron (e-)
  	< 5 . 10-63 kg 0kg	Photon()
  	< 3eV	Elektronneutrino (e)

  Achtung: Masse Gewicht

• Winkeleinheiten

  1 Grad 1o	des Umfangwinkels des Kreises
  Radian	Rad = ,Rad = 2
  Steradian (Öffnungswinkel)	=