1 Die Physik - eine Naturwissenschaft 9

1.1 Gegenstand und Teilgebiete der Physik. 10
Die Naturwissenschaft Physik 12
Die Physik und die anderen Naturwissenschaften 14
Physik, Technik und Alltag 15
Die Teilgebiete der Physik 16

1.2 Denk- und Arbeitsweisen in der Physik 18
Physikalische Begriffe und Größen 19
Gesetze und Modelle in der Physik 21
Das Erkennen und Anwenden physikalischer Gesetze 22
Fehlerbetrachtungen bei experimentellen Untersuchungen 30
schuelerlexikon.de: Internationales Einheitensystem 20, Lösen physikalischer Aufgaben durch geometrische Konstruktion 25


2 Optik 33

2.1 Lichtquellen und Lichtausbreitung 34
Lichtquellen und beleuchtete Körper 35
Die Ausbreitung von Licht 37
Physik in Natur und Technik 38
Wir zeichnen Porträts 38, Sonnen- und Mondfinsternisse -beeindruckende Naturerscheinungen 38, Schattenstab und Sonnenuhr 40
Gewusst? Gekonnt? 41
Mosaik: Lichtquellen in Natur und Technik 36

2.2 Reflexion und Brechung des Lichts 43
Reflexion und Reflexionsgesetz 44
Bilder an Spiegeln 44
Die Brechung von Licht 46
Das Brechungsgesetz 47
Die Totalreflexion 48
Strahlenverlauf durch Linsen und Prismen 49
Physik in Natur und Technik 51
Ein Zaubertrick mit brennender Kerze 57, Der Sonnenofen 51, Eine Landschaft im Spiegel 52, Verbogene Trinkhalme - eine optische Täuschung? 53
Gewusst? Gekonnt? 55
Das Wichtigste im Überblick 58
Mosaik: Überall Hohlspiegel 46, Brechzahl und Lichtgeschwindigkeit 47, Der Grenzwinkel der Totalreflexion 48, Farbiges Licht durch Dispersion 50, Gefährliche Wassertropfen 53, Informationsübertragung mit Licht 54

2.3 Bilder durch Öffnungen und Linsen 59
Bilder durch Öffnungen 60
Bilder durch Sammellinsen 61
Das menschliche Auge 64
Physik in Natur und Technik 66
Optische Geräte 66
Gewusst? Gekonnt? 73
Das Wichtigste im Überblick 76
Mosaik: Refraktoren und Spiegelteleskope 68, Carl Zeiss - ein Name mit Tradition 70
schuelerlexikon.de: Fotoapparate 72

2.4 Licht und Farben 77
Beugung von Licht 78
Interferenz von Licht 78
Zerlegung von weißem Licht 81
Arten von Spektren 84
Mischung von Farben 85
Die additive Farbmischung 85
Die subtraktive Farbmischung 86
Die Farbe von Körpern 87
Physik in Natur und Technik 88
Eine farbige CD 88, Der Regenbogen - eine interessante Naturerscheinung 89, Die Spektralanalyse 90, Der Vierfarbendruck 90, Farbmischung bei Farbdias 91
Gewusst? Gekonnt? 93
Das Wichtigste im Überblick 96
Mosaik: Strahlenoptik und Wellenoptik 79, Was ist Licht? 80, Nachweis von infrarotem und ultraviolettem Licht 83, Dreifarbentheorie des Sehens 87, Die Farben dünner Schichten 88 schuelerlexikon.de: Farbfernsehen und Monitore 92


3 Mechanik 97

3.1 Volumen, Masse und Dichte 98
Das Volumen von Körpern 99
Die Masse von Körpern 100
Zusammenhang zwischen Masse und Volumen - die Dichte von Stoffen 103
Physik in Natur und Technik 105
Es ist nicht alles Gold, was glänzt 105, Aus dem Alltag eines Bauleiters 105, Auch Flüssigkeiten mit gleichem Volumen sind unterschiedlich schwer 106
Gewusst? Gekonnt? 107
Das Wichtigste im Überblick 110
Mosaik: Trägheit im Straßenverkehr 102, Das Aräometer - ein Dichtemesser 104

3.2 Kräfte und ihre Wirkungen 111
Wirkungen von Kräften auf Körper 112
Arten von Kräften 113
Messen und Darstellen von Kräften 114
Zusammensetzung von Kräften 116
Die Gewichtskraft von Körpern 117
Die Gewichtslosigkeit 118
Physik in Natur und Technik 119
Verschiedene Kräfte - verschiedene Wirkungen 119, Auf dem Mond ist alles leichter 120
Gewusst? Gekonnt? 121
Das Wichtigste im Überblick 123
Mosaik: Plastische und elastische Verformung 114

3.3 Körper - Stoffe - Teilchen 124
Aufbau der Körper aus Stoffen 125
Aufbau der Stoffe aus Teilchen 127
Kohäsion und Adhäsion 128
Das Teilchenmodell 128
Die Kapillarität 129
Feste Körper, Flüssigkeiten und Gase 130
Physik in Natur und Technik 131
Eine merkwürdige Erscheinung 131, Kleben macht leichter und belastbar 131
Gewusst? Gekonnt? 132
Das Wichtigste im Überblick 134
Mosaik: Eigenschaften von Stoffen 126, Die brownsche Bewegung 129

3.4 Mechanische Arbeit, Energie und Leistung 135
Mechanische Arbeit 136
Mechanische Energie 138
Energieerhaltungssatz der Mechanik 139
Mechanische Leistung 141
Physik in Natur und Technik 142
Bälle für alle Fälle 142, Auch ein Bergsteiger verrichtet Arbeit 142, Höchstleistung leider nicht von Dauer 143, Mechanische Arbeit beim Heben eines Körpers 144
Gewusst? Gekonnt? 145
Das Wichtigste im Überblick 148
Mosaik: Diagramme in Wissenschaft und Technik 137, Energie einer Feder 139
schuelerlexikon.de: Energie und Arbeit 140

3.5 Kraftumformende Einrichtungen 149
Was sind kraftumformende Einrichtungen? 150
Hebel 150
Rollen und Flaschenzüge 151
Geneigte Ebenen 153
Die Goldene Regel der Mechanik 153
Physik in Natur und Technik 155
Auch Wippen will gelernt sein 155
Gewusst? Gekonnt? 157
Das Wichtigste im Überblick 160
Mosaik: Unser Arm - ein Hebel 151, Rollen spannen Drähte 156
schuelerlexikon.de: Gleichgewicht von Körpern 154

3.6 Bewegungen in Natur und Technik 161
Bewegung und Ruhe 162
Das Modell Massepunkt 162
Bahnformen und Bewegungsarten 163
Gleichförmige Bewegungen 165
Durchschnitts- und Augenblicksgeschwindigkeit 166
Die Beschleunigung 166
Gleichmäßig beschleunigte Bewegungen 168
Der freie Fall 170
Zusammengesetzte Bewegungen 172
Würfe 172
Physik in Natur und Technik 174
Ein geostationärer Satellit 174, Wie genau ist der Tachometer 175, Abstand halten! 175, Ein Gurt ist Pflicht 176, Die Fallbeschleunigung 178
Gewusst? Gekonnt? 179
Das Wichtigste im Überblick 183
Mosaik: "Und sie bewegt sich doch!" 164, Galilei und die Bewegungsgesetze 171

3.7 Kräfte und Bewegungen 184
Das Wechselwirkungsgesetz 185
Das newtonsche Grundgesetz 185
Das Trägheitsgesetz 186
Reibungskräfte 188
Kräfte bei der Kreisbewegung 191
Physik in Natur und Technik 193
Das Raketenprinzip 193, Bei Verkehrsunfällen wirken gewaltige Kräfte 194
Gewusst? Gekonnt? 199
Das Wichtigste im Überblick 202
Mosaik: Newton und die Mechanik 187, Der Strömungswiderstand 190
Physik-Klick: Suche von Informationen im Internet 192
Projekt: Hinweise für die Arbeit 194, Reibung im Straßenverkehr 195

3.8 Druck und Druckkräfte 203
Der Druck 204
Der Auflagedruck 205
Der Druck in Flüssigkeiten 206
Der Schweredruck in Flüssigkeiten 207
Der Druck in Gasen 208
Der Luftdruck 208
Auftrieb und Auftriebskraft 210
Sinken, Schweben, Steigen, Schwimmen 211
Das Fliegen 212
Physik in Natur und Technik 213
Ein Auto auf der Bühne 213, Der Heronsball 214, Eine Staumauer muss halten 214, Messung des Luftdrucks 215
Gewusst? Gekonnt? 217
Das Wichtigste im Überblick 220
Mosaik: Hydraulische Anlagen 206, Luftdruck und Wetter 209, Die Spraydose 213
schuelerlexikon.de: Flugzeuge 216

3.9 Mechanische Schwingungen 221
Entstehung mechanischer Schwingungen 222
Beschreibung mechanischer Schwingungen 223
Fadenpendel und Federschwinger 225
Energieumwandlungen bei Schwingungen 226
Eigenschwingungen, erzwungene Schwingungen und Resonanz 228
Schwingungen, die wir hören 229
Physik in Natur und Technik 232
Die Schwingungsdauer eines Federschwingers 232, Der Schwingungsdämpfer 233, Der Zungen frequenzmesser 234, Musik liegt in der Luft 235
Gewusst? Gekonnt? 236
Das Wichtigste im Überblick 239
Mosaik: Der Herzschlag - eine Schwingung 225, Aus der Entwicklung der Zeitmessung 227, Hörbereich und Stimmumfang 231
schuelerlexikon.de: Schallquellen im Überblick 230

3.10 Mechanische Wellen 240
Entstehung mechanischer Wellen 241
Beschreibung mechanischer Wellen 242
Eigenschaften mechanischer Wellen 244
Eigenschaften von Schallwellen 246
Sinnliche Wahrnehmung des Schalls 247
Physik in Natur und Technik 251
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit mechanischer Wellen 251, Das Echo und seine Anwendung 253
Gewusst? Gekonnt? 255
Das Wichtigste im Überblick 258
Mosaik: Schall, Lärm und Lärmschutz 248, Schallaufzeichnung und Schallwiedergabe früher und heute 250, Wenn die Erde bebt 252, Ultraschall und seine Anwendung 254


4 Wärmelehre 259

4.1 Temperatur, Wärme und Wärmeübertragung 260
Die Temperatur 261
Temperatur und Teilchenbewegung 264
Temperatur, thermische Energie und Wärme 267
Wärmeübertragung und Wärmedämmung 268
Wärmeleitung 268
Wärmeströmung 269
Wärmestrahlung 270
Physik in Natur und Technik 272
Ein selbst gebautes Thermometer 272, Die tiefste und die höchste Temperatur 272, Warmes Wasser für das ganze Haus 273, Warmes Wasser vom Dach 273, Ein seltsamer Kochherd 274
Gewusst? Gekonnt? 277
Das Wichtigste im Überblick 279
Mosaik: Verschiedene Thermometer für unterschiedliche Anwendungen 263, Weitere Temperaturskalen 265, Reflexion und Absorption von Wärmestrahlung 270, Lebewesen geben Körperwärme ab 271, Thermografie - ein Hilfsmittel in Medizin und Technik 276
Projekt: Wärmeübertragung bei Häusern 275
schuelerlexikon.de: Körpertemperaturen 266

4.2 Thermisches Verhalten von Körpern 280
Volumen- und Längenänderung von festen Körpern 281
Volumenänderung von Flüssigkeiten 282
Volumenänderung von Gasen 284
Die spezifische Wärmekapazität 285
Grundgleichung der Wärmelehre 286
Physik in Natur und Technik 287
Feuermelder in Aktion 287, l/l/asser als Wärmespeicher 288, Vorsicht beim Tanken im Sommer 288
Gewusst? Gekonnt? 289
Das Wichtigste im Überblick 291
Mosaik: Flüssigkeitsthermometer 282, Die Anomalie des Wassers 283, Gasthermometer 284, Die Bedeutung der spezifischen Wärmekapazität des Wassers 286

4.3 Aggregatzustände und Aggregat-zustandsänderungen 292
Körper in verschiedenen Aggregatzuständen 293
Schmelzen und Erstarren 293
Sieden und Kondensieren 295
Verdunsten von Flüssigkeiten 296
Die Luftfeuchtigkeit 296
Physik in Natur und Technik 298
Ein Schrank zum Kühlen 298, Immer cool bleiben 299, Kochen will gelernt sein 299
Gewusst? Gekonnt? 299
Das Wichtigste im Überblick 302
Mosaik: Wind und Wetter 297, Destillation - ein Verfahren der Stofftrennung 299

4.4 Wärme und Wärmekraftmaschinen 303
Thermische Energie, Wärme und Arbeit. 304
Ottomotor und Dieselmotor 304
Physik in Natur und Technik 308
Die Dampfmaschine 308, Ein Kraftwerk für Strom und Wärme 309
Gewusst? Gekonnt? 310
Das Wichtigste im Überblick 312
Mosaik: Zweitakt-Ottomotor 306
schuelerlexikon.de: Ottomotor 307


5 Elektrizitätslehre und Magnetismus 313

5.1 Elektrischer Strom, Stromstärke und Spannung 314
Wirkungen des elektrischen Stromes 315
Der elektrische Stromkreis 316
Einfache Stromkreise 318
Der Kurzschluss 318
Die elektrische Stromstärke 319
Die elektrische Spannung 320
Die elektrische Stromstärke in unverzweigten und verzweigten Stromkreisen 324
Die elektrische Spannung in unverzweigten und verzweigten Stromkreisen 325
Physik in Natur und Technik 326
Elektrischer Strom in der Tasche - die Taschenlampe 326, Schukostecker - Schukosteckdose: zwei, die zueinander passen 326, Eine Wechselschaltung erspart Wege 327, Eine sichere Sache - die Hausinstallation 327, Ein Strommesser für viele Bereiche 329
Gewusst? Gekonnt? 330
Das Wichtigste im Überblick 334
Mosaik: Der Schutz des Menschen vor elektrischem Strom 316, Messprinzipien für Stromstärke und Spannung 321, Schaltung von elektrischen Quellen 325, Sicherungen 328, Spannungs- und stromrichtiges Messen 329
Projekt: Galvanische Spannungsquellen 322

5.2 Elektrischer Widerstand und ohmsches Gesetz 335
Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke - Das ohmsches Gesetz 336
Der elektrische Widerstand 336
Das Widerstandsgesetz 338
Der elektrische Widerstand in unverzweigten und verzweigten Stromkreisen. 339
Widerstände und Spannungen im unverzweigten Stromkreis 340
Widerstände in unverzweigten und verzweigten Stromkreisen 340
Physik in Natur und Technik 341
Die Glühlampe und ihr Widerstand 341, Kleine Lampen an große Spannungen 342
Gewusst? Gekonnt? 343
Das Wichtigste im Überblick 346
Mosaik: Technische Widerstände 338, Die Spannungsteilerschaltung 340

5.3 Elektrische Energie, Arbeit und Leistung 347
Elektrische Energie 348
Elektrische Energie - elektrische Arbeit 349
Elektrische Leistung 350
Physik in Natur und Technik 351
Hell, heller, am hellsten 351, Vorsicht! Überlastung 352, Eine Zählerscheibe dreht sich 353
Gewusst? Gekonnt? 354
Das Wichtigste im Überblick 357
Mosaik: Gleiche Leistung - unterschiedliche Spannung 353

5.4 Elektrisch geladene Körper und elektrische Felder 358
Elektrisch geladene Körper 359
Kräfte zwischen geladenen Körpern 359
Die elektrische Ladung 360
Das elektrische Feld 361
Physik in Natur und Technik 362
Das Elektroskop 362, Ladungstrennung durch Influenz 362, Elektrofilter gegen Staub 363, Blitz und Donner 364, Der Blitzableiter 365
Gewusst? Gekonnt? 366
Das Wichtigste im Überblick 368
Mosaik: Experimentelle Untersuchung elektrischer Felder 361

5.5 Magnete und magnetische Felder 369
Magnete und ihre Wirkungen 370
Eigenschaften von Magneten 371
Das magnetische Feld 371
Magnetfelder stromdurchflossener Leiter 373
Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld 374
Physik in Natur und Technik 375
Ein Elektromagnet als Kran 375, Ein klingender Magnet 375, Orientierung mit dem Kompass 376, Der Gleichstrommotor 377
Gewusst? Gekonnt? 379
Das Wichtigste im Überblick 381
Mosaik: Die Entdeckung der magnetischen Wirkung des elektrischen Stromes 373, Kräfte zwischen stromdurchflossenen Leitern 374, Magnetspeicher 378

5.6 Elektromagnetische Induktion 382
Das Induktionsgesetz 383
Das lenzsche Gesetz 384
Der Transformator 385
Gleichspannung und Wechselspannung, Gleichstrom und Wechselstrom 387
Physik in Natur und Technik 390
Der Wechselstromgenerator 390, Das Mikrofon 391, Ein universelles Netzgerät 393
Gewusst? Gekonnt? 395
Das Wichtigste im Überblick 399
Mosaik: Wirbelströme 385, Stromverbundnetze in Europa 394
Physik-Klick: Michael FARADAY - der Entdecker der elektromagnetischen Induktion 388
schuelerlexikon.de: Aus der Entwicklung der Elektrotechnik 392

5.7 Elektrische Leitungsvorgänge 400
Der elektrische Leitungsvorgang 401
Leitung in Metallen 401
Leitung in Flüssigkeiten 402
Leitung in Gasen 403
Leitung im Vakuum 404
Leitung in Halbleitern 405
Die Halbleiterdiode 408
Der Transistor 410
Feldeffekttransistoren 412
Physik in Natur und Technik 414
Der Akkumulator - eine elektrische Quelle, die lange hält 414, Mit Leuchtstofflampen Energie sparen 415, Die Elektronenstrahlröhre 416, Eine Schranke mit Licht 418, Der Verstärker 418
Gewusst? Gekonnt? 420
Das Wichtigste im Überblick 423
Mosaik: Die Röntgenröhre 404, Aus der Entwicklung der Halbleiterelektronik 412, Fernsehbildröhren 417
schuelerlexikon.de: Leuchtdiode 407

5.8 Informationsübertragung und -speicherung 425
Elektromagnetische Schwingungen 426
Eigenschaften hertzscher Wellen 428
Sendung und Empfang hertzscher Wellen 429
Spektrum elektromagnetischer Wellen 431
Physik in Natur und Technik 432
Das Radar 432, Analoge und digitale Signale 433, Informationsübertragung und -speicherung 434
Gewusst? Gekonnt? 439
Das Wichtigste im Überblick 440
Mosaik: Die meissnersche Rückkopplungsschaltung 427, Frequenzbereiche hertzscher Wellen und deren Anwendung 429
Projekt: Vom Telegrafen zum Telefon 435


6 Atom- und Kernphysik 441

6.1 Atome, Atomkerne und Radioaktivität 442
Der Aufbau von Atomen 443
Nuklide und Isotope 444
Der Spontanzerfall - eine natürliche Kernumwandlung 446
Gesetz des Kernzerfalls 448
Radioaktive Strahlung und ihre Eigenschaften 449
Nachweis radioaktiver Strahlung 450
Biologische Wirkungen radioaktiver Strahlung und Strahlenschutz 450
Physik in Natur und Technik 452
Das Geiger-Müller-Zählrohr 452, Der Nulleffekt 452, Altersbestimmung mit Kohlenstoff 452, Radioaktive Nuklide in Medizin, Technik und Biologie 453
Gewusst? Gekonnt? 455
Mosaik: Entwicklung der Vorstellungen vom Aufbau des Atoms 445, Entdeckung der natürlichen Radioaktivität 447, Der Schutz vor radioaktiver Strahlung 451

6.2 Kernenergie 457
Kernspaltung 458
Physik in Natur und Technik 460
Kernkraftwerke 460
Gewusst? Gekonnt? 463
Das Wichtigste im Überblick 464
Mosaik: Die erste Atombombe 458, Die Entdeckung der Kernspaltung 459, Kernfusion in der Sonne 462


7 Energie in Natur und Technik 465

7.1 Energie und ihre Eigenschaften 466
Energie, Energieträger und Energieformen 467
Speicherung von Energie 469
Transport von Energie 469
Umwandlung von Energie 470
Entwertung von Energie 470
Erhaltung von Energie 471
Der Wirkungsgrad 472
Energie für Lebensprozesse 473
Physik in Natur und Technik 475
Hoch, höher, am höchsten 475, Wie viel Energie braucht ein Mensch 475, Energie flussdiagramm einer Windkraftanlage 476, Eine geniale Erfindung 477
Gewusst? Gekonnt? 478
Mosaik: J. R. Mayer - Arzt und Entdecker 471, Grundumsatz und Leistungsumsatz beim Menschen 474, Ein Perpetuum mobile 477

7.2 Energieversorgung gestern, heute, morgen 480
Primär-, Sekundär- und Nutzenergie 481
Nicht erneuerbare und erneuerbare
Energieträger 482
Gewusst? Gekonnt? 489
Das Wichtigste im Überblick 490
Mosaik: Brennstoffzellen - Energiequellen der Zukunft 488
Physik-Klick: Präsentieren von Informationen 486
Projekt: Regenerative Energiequellen 483

Register 491