Mechanik

Aufbau und Zustand von Körpern 9
Körper physikalisch betrachtet 9

Messung von Volumen und Längen 10
Volumenbestimmung 10
Volumenbestimmung fester Körper 11
Versuche und Aufträge: Volumenbestimmung 11
Volumenbestimmung durch Längenmessung 12
Was heißt „Messen"? 12
Streifzug: Das metrische System 13

Die Masse 14
Körper sind schwer 14
Körper sind träge 14
Wir bestimmen Massen 15
Streifzug: Das Urkilogramm 15
Streifzug: Zahlenangaben in der Physik 16
Versuche und Aufträge: Masse 17
Pinnwand: Wägen gestern und heute 17

Die Dichte 18
Dichte als Stoffeigenschaft 19
Pinnwand: Dichte und ihre Folgen 20
Streifzug: Dichten im Universum 20
Streifzug: Aluminium im Flugzeugbau 21
Versuche und Aufträge: Dichtebestimmung bei Flüssigkeiten 21

Bewegungen 22
Beschreibung von Bewegungen 23
Versuche und Aufträge: Bewegungen 23
Die Geschwindigkeit 24
Werkzeug: Erstellen und Interpretieren von Diagrammen 25
Die Geschwindigkeit bei beschleunigten Bewegungen 26
Werkzeug: Eisschnelllauf- Formeln geben Antworten 27

Geschwindigkeit im Straßenverkehr 28
Warum „Tempo 30"? 28
Der Anhalteweg eines Fahrzeugs 29
Versuche und Aufträge: Geschwindigkeit 30
Pinnwand: Geschwindigkeiten und ihre Messung 30

Kraftwirkungen 31
Bewegungsänderungen 31
Formänderungen 32
Streifzug: Federn überall 32
Kraft braucht Partnerschaft 33
... und wenn keine Kräfte wirken? 34
Streifzug: Verkehrssicherheit 35

Kraftmessung 36
Wie groß ist eine Kraft? 36
Kraft hat eine Richtung 37
Kraftdarstellung durch Pfeile 37
Das Hooke'sche Gesetz 38
Kräftegleichgewicht 39
Streifzug: Wie verformbar ist ein Mensch? 40
Versuche und Aufträge: Kraftwirkungen und Kraftmessung 40
Pinnwand: Kräfte bei Pflanzen 41

Die Gewichtskraft 42
Körper werden von der Erde angezogen 42
Die Richtung der Gewichtskraft 43
Streifzug: Schwerelosigkeit 43
Masse und Gewichtskraft 44
Pinnwand: Waagen 45

Reibung 46
Pinnwand: Reibung 47
Versuche und Aufträge: Reibung 47

Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften 48
Zwei Kräfte - eine Wirkung 48
Versuche und Aufträge 49
Eine Kraft - mehrere Komponenten 50
Streifzug: Segeln gegen den Wind 51

Hebel 52
Was ist ein Hebel? 52
Kräfte am Hebel 53
Versuche und Aufträge 53
Streifzug: Das Hebelgesetz experimentell 54
Pinnwand: Überall Hebel 55
Streifzug: Sportliche Hebeleien 56
Streifzug: Die sieben Grundgrößen der Physik 57
Streifzug: Die Väter der Mechanik 58
Prüfe dein Wissen: Mechanik 60


Ladung - Spannung - Stromstärke

Wiederholung 63

Elektrische Ladung 64
Elektrische Kräfte 64
Die elektrische Ladung 65
Ändern der Ladung eines Körpers 66
Streifzug: Der Bandgenerator 67
Versuche und Aufträge: Elektrische Ladung 67
Atombau und Ladung 68
Influenz - eine Bewegung wie durch Geisterhand 69
Streifzug: Fotokopiergerät 70
Kondensator 71
Pinnwand: Elektrische Ladungen 72
Streifzug: Blitz und Blitzschutz 73

Die elektrische Spannung 74
Die Einheit der Spannung 74
Elektrische Quellen im Verbund 75
Energiewandler 76
Streifzug: Von der Voltasäule zur Brennstoffzelle 77
Streifzug: Elektrische Quellen in Natur und Medizin 78
Pinnwand: Kontaktspannung 79
Versuche und Aufträge: Batterie und Batterietester im Eigenbau 79

Spannung und Stromstärke 80
Kennlinien verschiedener Geräte 80
Das Ohm'sche Gesetz 82
Der elektrische Widerstand 83
Elektrischer Widerstand und Temperatur des Leiters 84
Streifzug: Supraleitung 85
Streifzug: Wovon hängt der Widerstand von Drähten ab? 86
Pinnwand: Bauteil Widerstand 87
Versuche und Aufträge 88
Streifzug: Messung mit Sensoren; Elektrische Messung nichtelektrischer Größen 88
Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen 90
Werkzeug: Rechnen mit Ersatzwiderständen 92
Versuche und Aufträge: Elektrische Bauteile 92
Streifzug: Spannungsteiler machen Spannungen einstellbar 94
Streifzug: GEORG SIMON OHM - ein dornenreiches Leben für die Wissenschaft 95
Der Zusammenhang zwischen Stromstärke, Spannung und Widerstand 96
Versuche und Aufträge: Widerstände 97

„Elektrizität" im Alltag 98
Vom Kraftwerk zum Elektrogerät 98
Gleich- und Wechselstrom 100
Streifzug: Energiesparmaßnahmen 100
Elektrogeräte unter der Lupe 101

Gefahren durch elektrischen Strom 102
Streifzug: Wirkungen des elektrischen Stroms auf den Menschen 103
Schutzmaßnahmen 104
Pinnwand: Sicherungen 105
Erdschluss und Schutzerdung 106
Streifzug: Der Fl-Schalter- technische Lösung für optimalen Schutz 107

Halbleiterbauelemente 108
Die Diode - ein elektrisches Ventil 108
Aus Wechselstrom wird Gleichstrom 109
Leitung in Nichtmetallen 110
Lernen lernen: Modelle für elektrische Leitungsvorgänge 111
Das Innere der Diode 112
Streifzug: Die Solarzelle 113
Der Transistor 114
Versuche und Aufträge: Elektronische Schaltungen 116

Elektromagnetische Induktion 118
Erzeugung elektrischer Energie 118
Unter welchen Bedingungen entsteht eine Induktionsspannung? 119
Induktionsspannung und Magnetfeld 120
Streifzug: MICHAEL FARADAY - ein genialer Experimentator 121
Der Elektromotor - ein rotierender Elektromagnet 122
Pinnwand: Besondere Anker 123
Wechselspannung 124
Wechselstromgenerator 125
Versuche und Aufträge: Induktion 126
Versuche und Aufträge: Elektromotor 127
Streifzug: Wind-Energie-Anlage (WEA) 127
Eine Ursache - zwei Wirkungen 128
Streifzug: Ohne Induktion kein Hören von Musik! 129
Prüfe dein Wissen: Ladung - Spannung - Stromstärke 130


Druck

Wiederholung 133

Stempeldruck 134
Druck in Gasen und Flüssigkeiten 134
Druck, von den Teilchen gemacht 135
Versuche und Aufträge: Druck in Flüssigkeiten und Gasen 135
Druck, Kraft und Fläche 136
Streifzug: Druckmessung 137
Hydraulische Anlagen 138
Pinnwand: Hydraulische Anlagen 139

Schweredruck in Flüssigkeiten 140
Entstehung des Schweredruckes 140
Versuche und Aufträge 141

Schweredruck in Luft 142
Der Luftdruck und seine Messung 142
Versuche und Aufträge: Luftdruck 143
Pinnwand: Luftdruck 144
Streifzug: Atmen und Tauchen 145

Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen 146
Die Auftriebskraft in Flüssigkeiten 146
Auftrieb in Gasen 147
Lernen lernen: Methoden der Erkenntnisgewinnung 147
Schwimmen oder sinken? 148
Pinnwand: Auftrieb in Natur und Technik 149
Pinnwand: Druck 150
Prüfe dein Wissen: Druck 151


Akustik

Schall 153
Von der Quelle zum Empfänger 153
Schallentstehung 154
Schwingungen 154
Versuche und Aufträge: Schwingungen 155
Töne sichtbar gemacht 156
Versuche und Aufträge: Schallquellen im Eigenbau 157
Streifzug: Die menschliche Stimme 157
Blasinstrumente 158
Streifzug: Saitenschwingungen genau betrachtet 159

Schall unterwegs 160
Schallträger 160
Versuche und Aufträge: Schallausbreitung 160
Schall wird umgelenkt 161
Schallausbreitung im Teilchenmodell 161

Schallgeschwindigkeit 162
Streifzug: Schallgeschwindigkeit 163

Schallempfänger 164
Hörbereich 164
Laut und leise 165
Streifzug: Eine Schnecke kommt ins Schwingen 165
Pinnwand: Jenseits unserer Hörgrenzen 166
Streifzug: Lärm 167
Pinnwand: Akustik 168
Prüfe dein Wissen: Akustik 169


Farben

Wiederholung 171

Farben 172
Das Spektrum von weißem Licht 172
Energie der Photonen 173
Licht jenseits des sichtbaren Spektrums 173
Farbaddition 174
Farbsubtraktion 175
Versuche und Aufträge: Farben 175
Pinnwand: Farben und unsichtbares Licht 176
Streifzug: Wie entsteht ein Regenbogen? 178
Streifzug: Farbwahrnehmung 179
Streifzug: Falschfarbendarsteilung und Farbsehen 180
Prüfe dein Wissen: Farben 181


Energie

Wiederholung 183

Getriebe 184
Wellräder 184
Getriebe ändern Drehzahlen und Drehmomente 185
Versuche und Aufträge 186
Streifzug: Wellrad und Getriebe am Fahrrad 187
Pinnwand: Historische Wellräder und Getriebe 188

Maschinen 189
Seile und Rollen helfen Lasten heben 189
Der Flaschenzug 190
Die schiefe Ebene 191
Die goldene Regel der Mechanik 191
Streifzug: Kraftumformende Maschinen 192

Energie begegnet uns in vielen Formen 193
Bewegungsenergie 194
Lageenergie 194
Spannenergie 194
Weitere Energieformen 195
Energieketten 196
Eine Einheit für die Energie 196
Die Energie ist eine Verwandlungskünstlerin 197
Versuche und Aufträge: Energie und Energiewandlungen 197

Energie ist berechenbar 198
Lageenergie 198
Arbeit 199
Bewegungsenergie 199
Spannenergie 200
Versuche und Aufträge 200
Streifzug: Sicherheitsmaßnahmen bei Pkws 201

Energieerhaltung 202
Das „Energiekonto" 202
Versuche und Aufträge: Energie und Energiewandlung 202
Reibung 203
Bleibt die Energie wirklich erhalten? 204
Werkzeug: Energiebilanzen 205

Speicherung von Energie 206
Pinnwand: Energiespeicher 207

Energietransport 208
Streifzug: Energie kommt auf vielen Wegen von der Sonne zu uns 209

Mechanische Leistung 210
Streifzug: Was leistet ein Mensch? 211

Wirkungsgrad 212
Energie, die keinem mehr nützt 212
Prozesswärme 213
Versuche und Aufträge: Energieentwertung 213
Der Wirkungsgrad 214
Streifzug: Perpetuum mobile - bewegt es sich ewig? 215
Lernen lernen: Energie hat viele Namen 217

Temperatur und thermische Energie 218
Energiewandlungen 218
Thermische Energie 219
Energieabgabe und die Richtung des Energiestroms 220
Energieformen in der Wärmelehre 221
Wärmeenergie - thermische Energie 221
Thermische Energie und Teilchenbild 222
Streifzug: Temperaturänderung ohne Energiezufuhr? Kühlschrank- Energietransport gegen die Natur 223

Energiezufuhr und Temperaturänderung 224
Energiezufuhr und Temperaturänderung 224
Energiezufuhr und Masse 224
Energiezufuhr und Stoff 226
Die Energie-Temperatur-Gleichung 227
Pinnwand: Wasser transportiert Energie 228
Versuche und Aufträge 229
Streifzug: Ein rührender Versuch 229
Prüfe dein Wissen: Energie 230


Energieversorgung

Wiederholung 233

Elektrische Energie und Leistung 234
Energiebilanzen 234
Eine Formel für die elektrische Energie 235
Ladung, Spannung und Energie 236
Elektrische Leistung 237
Versuche und Aufträge 237
Streifzug: „Stromrechnung" 238
Streifzug: Energiesparen zuhause 239
Transformator 240
Pinnwand: Besondere Transformatoren 241
Übertragung elektrischer Energie 242
Energiebedarf und seine Deckung 244

Wärme-Kraft-Maschinen 246
Der Heißluftmotor 246
Energiebilanz und Wirkungsgrad 247
Verbrennungsmotoren 248
Das Wärmekraftwerk 250

Energieentwertung 252
Energiewandlungen 252
Einbahnstraße Energieentwertung 253
Streifzug: Blockheizkraftwerk (BHKW) 254
Streifzug: Das Wärmekraftwerk - ein riesiger Energieentwerter 254

Wärmeenergie und gesellschaftlicher Wandel 256
Wärme-Kraft-Maschinen - Entwicklung und Folgen 256
Prüfe dein Wissen: Energieversorgung 258


Radioaktivität und Kernenergie

Wiederholung 261

Aufbau der Atomkerne 262

Radioaktivität 264
Nachweis von Radioaktivität 264
Zählrate und Nulleffekt 265
Woraus besteht ionisierende Strahlung? 266
Streifzug: Aus Alpha wird Helium 268
Streifzug: Umgebungsstrahlung 269
Zerfallskurve und Halbwertszeit 270
Werkzeug: Auswerten einer Messung
mit halblogarithmischem Papier 271
Feste Körper und doch nicht stabil 272
Streifzug: Wie alt ist Ötzi? 273
Versuche und Aufträge: Radioaktivität 273

Strahlenwirkungen und Strahlenschutz 274
Wirkungen von Strahlung 274
Schäden durch ionisierende Strahlung 275
Strahlenbelastung und Strahlenschutz 276
Streifzug: Nahrungsketten und Belastungspfade 277
Pinnwand: Medizinische Anwendung
von Strahlung 278
Pinnwand: Technische Anwendung
von Strahlung 279

Wie funktionieren Kernkraftwerke? 280
Aufbau und Arbeitsweise eines
Druckwasserreaktors 280
Die Kernspaltung 281
Im Reaktordruckgefäß 282
Reaktorsicherheit 283
Der Brennstoffkreislauf 284
Historische Entwicklung
der Atom- und Kernphysik 286
Streifzug: Wegbereiter der Kernphysik 288
Prüfe dein Wissen: Radioaktivität
und Kernenergie 289


Anhang

Werkzeug: Von der Proportionalität zur Formel 290
Werkzeug: Arbeiten mit der Formelsammlung 291

Abschlussaufgaben 292

Stichworte 294

Ausschnitt aus der Nuklidkarte 298