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Gyroskop

Gyroskop

Ein Kreiselinstrument (Gyroskop) besitzt als Hauptbauteil einen beweglich gelagerten Kreisel, mit Hilfe dessen es aufgrund der Drehimpulserhaltung seine Ausrichtung im Raum beibehält, auch wenn seine Aufhängung (um den Kreisel herum) gedreht wird. Um den Energieverlust des Kreisels durch Reibung zu kompensieren wird der Kreisel durch einen eigenen Antrieb auf konstanter Geschwindigkeit gehalten.

Drehimpulserhaltung

In der Physik folgt aus den Gesetzen der Mechanik, dass die zeitliche Änderung (Ableitung) des Drehimpulses eines unabhängigen Systems gleich null ist. Das bedeutet, dass ein rotierender Festkörper, also ein Kreisel, seine Drehachse beibehält, solange keine äußeren Kräfte auf ihn wirken, deren resultierendes Moment eine Komponente orthogonal zur Drehachse erzeugt. Ein Spielzeugkreisel, der sich dreht, kippt also nicht um, wenn seine Drehachse (die Längsachse des Kreisels) bei Ingangsetzung der Drehung (exakt) senkrecht ist. Da die Schwerkraft dann kein Moment auf die Achse ausüben kann, bleibt der Kreisel aufrecht. Bedingt durch unvermeidliche Abweichungen der Drehachse von der Vertikalen und dem damit entstehenden Momenten der Schwerkraft orthogonal zu seiner Drehachse beginnt der Kreisel jedoch eine Präzessionsbewegung. Wenn die Drehung des Kreisels langsamer wird, weil äußere Reibungskräfte auf ihn einwirken, nimmt die Neigung der Achse ständig zu. Eine aus dem Alltag bekannte technische Anwendung der Drehimpulserhaltung ist das Zweirad: Solange sich seine Räder drehen, kippt es nicht um, und je schneller sich die Räder drehen, desto stabiler ist diese aufrechte Lage, vgl. Gyroskopischer Effekt bei Zweirädern.

Technische Anwendungen

Weit verbreitet sind Kreiselinstrumente in der Luft- und Raumfahrt: Das in Flugzeugen verwendete Kreiselinstrument wird als dynamischer künstlicher Horizont bezeichnet. Diese Instrumente zeigen eine Linie, die vor dem Start horizontal ausgerichtet wird. Während des Fluges hält das Kreiselinstrument diese Linie in der Horizontalen, selbst wenn das Flugzeug nach vorn, nach hinten und/oder zur Seite geneigt ist. So wird es dem Piloten ermöglicht, die räumliche Lage seines Flugzeuges zu bestimmen, auch wenn Dunkelheit, schlechte Witterung und flugbahnbedingte Fliehkräfte eine unmittelbare Orientierung unmöglich machen. In unbemannten und nicht ferngesteuerten Fluggeräten, wie z.B. ballistische Raketen, wird das Kreiselinstrument nicht als künstlicher Horizont ausgeführt, da niemand an Bord ist, der das Instrument ablesen könnte. Stattdessen wird das Kreiselinstrument an die Steuerung angeschlossen. Diese Steuerung ist seit etwa der Mitte des 20. Jahrhunderts nicht mehr mechanisch, sondern basiert auf computergesteuerten Regelkreisen. In jedem Fall dient die Steuerung dazu, eine zuvor einprogrammierte Flugbahn einzuhalten, wozu ein Kreiselinstrument zur Überprüfung der räumlichen Lage notwendig ist. In der Raumflugtechnik werden außerdem schwere stark motorisierte Kreisel eingesetzt, die aktiv (Impuls erzeugend) die Bahnstabilisierung bzw. die Ausrichtung von Raumfahrzeugen steuern; siehe hierzu Drallrad. ja:ジャイロスコープ th:ไจโรสโคป

Kreisel

Ein Kreisel ist ursprünglich ein Kinderspielzeug, welches auf einem Punkt balanciert, nachdem es um eine Achse gezwirbelt wird. Der Kreisel ist eines der ältesten Spielzeuge, welches an archäologischen Fundstellen anzutreffen ist. Neben dem Gebrauch des Spielzeugs wurden Kreisel historisch auch für Glücksspiele und für die Wahrsagerei verwendet. Einige Rollenspiele benutzen Kreisel als Würfelersatz.

Kreiseltypen

Würfel
- Brummkreisel
- Ziehkreisel
- Spielkreisel
- Peitschenkreisel
- Pfeifkreisel
- Stehaufkreisel
- Duellkreisel
  - Beyblade
  - Beigoma
- Dreidel In der Schweiz und auch in Deutschland wird die Bezeichnung Kreisel ebenfalls für den Kreisverkehr benutzt.

Technische Anwendung

Im physikalischen Sinne ist jede schnell um eine Achse rotierende Masse mit hohem Trägheitsmoment ein Kreisel. Mathematisch betrachtet sind Kreisel rotierende feste Körper. Technische Anwendungen sind Gyroskope als Kreiselkompass oder Kreisel als Energiespeicher (siehe auch Schwungrad). Eine Besonderheit ist das sog. Levitron, ein kreiselnder Magnet, der durch seine Kreiselbewegung stabil über einem ringförmigen Magnetfeld schwebt. Das Verhalten des Kreisels beruht auf dem gyroskopischen Effekt. Normalerweise wackelt der Kreisel erst, bis die Interaktion der Spitze und der Unterfläche den Kreisel in eine aufrechte Lage zwingt. Nach einer längeren aufrecht drehenden Phase lässt der Drehimpuls und demnach der gyroskopische Effekt allmählich nach. Dies führt zu einer sich steigernden Präzession, was schließlich in einer starken Kippneigung schleifend endet.

Literatur


- Felix Klein, Arnold Sommerfeld: Über die Theorie des Kreisels. Stuttgart: Teubner, 1965

Weblinks


- http://www.mex1.de/stories/kreisel.html
- [http://private.addcom.de/schoenhoff/krei1.htm Warum brummt ein Kreisel?]
- http://www.physics.ucla.edu/marty/levitron
- [http://users.aol.com/gykophys/levitron/levitron.htm LEVITRON: Selber bauen (1)]
- [http://www.fh-niederrhein.de/~gkorsch/a_oeder/lev_aoed.htm LEVITRON: Selber bauen (2)]
- http://www.hcrs.at/LEVITRON.HTM
- [http://www.physik-schule.de/download/pdf/Kreisel/levitron1.pdf LEVITRON: Kurzbeschreibung und Kurzanleitung (PDF)]
- [http://www.physik-schule.de/download/pdf/Kreisel/levitron2.PDF LEVITRON: Artikel aus "Physik in unserer Zeit" (5/1995) (PDF)]
- [http://www.koepken.de/levitron/ Online-Simulation des Levitron (Java-Applet)] Kategorie:Mechanik Kategorie:Spielzeug ja:独楽

Physik

Die Physik (griechisch φυσική, physike „die Natürliche“) ist die Naturwissenschaft, welche die grundlegenden Gesetze der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen untersucht. Sie befasst sich sowohl mit den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie und Feldern in Raum und Zeit als auch mit der Struktur von Raum und Zeit selbst. Die Physik beschreibt die Natur quantitativ mittels naturwissenschaftlicher Modelle, sogenannter Theorien, und ermöglicht damit insbesondere Vorhersagen über das Verhalten der betrachteten Systeme. Dazu verwendet die Physik die Sprache der Mathematik. Im Zusammenhang mit der Physik wurde auch erstmals die Frage nach der Ethik naturwissenschaftlicher Forschung aufgeworfen, ein Thema, das auch in der Literatur, etwa in dem Theaterstück Die Physiker von Friedrich Dürrenmatt, aufgegriffen worden ist.

Das Theoriengebäude der modernen Physik

Das Theoriengebäude der Physik ruht auf zwei Säulen, der Relativitätstheorie und der Quantenphysik. Beide Theorien enthalten ihren Vorgänger, die Newtonsche Physik, über das so genannte Korrespondenzprinzip als Grenzfall und haben daher einen größeren Gültigkeitsbereich als diese.

Die Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie führt ein völlig neues Verständnis der Phänomene Raum und Zeit ein. Danach handelt es sich nicht um universell gültige Ordnungsstrukturen, sondern räumliche und zeitliche Abstände werden von verschiedenen Beobachtern unterschiedlich beurteilt. Raum und Zeit verschmelzen dabei zu einer vierdimensionalen Raumzeit. Die Gravitation wird auf eine Krümmung dieser Raumzeit zurückgeführt, die durch die Anwesenheit von Masse bzw. Energie hervorgerufen wird. In der Relativitätstheorie wird auch erstmals die Kosmologie zu einem naturwissenschaftlichen Thema. Die Formulierung der Relativitätstheorie gilt als der Beginn der modernen Physik, auch wenn sie häufig als Vollendung der klassischen Physik bezeichnet wird.

Die Quantenphysik

Die Quantenphysik beschreibt die Naturgesetze im atomaren und subatomaren Bereich und bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen als die Relativitätstheorie. Viele physikalische Größen erweisen sich in bestimmten Situationen als quantisiert, das heißt sie nehmen stets nur bestimmte diskrete Werte an und ändern sich in Form von Quantensprüngen. Materie erweist sich als Phänomen, das nur in Portionen, den sogenannten Elementarteilchen oder Quanten, in Erscheinung tritt. Ihr Aufenthaltsort lässt sich nicht mehr durch eine Bahn im Raum beschreiben sondern durch Wellen, über die eine Wahrscheinlichkeit dafür angegeben werden kann, das Teilchen bei einer Messung in einem bestimmten Raumgebiet zu finden. Man spricht von einem Welle-Teilchen-Dualismus. Der Aufenthaltsort eines Teilchens zwischen zwei solcher Messungen ist nicht nur unbekannt, sondern sogar nicht definiert. Die meisten Physiker folgern daraus, dass letztlich die Vorstellung von der Existenz einer vom Beobachter unabhängigen Realität aufgegeben werden muss. Hinsichtlich der Eigenschaften dieser Teilchen spielen Symmetrieeigenschaften eine zentrale Rolle. Die Gesetze der Quantenphysik entziehen sich weitgehend der menschlichen Anschauung, und über ihre Interpretation herrscht auch heute noch kein Konsens (Deutungen der Quantenphysik). Dennoch zählt sie hinsichtlich ihres empirischen Erfolges zu dem am besten gesicherten Wissen der Menschheit überhaupt.

Die vier Grundkräfte

Die moderne Physik kennt die folgenden vier Grundkräfte:
- Die Gravitation oder Schwerkraft,
- die elektromagnetische Wechselwirkung,
- die schwache Wechselwirkung, die beispielsweise für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse verantwortlich ist und
- die starke Wechselwirkung, die die Atomkerne zusammenhält. Eines der Ziele der Physik ist es, alle Grundkräfte in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept zu beschreiben. Bisher ist es jedoch lediglich gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung als Vereinigung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung darzustellen und ebenso die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung zu einer sogenannten elektroschwachen Wechselwirkung zu vereinigen. Zur Vereinigung der elektroschwachen- und starken Wechselwirkung wurde die Theorie der Supersymmetrie erdacht, deren Gültigkeit allerdings umstritten ist. Die größten Schwierigkeiten treten im Bereich der Gravitationskraft auf, da über sie - auch wenn schon lange bekannt - doch nur wenig gesichertes Wissen vorliegt. Maßgebliches Problem hierbei ist ihr kaum messbarer Einfluss auf alle Systeme, im Labormaßstab. Zu diesen fundamentalen Wechselwirkungen kommt noch ein fundamentales Prinzip der Quantenphysik, das Pauli-Prinzip. Aus diesem Prinzip leitet sich mittelbar eine weitere Wechselwirkung ab, die Austauschwechselwirkung.

Derzeitige Grenzen der physikalischen Erkenntnis

Das Ziel der heutigen Physik ist es, sämtliche Vorgänge der Natur durch eine möglichst geringe Anzahl von möglichst einfachen Naturgesetzen zu beschreiben und auf die Wechselwirkung weniger Elementarteilchen zurückzuführen. Inwieweit dieses Ziel prinzipiell oder praktisch erreichbar ist, ist völlig offen. Immerhin ist der Gültigkeitsbereich der bekannten physikalischen Gesetze äußerst weitreichend. Ungeklärte Phänomene der Physik lassen sich zwei grundsätzlich verschiedenen Gruppen zuordnen:
- Phänomene, deren zugrundeliegende Gesetze noch unbekannt sind. Dazu zählen insbesondere Phänomene der Teilchenphysik und solche, zu deren Beschreibung die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik zugleich erforderlich sind, wie beispielsweise der Urknall. Der Grund hierfür ist, dass es bisher nicht gelungen ist, eine in sich geschlossene Quantenfeldtheorie zu formulieren, welche die Quantenphysik und die Relativitätstheorie vollständig vereinigt.
- Phänomene, die zwar bekannten Gesetzen gehorchen, deren Beschreibung jedoch an der mathematischen Komplexität scheitert. Für solche Situationen versucht man berechenbare Näherungsmodelle zu entwickeln, deren Qualität und Gültigkeitsbereich sich oft nur experimentell ermitteln lassen. Eins der bedeutendsten ungelösten Probleme in diesem Zusammenhang ist das des menschlichen Bewusstseins. Insbesondere die Frage, zu welcher der beiden Problemgruppen es zu zählen ist, wird kontrovers diskutiert. Die Physik ist prinzipiell nicht in der Lage, Aussagen über das Wesen der Dinge an sich zu treffen. Sie beschränkt sich darauf, die Gesetzmäßigkeiten zu ergründen, denen die Dinge unterworfen sind. Warum die Natur überhaupt gewissen Gesetzen gehorcht, ist letztlich unbekannt. Eine partielle Antwort gibt lediglich das anthropische Prinzip, indem es feststellt, dass es in einem Kosmos ohne Naturgesetze niemanden geben würde, der sich über deren Abwesenheit wundern könnte.

Themenbereiche der Physik

Im Folgenden werden die verschiedene Themenbereiche der Physik mit Kurzkommentar dargestellt und zwar nach übergeordnetem, theoretischen Rahmen eingeordnet und gleichzeitig weitgehend chronologisch sortiert. Viele der aufgeführten Themen lassen sich nicht eindeutig einer Theorie zuordnen. So sind beispielsweise viele Phänomene der Thermodynamik nur auf Basis der Quanten- und Relativitätstheorie erklärbar. In diesen Fällen ist das Thema unter der ältesten Theorie eingeordnet und bestehende maßgebliche Bezüge zu jüngeren Theorien sind mit (RT) für die Relativitäts- und (QT) für die Quantentheorie angedeutet. Die Liste enthält sowohl phänomenorientierte Sachgebiete als auch Querschnittstheorien (QST) mit gebietsübergreifendem Anwendungsbereich. Siehe auch das Physik-Portal mit unkommentierten, aber nach verschieden Kriterien sortierten Themenlisten sowie die alphabetische Liste physikalischer Themen.

Die newtonsche Physik einschließlich der Elektrodynamik

... ist der Bereich der Physik, der bis zur Entdeckung der Relativitätstheorie bekannt war.
- Die klassische Mechanik von Isaac Newton war die erste geschlossene physikalische Theorie überhaupt. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften, einschließlich solcher Kräfte, die zwischen den Körpern wirken (Wechselwirkungskräfte).
- Die Akustik behandelt die Eigenschaften von Schallwellen.
- Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und dessen Beeinflussung durch Materie.
- Die Wellenlehre als theoretische Disziplin bildet die mathematische Grundlage für Beschreibungen von Schwingungsvorgängen in Akustik, Optik und Atomphysik (QST/QT).
- Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene. Obwohl bereits früher bekannt, erhielt sie erst durch die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie ihr theoretisches Fundament (RT).
- Die Thermodynamik, auch statistische Mechanik oder Wärmelehre behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen. Ihr Anwendungsbereich reicht jedoch weit darüberhinaus (QST/RT/QT).
- Die Kontinuumsmechanik ist die Verallgemeinerung der klassischen Mechanik auf kontinuierliche Medien.
- Die Strömungslehre behandelt die Dynamik von Fluiden, das heißt nicht fester Substanzen. Untergebiete sind die Hydrodynamik (Dynamik der Flüssigkeiten) und die Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
- Die nichtlineare Dynamik und die Physik der komplexen Systeme befassen sich unter anderem mit Chaostheorie, Strukturbildung und Selbstorganisation (QST).

Die Relativitätstheorie

... befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie mit dem Wesen der Gravitation. Die Einheit von newtonscher Physik, Elektrodynamik und Relativitätstheorie wird als Klassische Physik bezeichnet.
- Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum, Zeit und Massen aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen. Dabei werden primär konstante Geschwindigkeiten betrachtet (QST).
- Die allgemeine Relativitätstheorie baut auf der speziellen auf und führt das Phänomen der Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück.

Die Quantenphysik

... ist zur Beschreibung von Phänomenen im Mikrokosmos erforderlich, wo die Gesetze der klassischen Mechanik an ihre Grenze gelangen. Während sie experimentell immer wieder hervorragend bestätigt wird und die gesamte moderne Technologie auf ihr basiert, wird bis heute über ihre korrekte Interpretation gestritten. Im folgenden sind insbesondere Themen der nichtrelativistischen Quantenmechanik aufgeführt, bei denen sich die Zahl der beteiligten Teilchen nicht ändert.
- Aufgabe der Atomphysik ist es, den Aufbau und die Eigenschaften der Atome und ihre Spektren zu erklären. Sie beschränkt sich dabei in der Regel auf einen Energiebereich, in dem der Atomkern als strukturlos angesehen werden kann (RT).
- Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome und stellt die Verbindung zur Chemie und physikalischen Chemie her.
- Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomene, die Kernstruktur und Kernreaktionen (RT).
- Die Laserphysik ist ein Teilgebiet der Optik. Ihre Aufgabe ist die Entwicklung und wissenschaftliche Untersuchung der verschiedenen Laser-Typen (RT).
- Die Plasmaphysik untersucht die Eigenschaften von Plasmen, d. h. hochgradig ionisierten Materiezuständen (RT).
- Gegenstand der Tieftemperaturphysik ist Untersuchung von Ordnungsphänomenen in Materie, die bei höheren Temperaturen aufgebrochen werden.
- Die Physik kondensierter Materie beschreibt Phänomene (korrelierter) Vielteilchensysteme. Die Physik der Kondensierten Materie unterscheidet sich grundlegend von der freier Teilchen.
  - Die Festkörperphysik und Halbleiterphysik befasst sich mit der Physik von Materie im festen Aggregatzustand, insbesondere (aber nicht ausschließlich) von fester Materie mit periodischem Aufbau.
  - Die Physik der Flüssigkeiten ist ein Teilgebiet der Fluidmechanik und befasst sich mit Materie im flüssigen Aggregatzustand. Die Bausteine der Flüssigkeit weisen eine gegenseitige Beweglichkeit auf (Translation und Rotation). Dennoch sind (im Unterschied zum idealen Gas) bei Flüssigkeiten im Nahbereich Korrelationen beobachtbar.
  - Die Physik der Flüssigkristalle beschreibt die Physik von Materie, die sowohl Elemente einer kristallinen Ordnung aufweisen als auch die einer ungeordneten Flüssigkeit: Die Bausteine von Flüssigkristallen weisen die Beweglichkeit einer Flüssigkeit auf (genauer Translation), besitzen jedoch eine wohldefinierte gegenseitige Orientierung.
  - Die Physik der weichen Materie beschreibt die Eigenschaften von Polymeren, Kolloiden und Membranen.
  - Die Grenzflächenphysik beschreibt die besonderen physikalischen Phänomene an der Oberfläche kondensierter Materie. Ein Spezialfall der Grenzflächenphysik ist die Oberflächenphysik.

Die relativistische Quantenphysik

... befasst sich mit Phänomenen, zu deren Beschreibung die Quantenphysik und die Relativitätstheorie zugleich erforderlich sind.
- Die Elementarteilchenphysik, auch Teilchenphysik oder Hochenergiephysik, ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen der Materie und ihrem Verhalten.
- Die Quantenfeldtheorie ist die quantenmechanische Beschreibung von Feldern und ist für die Teilchenphysik relevant. Das Standardmodell ist eine Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Teilchen und Kräfte bis auf die Gravitation einheitlich beschreibt:
  - die Dirac-Theorie ist eine relativistische Beschreibung von Fermionen und begründet die Basis für die Konzepte Spin und Antimaterie
  - die Quantenelektrodynamik stellt die Verbindung zwischen Photonen und elektromagnetischen Feldern her und beschreibt die Wechselwirkung mit Ladungen als Austausch von virtuellen Photonen
  - die Quantenchromodynamik beschreibt die starke Wechselwirkung zwischen Quarks als Austausch von Gluonen
- Quantengravitation ist ein Überbegriff für Ansätze, die vier Grundkräfte der Physik mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben und dadurch insbesondere die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenphysik zu vereinen (QST):
  - die Stringtheorie beschreibt Elementarteilchen als Strings und geht von verborgenen Dimensionen der Raumzeit aus
  - die Loop-Quantengravitation beschreibt die Raum-Zeit als Spin-Netzwerk bzw. Spin-Schaum
  - die Quantengeometrie
  - die Supersymmetrie

Interdisziplinäre und technisch orientierte Themenbereiche


- Die Astrophysik wendet physikalische Methoden auf das Studium astronomischer Phänomene an.
- Bei der physikalischen Chemie handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Physikalische Chemiker wenden die Methodik der Physik auf die Anschauungsobjekte der Chemie an.
- Die Technische Physik ist jenes Teilgebiet der Physik, das sich mit den technischen Anwendungen physikalischen Wissens befasst.
- In der Biophysik werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, denen Lebewesen und ihre Wechselwirkung mit der Natur unterliegen, untersucht.
- Die Geophysik nutzt physikalische Modelle zur Erklärung geologischer Strukturen und Vorgänge.
- Quantenelektronik ist ein relativ junges Forschungsgebiet und wendet die Ergebnisse der Quantentheorie auf die Entwicklung elektronischer Schaltkreise an.
- In der Theorie der Quantencomputer tritt die Physik in interdisziplinäre Zusammenarbeit mit der Informatik. Hier werden unter anderem Algorithmen mit geringerer Komplexität als bei klassischen Computern möglich.
- Die Beschleunigerphysik beschaftigt sich mit der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern. Diese werden benötigt, um die Energiedichten der Elementarteilchenphysik zu erreichen, aber auch als Strahlenquelle für Untersuchungen in einem weiteren naturwissenschaftlichen Bereich.
- Die Reaktorphysik beschäftigt sich mit der technischen Beherrschung von Kernreaktionen in Kernreaktoren.
- Die Umweltphysik beschäftigt sich in ihrer Forschung vor allem mit den Bereichen Energie und Klima.
- Soziophysik und Wirtschaftsphysik wenden physikalische und statistische Methoden auf gesellschaftliche, wirtschaftliche, kulturelle und politische Phänomene an.

Methodik der Physik

Der Prozess der Erkenntnisgewinnung in der Physik verläuft in enger Verzahnung von Experiment und Theorie, besteht also aus empirischer Datengewinnung und -auswertung und gleichzeitig dem Erstellen theoretischer Modelle zu ihrer Erklärung. Dennoch haben sich im Verlauf des 20. Jahrhunderts Spezialisierungen herausgebildet, die insbesondere die professionell betriebene Physik heute prägen. Demnach lassen sich grob Experimentalphysik und theoretische Physik voneinander unterscheiden.

Experimentalphysik

Während manche Naturwissenschaften wie etwa die Astronomie und die Meteorologie sich methodisch weitgehend auf die Beobachtungen ihres Untersuchungsgegenstandes beschränken müssen, steht in der Physik das Experiment im Vordergrund. Dabei versucht die Experimentalphysik, durch Entwurf, Aufbau, Durchführung und Auswertung von Experimenten Gesetzmäßigkeiten in der Natur aufzuspüren und mittels empirischer Modelle zu beschreiben. Sie versucht einerseits physikalisches Neuland zu betreten, andererseits überprüft sie von der theoretischen Physik gemachte Vorhersagen. Grundlage eines physikalischen Experimentes ist es, die Eigenschaften eines zuvor präparierten physikalischen Systems, zum Beispiel eines Teilchenbeschleunigers, einer Vakuumkammer mit Detektoren oder eines geworfenen Steins durch Messung in Zahlenform auszudrücken, etwa als Länge einer Teilchenspur, Impulshöhe eines elektrischen Spannungspulses oder als Aufprallgeschwindigkeit. Konkreterweise werden entweder nur die zeitunabhängigen (statischen) Eigenschaften eines Objektes gemessen oder man untersucht die zeitliche Entwicklung (Dynamik) des Systems, etwa in dem man Anfangswerte und Endwerte einer Messgröße vor und nach dem Ablauf eines Vorgangs bestimmt oder alternativ kontinuierliche Zwischenwerte feststellt.

Theoretische Physik

Die Aufgabe der Theoretischen Physik wiederum besteht darin, die empirischen Modelle der Experimentalphysik mathematisch auf bekannte Grundlagentheorien zurückzuführen oder, falls dies nicht möglich ist, durch eine möglichst kleine Anzahl von Grundannahmen (Hypothesen) zu beschreiben. Sie leitet weiterhin aus bereits bekannten Modellen empirisch überprüfbare Voraussagen ab. Bei der Entwicklung eines Modells wird grundsätzlich die Wirklichkeit idealisiert; man konzentriert sich zunächst nur auf ein vereinfachtes Bild, um dessen Aspekte zu überblicken und zu erforschen; nachdem das Modell für diese Bedingungen ausgereift ist, wird es weiter verallgemeinert. Zur theoretischen Beschreibung eines physikalischen Systems benutzt man die Sprache der Mathematik. Seine Bestandteile werden dazu durch mathematische Objekte wie zum Beispiel Skalare oder Vektoren repräsentiert, die in durch Gleichungen festgelegten Beziehungen zueinander stehen. Der Zweck des Modelles ist es, aus bekannten Größen unbekannte zu errechnen und damit zum Beispiel das Ergebnis einer experimentellen Messung vorherzusagen. Phänomene der Welt, die sich nicht mathematisch beschreiben lassen, wie beispielsweise das menschliche Bewusstsein, werden gemeinhin nicht als Gegenstand der Physik angesehen. Das fundamentale Maß für die Qualität einer Theorie ist, wie in vielen Naturwissenschaften auch, die Übereinstimmung mit reproduzierbaren Experimenten. Durch den Vergleich mit dem Experiment lässt sich der Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit einer Theorie ermitteln, allerdings lässt sie sich niemals „beweisen“. Um eine Theorie zu widerlegen, bzw. um die Grenzen ihres Gültigkeitsbereiches zu demonstrieren, genügt im Prinzip ein einziges Experiment, sofern es reproduzierbar ist. Experimentalphysik und theoretische Physik stehen also in steter Wechselbeziehung zueinander. Es kann allerdings vorkommen, dass Ergebnisse der einen Disziplin der anderen vorauseilen: So sind derzeit viele Voraussagen der Stringtheorie nicht experimentell überprüfbar; andererseits sind viele teilweise extrem genau gemessene Werte aus dem Gebiet der Teilchenphysik zum heutigen Zeitpunkt am Anfang des 21. Jahrhunderts durch die zugehörige Theorie, die Quantenchromodynamik, nicht berechenbar.

Mathematische Physik und Angewandte Physik

Zusätzlich zu dieser grundlegenden Teilung der Physik unterscheidet man manchmal noch zwei weitere Unterdisziplinen, die mathematische Physik und die angewandte Physik. Erstere wird gelegentlich als Teilgebiet der theoretischen Physik betrachtet, unterscheidet sich von dieser jedoch darin, dass ihr Studienobjekt nicht konkrete physikalische Phänomene sind, sondern die Ergebnisse der theoretischen Physik selbst. Sie abstrahiert damit von jedweder Anwendung und interessiert sich stattdessen für die mathematischen Eigenschaften eines Modells, insbesondere seine tiefer liegenden Symmetrien und Invarianzen. Auf diese Weise entwickelt sie Verallgemeinerungen und Varianten bereits bekannter Theorien, die dann wiederum als Arbeitsmaterial der theoretischen Physiker in der Modellierung empirischer Vorgänge Einsatz finden können. Die angewandte Physik steht dagegen in (unscharfer) Abgrenzung zur Experimentalphysik, teilweise auch zur theoretischen Physik. Ihr wesentliches Kennzeichen ist, dass sie ein gegebenes physikalisches Phänomen nicht um seiner selbst willen erforscht, sondern um die aus der Untersuchung hervorgegangenen Erkenntnisse zur Lösung eines (in der Regel) nicht-physikalischen Problems einzusetzen. Ihre Anwendungen liegen z. B. auf dem Gebiet der Technik oder Elektronik, in Medizin, Chemie oder Astronomie, aber auch in den Wirtschaftswissenschaften, wo z. B. im Risikomanagement Methoden der theoretischen Festkörperphysik zum Einsatz kommen.

Simulation/Computerphysik

Mit der fortschreitenden Entwicklung der Rechensysteme hat sich in den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts und beschleunigt seit etwa 1990 die Computersimulation als neue Methodik innerhalb der Physik entwickelt. Computerphysiker sind keine reinen Theoretiker, da sie durch ihre Simulationen Theorien zu testen versuchen, aber auch keine reinen Experimentatoren, da ihre Experimente ausschließlich in der Welt des Rechners stattfinden. Die Bandbreite möglicher Simulationen deckt die komplette Spanne von der mathematischen Physik über Simulationen kosmologischer Modelle bis hin zur angewandten Physik ab. Naturgemäß hat dieser Bereich der Physik zahlreiche Anknüpfungspunkte an die Informatik.

Verhältnis zu anderen Wissenschaften

Abgrenzung zu anderen Wissenschaften

Zur Abgrenzung gegenüber der Biologie wird die Physik oftmals als die Wissenschaft von der unbelebten Natur bezeichnet. Eine Abgrenzung gegenüber der Chemie ist nicht so eindeutig; der Übergang von der Physik der Elektronenhülle, also der Atom- und Molekülphysik, zur Quantenchemie ist fließend. Die Mathematik beschreibt im Gegensatz zur Physik keine realen Objekte, sondern abstrakte Begriffe und deren Eigenschaften.

Wechselwirkung mit anderen Wissenschaften

Die Physik gilt als die grundlegende Naturwissenschaft, auf der alle anderen wie beispielsweise die Astronomie, die Chemie, die Geologie und letztlich auch die Biologie aufbauen. Physikalische Prinzipien und Modelle finden ihre Anwendung auch in Disziplinen jenseits der Naturwissenschaften, besonders im technischen Bereich, wie in den Ingenieurwissenschaften, aber auch in den quantitativen Wirtschaftswissenschaften. Umgekehrt haben auch oft Erkenntnisse aus anderen Fachgebieten wie der Mathematik oder der Astronomie die physikalische Forschung bereichert und stimuliert. Auch in der Philosophie finden die Erkenntnisse der Physik Beachtung: So versucht der philosophische Zweig der Metaphysik Erklärungen für das Wesen der Natur zu finden, während sich die Physik auf ihre Beschreibung beschränkt.

Physik als Studium

Das Physikstudium gliedert sich im deutschsprachigen Sprachraum in ein zweijähriges Grundstudium, an dass sich nach einer Vordiplom genannten Zwischenprüfung das Hauptstudium anschließt. Den Kern der Ausbildung bilden Experimentalphysik nebst Physikalischen Praktika und Theoretische Physik, dazu kommen Vorlesungen in Mathematik und Nebenfächern wie Chemie, Astronomie oder Informatik. In der Experimentalphysik folgt auf einen Grundkurs bestehend aus den Gebieten Mechanik, Schwingungs- und Wellenlehre, Akustik, Strömungslehre, Spezieller Relativitätstheorie, Elektrizitätslehre, Magnetismus, elektromagnetische Wellen, Optik und Wärmelehre eine Vorlesung über semiklassische Quantentheorie, Molekül- und Atomphysik. Danach schließen sich spezialisierte Vorlesungen über die modernen Forschungsgebiete der experimentellen Physik wie Plasmaphysik, Kernphysik, Teilchenphysik, Festkörper- und Halbleiterphysik an. Die Theoretische Physik wird im Rahmen des Studiums meist in einen Zyklus aus vier Gebieten eingeteilt: # Mechanik (Newton'sche Mechanik, Analytische Mechanik, Spezielle Relativitätstheorie, Hamilton'sche Mechanik) # Elektrodynamik (Elektro- und Magnetostatik, Maxwell'sche Elektrodynamik, Elektromagnetische Wellen, Spezielle Relativitätstheorie) # Quantenmechanik (Schrödinger'sche Wellenmechanik, Heisenbergsche Matrizenmechanik, Dirac-Notation, Grundzüge der Theoretischen Atomphysik, Einführung in die Relativistische Quantenmechanik) # Thermodynamik und Statistische Physik (Wärmelehre, Statistische Physik, Quantenstatistik, Vielteilchentheorie) Die Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenfeldtheorien, Theoretische Festkörperphysik und weitere Gebiete sind an den meisten Universitäten als Spezialvorlesungen vertreten, gehören aber nicht zum Grundkanon.

Geschichte

Die neuzeitliche Geschichte der Physik wurzelt in antiken Vorarbeiten vor allem griechischer Gelehrter (insbesondere von Aristoteles) und beginnt etwa ab dem Jahr 1500. Seit dieser Zeit kann man von der Physik als eigenständiger Wissenschaft sprechen, obwohl es schon vorher physikalische Entdeckungen und Lehren gab, zum Beispiel über das Feuer, das Rad, das von Archimedes formulierte Hebelgesetz und seine Anwendung in einfachen Maschinen, erste Erkenntnisse in der Optik, der Flüssigkeitslehre und Vorstellungen vom Aufbau der Körper (Demokritsches Teilchenmodell).
- 1543 Veröffentlichung des heliozentrischen Weltbildes in „De Revolutionibus Orbium Coelestium“ („Von den Umdrehungen der Himmelskörper“) durch Nikolaus Kopernikus
- 1589 Fallgesetze (Galileo Galilei)
- 1609 Planetengesetze (Johannes Kepler)
- 1638 und 1650 Luftdruck und Vakuum entdeckt und angewendet (Evangelista Torricelli, Otto von Guericke)
- 1687 Grundgesetz der Mechanik (newtonsche Gesetze durch Isaac Newton)
- 1786 Elektrisches Grundgesetz (coulombsches Gesetz: zur Bestimmung der Kraft zwischen Ladungen)
- 1865 Theorie der elektromagnetischen Wellen (Maxwellgleichungen durch James Clerk Maxwell)
- 1895 Entdeckung der Röntgenstrahlung (X-Strahlung) durch Wilhelm Conrad Röntgen
- 1898 Entdeckung der natürlichen Radioaktivität einiger chemischer Elemente durch Marie und Pierre Curie
- 1900 Begründung der Quantenphysik durch Max Planck
- 1905 Formulierung der speziellen Relativitätstheorie durch Albert Einstein
- 1916 Veröffentlichung der allgemeinen Relativitätstheorie durch Albert Einstein
- 1938 Atomkernspaltung künstlich herbeigeführt durch Otto Hahn
- 1947 Entwicklung des Transistors durch William B. Shockley
- 1960 Entwicklung des ersten Lasers durch Theodore Maiman
- 1970 Erste kontrollierte Kernfusion im Fusionsreaktor Tokamak 3
- 1995 Erfolgreiche Bose-Einstein-Kondensation von Atomen Siehe auch: Portal:Physik, Physiker, Computerphysik, Einheitensystem, Naturkonstante, Physik für die Schule, Physikalisches System, Auf den Schultern von Giganten, Liste der Kurzschreibweisen (Physik), Liste physikalischer Sätze

Literatur


- Tipler, Paul A.; Mosca, Gene: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure. Spektrum Akademischer Verlag 2. Auflage 2004 ISBN 3-827-41164-5
- Feynman, Leighton, Sands: Vorlesungen über Physik. Oldenbourg 1999 ISBN 3-486-25857-5
- Gerthsen; Meschede: Gerthsen Physik. Springer-Verlag 22. Auflage 2004 ISBN 3-540-02622-3
- Demtröder: Experimentalphysik 3. Auflage Springer 2004 ISBN 3-540-26034-X
- Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Thomas Dorfmüller, Wilhelm T. Hering, Klaus Stierstadt:Lehrbuch der Experimentalphysik.de Gruyter 10. Auflage 1998 ISBN 3-110-12870-5

Weblinks


- Physik allgemein
  - [http://www.dpg-physik.de/ Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.]
  - [http://www.ptb.de/ Physikalisch-Technische Bundesanstalt]
- Physik-Portale
  - [http://www.weltderphysik.de/ Welt der Physik]
  - [http://www.pro-physik.de/Phy/External/PhyH/ Findemaschine pro-physik.de]
  - [http://www.ptb.de/de/blickpunkt/interviews/_index.html Was ist Physik? Antworten prominenter Physiker]
  - [http://www.gym-hartberg.ac.at/gym/physik/them.htm Zusammenstellung wichtiger Themen der Physik]
  - [http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/cover.html Physik einfach erklärt] ! als:Physik ja:物理学 ko:물리학 ms:Fizik simple:Physics th:ฟิสิกส์ zh-min-nan:Bu̍t-lí-ha̍k

Ableitung

Das Wort Ableitung bezeichnet
- in der Dialektik im allgemeinen Sprachgebrauch eine logische Abfolge von Gedanken, die von einer Feststellung (oder speziellen Erkenntnis) zu einer Folgerung oder Begründung führen
- im mathematisch-technischen Sinn
  - in der Mathematik die Steigung der Tangenten einer Funktion und ist ein Synonym für den Differentialquotienten. Weiteres siehe unter Differentialrechnung
  - einen Begriff der Mathematik in Zusammenhang mit einer Gedankenkette innerhalb eines Beweises. Diese Idee ist formalisiert worden im Teilgebiet der Mathematischen Logik, siehe Ableitung (Logik)
  - einen Begriff der Theoretischen Informatik in Zusammenhang mit formalen Grammatiken, siehe Ableitung (Informatik)
  - einen Begriff der Objektorientierten Programmierung in Zusammenhang mit Unterklassen
- eine Übersetzung von Philipp von Zesen für das Wort Derivation

Festkörper

In Physik und Chemie bezeichnet der Begriff Festkörper Materie im festen Aggregatzustand. Dies ist ein Spezialfall der kondensierten Materie. Im engeren Sinne versteht man hierunter auch einen Stoff, welcher bei einer Temperatur von 20 °C einen festen Aggregatzustand aufweist, wobei die Bezeichnung Feststoff in diesem Fall stoffspezifisch, jedoch nicht temperaturspezifisch ist. Die Physik und Chemie der Festkörper unterscheiden sich aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkung der Bausteine der Materie erheblich von der Physik und Chemie freier Teilchen oder in Lösung. Besonderes Kennzeichen von Festkörpern ist die Beständigkeit der Ordnung (amorph oder kristallin) ihrer Bausteine.

Aufbau von Festkörpern

Festkörper haben im technischen Sprachgebrauch eine gewisse Mindest-Ausdehnung, die aber nicht scharf definiert ist. Sie sind demnach makroskopische Körper - im Gegensatz zu mikroskopischen Körpern. Zum Beispiel gilt im Regelfall ein Makromolekül für sich allein noch nicht als Festkörper. Alle Festkörper kann man sich aus Bausteinen zusammengesetzt vorstellen. Ein Baustein kann dabei ein einzelnes Atom oder Molekül, aber auch eine Gruppe davon sein. Sind alle Bausteine gleichartig, so spricht man von Monostrukturen, andernfalls von Heterostrukturen.

Typen

Man unterscheidet zwischen amorphen (im kleinsten "gestaltlosen") und kristallinen Festkörpern. Die Festkörperphysik beschäftigt sich vorwiegend mit den Eigenschaften kristalliner Festkörper. Darunter wird - wie in der Geologie - ein feines Gefüge verstanden, wie es beispielsweise beim Marmor am Funkeln kleinster Körner erkennbar ist. Das Wort kristallin bedeutet quasi Miniaturkristalle. Im Gegensatz zu Gesteinen ist jedoch dieses Gefüge bei den meisten in Festkörper- oder Geophysik, Industrie und Technik betrachteten oder verwendeten Festkörpern viel feiner und selbst im Mikroskop bei stärkster Vergrößerung kaum erkennbar. Eine Ausnahme davon sind beispielsweise die Weißschen Bezirke von Metallen, die für den Ferromagnetismus verantwortlich sind. ; Einkristalle : Kennzeichnendes Merkmal von Kristallen ist die regelmäßige Anordnung ihrer Bausteine. Die Art der zugrundeliegenden Struktur ist verantwortlich für viele Eigenschaften eines Festkörpers. Beispielsweise besitzt Kohlenstoff zwei verschiedene Kristallstrukturen -- Graphit und Diamant -- welche völlig verschiedene elektrische Leitfähigkeiten haben (Graphit ist ein Halbmetall, Diamant ein Isolator). ; Amorphe Festkörper : Die Physik der amorphen Festkörper ist vielschichtig, weil hierunter alle Festkörper zusammengefasst werden, die keine regelmäßige Struktur besitzen. Wassereis, Gläser oder erstarrte Flüssigkeiten sind nur einige Vertreter dieser Gattung. Mit dem Verlust einer makroskopischen Struktur gehen auch viele typische Eigenschaften eines Kristalls verloren. Beispielsweise sind die meisten amorphen Festkörper schlechte elektrische Leiter. Dennoch stellt dieses Gebiet ein interessantes Thema in der Forschung dar, da ein Fehlen der Kristallstruktur auch ein Fehlen von Anisotropie-Effekten bedeutet. ; Polykristalline Festkörper : Kristallin und amorph sind nicht die einzigmöglichen Erscheinungsformen von Festkörpern. Dazwischen gibt es einen Bereich, der gewissermaßen eine Mischform darstellt: Die polykristallinen Festkörper. Diese bestehen aus einer Ansammlung von kleinen Einkristallen, die ungeordnet zu einem großen Ganzen verbaut sind.

Bindungen

Der Zusammenhalt eines Festkörpers beruht auf einer attraktiven Wechselwirkungen zwischen den Atomen bzw. Molekülen auf großen Distanzen und einer repulsiven auf kurzen. Den energetisch günstigsten Abstand nennt man Gleichgewichtsabstand. Ist die thermische Energie der Atome zu niedrig um dieser Potenzialfalle zu entkommen, so bilden sich starre Anordnungen aus – die Atome sind aneinander gebunden. Es gibt im wesentlichen vier Bindungsarten, welche den Aufbau und die Eigenschaften eines Festkörpers maßgeblich beeinflussen. ; Ionenbindung : Diese Art der Bindung tritt – zumindest anteilig – immer auf, wenn der Festkörper aus unterschliedlichen Elementen aufgebaut ist, welche eine unterschiedliche Elektronegativität besitzen. Dabei gibt das eine Element dem anderen ein Elektron ab, also das eine zum Anion und das andere zum Kation wird. Die unterschiedlichen Ladungen bewirken eine elektrostatische Anziehung. Salze sind ein typischer Vertreter dieser Bindungsart. ; Atombindung : Diese, auch kovalent genannte, Bindung beruht auf einem Absenken der elektronischen Energie. Das Prinzip das gleiche wie bei der Bildung von Molekülen wie z.B. O2. Elemente der vierten Hauptgruppe (Kohlenstoff, Silizium, Germanium) sind auf diese Art gebunden. ; Metallbindung : Die Metallbindung ist ein Extremfall der Atombindung. Auch diese Bindung ist durch eine Absenkung der elektronischen Energie bedingt. Nur ist hier der Überlapp der Orbitale der Atome so groß, dass diese auch noch mit denen seinen übernächsten (oder noch mehr) Nachbarn wechselwirken. Man kann es sich so vorstellen, dass die Ionenrümpfe der Atome in einen Elektronensee eingebettet sind. Wie der Name bereits andeutet, bilden Metalle diese Bindung aus. ;Van-der-Waals-Bindung : Die Van-der-Waals-Bindung tritt grundsätzlich immer auf, ist allerdings so schwach, das sie sich nur bei Abwesenheit einer anderen Bindungsart bemerkbar macht. Die anziehende Kraft ist eine elektrostatische, wird hier jedoch durch induzierte Dipolmomente verursacht. Edelgas- und Molekülkristalle werden nur von diesen zusammengehalten. Diese Bindungsarten sind keineswegs isolierte Fälle, die nur entweder-oder auftreten. Der Übergang von ionischer zu kovalenter zu metallischer Bindung ist fließend. Zudem können in Festkörpern verschiedene Bindungen nebeneinander auftreten. Graphit z.B. besteht aus Schichten kovalent gebundener Kohlenstoffatome, während die Schichten als Ganzes untereinander über Van-der-Waals Bindungen zusammenhalten. Da letztere Bindung so schwach ist, nutzt man Graphit als Bleistiftminen – beim Reiben über Papier reißen die Bindungen bereits auf.

Oberflächen

Mit der Oberfläche meint man die abschließenden 1–3 Atomlagen an der Grenze zum Vakuum. Das Fehlen von Bindungspartnern zu einer Seite zieht für Atome dieser Schichten überlichlicherweise eine Relaxation oder Rekombination nach sich. Dabei versuchen die Atome durch Ändern ihrer Bindungslänge zu tieferliegenden Schichten (Relaxation) oder durch Umordnung ihrer Positionen und Absättigen offener Bindungen (Rekombination) einen energetisch günstigeren Zustand einzunehmen. Das Resultat sind neue Oberflächenstrukturen, die eine andere Periodizität als das Substrat (tieferliegende Schichten) aufweisen können. Eine weitere Besonderheit ist das Auftreten von Oberflächenzuständen. Das bedeutet, dass in den sonst für energetisch verbotenen Bereichen -- den Bandlücken -- erlaubte Energiezustände für Elektronen entstehen können. Bei Halbleitern sorgen diese neuen Zustände für eine Verbiegung der Bänder und damit einer Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit. Es können so Leitungskanäle entstehen, was zum Beispiel für Feldeffekttransistoren genutzt wird.

Eigenschaften von Festkörpern

Elektrische Leitfähigkeit

Alle Festkörper können nach ihrer Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, den Leitern, Halbleitern oder Nichtleitern zugeordnet werden. Diese Einteilung wurde historisch so festgelegt. Eine Erklärung für die Unterschiede der Leitfähigkeit konnte jedoch erst das Bändermodell liefern. Heutzutage wird daher die Gruppenzuordnung durch die Größe der Bandlücke festgelegt. ; Leiter : Fast alle Metalle zählen zu den elektrisch guten Leitern. Die Leitungselektronen verhalten sich so, als ob sie sich frei im Festkörper bewegen können. Bei steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit jedoch ab, was mit vermehrten Stößen der Elektronen untereinander und an Fehlstellen in der Kristallstruktur begründet werden kann. ; Halbleiter : Auffälligstes Merkmal der Leitfähigkeit von Halbleitern ist ihre starke Abhängigkeit von inneren (Reinheitsgrad) wie auch äußeren Parametern (Temperatur). Bei reinen (intrinsische) Halbleitern nimmt die Leitfähigkeit bei steigender Temperatur sehr stark zu -- oft um eine Größenordnung bei ca. 20 K Unterschied. Neben Elektronen tragen hier auch sogenannte Defektelektronen, auch Löcher genannt, zur Leitfähigkeit bei. Die Ladungsträgerdichten von Löchern und Elektronen sind in intrisischen Halbleitern gleich groß, das Verhältnis kann jedoch durch gezieltes Verunreinigen (Dotieren) einseitig verändert werden. ; Nichtleiter : Isolatoren leiten unter normalen Umständen praktisch keinen elektrischen Strom. Die elektrische Leitfähigkeit gehört zu den variabelsten Größen in der Physik, die möglichen Werte erstrecken sich über mehr als 30 Größenordnungen. Dabei zeigen die meisten nichtmagnetischen Festkörper bei sehr tiefen Temperaturen ein weiteren erstaunlichen Effekt: Unterhalb einer kritischen Temperatur verschwindet der elektrische Widerstand völlig, diesen Zustand nennt man supraleitende Phase.

Deformierbarkeit

Anders als bei Flüssigkeiten und Gasen sind die Teilchen im festen Aggregatzustand nur minimal gegenseitig verschiebbar - entsprechend ihrer kristallartigen Feinstruktur. Im kleinsten sind solche Deformationen nur schwer modellierbar, doch über Millionen oder Trillionen von Teilchen folgen sie klaren Gesetzen. Sie hängen mit der Elastizität und ihren Modulen zusammen, sowie mit der Form und Dimension der zu deformierenden Körper. Ein idealisierter Festkörper, der in der klassischen Mechanik als Modell eines Festkörpers verwendet wird, ist der starre Körper. Er unterliegt keinerlei Verformungen, kommt aber in der Natur nicht vor. In den meisten Fällen ist er ein gutes Modell für die realen Objekte in unserer Umwelt. Der reale Festkörper hingegen hat in der Regel keine einfache, sondern eine richtungsabhängige Verformbarkeit. Dies behandelt zum Beispiel die Festkörperphysik und die Theorie von Materiewellen.

Reaktivität

Im Vergleich zu Reaktionen in Lösung zeichnen sich Festkörperreaktionen normalerweise durch sehr hohe Aktivierungsbarrieren aus. Der Grund ist der Reaktionsmechanismus, nach dem Festkörperreaktionen ablaufen: Die Leerstellen im Kristallgitter wandern wie in einem "Schiebepuzzle". Dafür muss die Kristallstruktur deformiert werden, was einen großen Energieaufwand verursacht.

Andere Eigenschaften

Weitere typische Attribute von Festkörpern sind ihre Leitfähigkeit für Wärme oder elektrischen Strom. Diese beiden Eigenschaften sind meist eng gekoppelt.

Siehe auch


- Aggregat
- Klassische Mechanik
- Sir Isaac Newton
- Starrer Körper Kategorie:Festkörperphysik ja:固体 ko:고체 ms:Pepejal simple:Solid

Moment (Physik)

In der Mechanik bezeichnet man als Moment ein entgegengesetzt gerichtetes, gegeneinander versetztes, gleich großes Kräftepaar, sowie jede andere Belastung, die auf einen Körper dieselbe Wirkung ausübt. Im technischen Bereich existiert eine Nomenklatur, in der das Drehmoment eine spezielle Momentart bezeichnet. Im allgemeinen Gebrauch des Begriffs Drehmoment umfasst dieser Begriff auch das, was hier unter Moment definiert wird. Die Größe des Moments ist das Produkt aus einer der beiden Kräfte und dem Abstand der beiden parallelen Geraden voneinander, in denen die beiden Kräfte wirken. Diesen Abstand bezeichnet man als Hebelarm. Das Moment ist im allgemeinsten Sinne außerdem ein Vektor, der rechtwinklig zu der Ebene zeigt, die von einem der beiden Kraftvektoren und einem Vektor parallel zum Hebelarm aufgespannt wird (s. Kreuzprodukt). Die Richtung des Moment-Vektors ist per Definition diejenige Richtung, in der eine Schraube mit Rechtsgewinde fortschreiten würde. Man bezeichnet dies auch als Rechte-Hand-Regel: die gekrümmten Finger zeigen in Drehrichtung, und der Daumen in Richtung des Momentenvektors. Die physikalische Dimension ist demnach das Produkt aus Kraft und Weg. Im SI-System hat ein Moment die (abgeleitete) Maßeinheit Newtonmeter (Nm), gleichbedeutend mit \frac. Anmerkung: Die Einheit des Momentes ist die einer Arbeit (Energie). Allerdings muss das Moment um einen Winkel drehen, um Arbeit zu leisten, das Moment ist also mit dem dimensionslosen Winkel (in der 'Einheit' Rad) zu multiplizieren. Folgendes praktische Beispiel veranschaulicht, wie man sich ein Moment vorstellen kann. Man versucht, ein altes, sehr verrostetes Motorrad auseinanderzunehmen und möchte gerne eine horizontal angeordnete, festgerostete Innensechskantschraube lösen. Klugerweise hat man den Innensechskantschlüssel mit einem ca. 1m langen Stahlrohr verlängert. Nehmen wir an, dieser Hebelarm zeigt nach links, muss also herabgedrückt werden. Falsch ist es, das Ende des Hebelarms mit aller Gewalt abwärts zu drücken und den Innensechskantschlüssel an der Schraube nur ein wenig festzuhalten, denn die andere Kraft des Kräftepaars wird dann von der Schraube selbst aufgebracht - sie reagiert genauso, als ob man ein Sechskantprofil hineinstecken und sich draufstellen würde. Der Innensechskant wird auf Biegung beansprucht und zerstört. Richtig dagegen ist, mit der linken Hand das Rohr am Ende abwärts zu drücken und mit der rechten Hand dicht an der Schraube genauso stark aufwärts zu ziehen. Dann leitet man keine Kraft, sondern nur ein Moment in die Schraube ein, und sie löst sich. Eine Kraft \vec, die in einem Punkt A angreift, kann man mit einer gleichen Kraft \vec und entgegengesetz gleicher Kraft \vec ergänzen, die beide im Punkt B angreifen und sich dort gegenseitig aufheben. Betrachtet man nun \vec als eine von A nach B verschobene Version der Kraft \vec, ergibt sich, dass zusätzlich ein Moment aus dem Kräftepaar \vec und \vec entsteht. Das Moment ist in der folgenden Skizze ein Vektor, der in die Ebene hineinzeigt, und beträgt \overrightarrow \times \vec, also das Kreuzprodukt aus dem Ortsvektor des Kraftangriffspunktes und dem Kraftvektor. (Vektoren in der folgenden Skizze durch Fettdruck gekennzeichnet.) A A A P ---->o o P ---->o | | | | = | + | | | | o Q ---->o o<---- R B B B Wenn an einem Körper sehr viele Kräfte \vec_1,\vec_2,\vec_3,\ldots in den Punkten \vec_1,\vec_2,\vec_3,\ldots wirken, rechnet man sie in diesem Sinne auf einen gemeinsamen Bezugspunkt \vec_0 um, indem man sie alle dorthin verschiebt und gleichzeitig die Momente : \vec_1 = (\vec_1-\vec_0)\times\vec_1 : \vec_2 = (\vec_2-\vec_0)\times\vec_2 : \vec_3 = (\vec_3-\vec_0)\times\vec_3 : \ldots einführt. Wenn der Körper irgendwo befestigt ist, schneidet man ihn (in Gedanken) frei und bezieht die Schnittlasten in die Betrachtung mit ein. Schnittlasten sind die von der weggeschnittenen Umgebung auf den Körper ausgeübten Kräfte und Momente. Der Körper befindet sich im Gleichgewicht, wenn nicht nur alle (in den gemeinsamen Bezugspunkt umgerechneten) Kräfte in der Summe null sind, sondern auch alle Momente (die beim Verschieben der Kräfte in den Bezugspunkt hinzukommen): : \sum_ \vec_i = 0\;,\quad \sum_\vec_i = \sum_(\vec_i-\vec_0)\times\vec_i = 0 Anderenfalls wird der Körper durch die Kräfte und Momente translatorisch und/oder rotatorisch beschleunigt. Hierbei wählt man als körperfesten Bezugspunkt am zweckmäßigsten den Schwerpunkt (Massenmittelpunkt) am Ort \vec_G. Ein beliebiger Punkt des Körpers hat die Geschwindigkeit : \frac= \frac +\vec \times (\vec-\vec_G)\,, wobei der Drehgeschwindigkeitsvektor \vec nach der Rechte-Hand-Regel in Richtung des Daumens zeigt, wenn die Fingerspitzen in Drehrichtung zeigen. Aus dem zweiten newtonschen Gesetz („Kraft = Masse mal Beschleunigung“) ergibt sich der Schwerpunktsatz : m \frac = \sum_ \vec_i. Der Drallsatz : \frac(\Theta \cdot \vec) = \Theta \cdot \frac + \vec \times (\Theta \cdot \vec)= \sum_ \vec_i\,. kann unter der Annahme, dass zwischen den Punktmassen nur zentrale Kräfte wirken (d.h. die Kräfte zwischen den Punktmassen wirken entlang der Verbindungslinie) durch Integration über alle Punktmassen hergeleitet werden. Es sei deshalb angemerkt, daß der Drallsatz nicht bewiesen werden kann. Darin ist m die Masse des Körpers. ist der Massenträgheitstensor, im Allgemeinen ein Tensor zweiter Stufe, darstellbar als 3×3 Matrix. Seine Komponenten sind die im körperfesten System zeitlich konstanten Massenträgheits- und Deviationsmomente. Im einfachsten Fall, wenn der Körper sich um eine raumfeste Achse dreht, die doppelt symmetrisch ist (d.h. beide Symmetrieebenen schneiden sich in der Drehachse), vereinfacht sich der Drallsatz zu „Massenträgheitsmoment mal Drehbeschleunigung = Momentensumme“ in Analogie zu „Masse mal Beschleunigung = Kräftesumme“. In Wellen, Trägern und anderen Balken unterscheidet man die Schnittmomente
- Biegemoment, Momentenvektor quer zur Achse, Balken wird gekrümmt
- Torsionsmoment, Momentenvektor in Achsrichtung, Balken wird verdrillt Man betrachtet dabei einen Teil des Balkens, von dem der restliche Balken (in Gedanken) weggeschnitten wurde, und definiert die Schnittkräfte und Schnittmomente als Komponenten des Kraftvektors und des Momentenvektors, den der weggeschnittene Teil auf das Schnittufer ausübt.

Literatur


- Istvan Szabó: Einführung in die Technische Mechanik, Springer, 1999, ISBN 3540442480
- Peter Gummert, Karl-August Reckling: Mechanik, Vieweg, 1994, ISBN 352828904X

Siehe auch


- Portal:Physik
- Drehmoment ja:モーメント Kategorie:Mechanik

Präzession

Präzession ist allgemein die Lageveränderung der Achse eines rotierenden Kreisels, wenn äußere Kräfte auf ihn einwirken. Im Speziellen ist damit die Präzession der Erdachse gemeint. ErdachseDie Trägheit der rotierenden Kreiselmasse bewirkt bei „Störungen“ durch Krafteinwirkung F1 an der Kreiselachse eine Ausweichbewegung, als wenn am Angriffspunkt der Störkraft eine um 90° in Rotationsrichtung „weitergedrehte “ Kraft F2 wirken würde. Die Präzession lässt sich bei jedem Spielzeugkreisel beobachten. Steht die Drehachse des Kreisels genau senkrecht zur Erdoberfläche, wirkt kein Drehmoment auf ihn ein, da die Schwerkraft parallel zu dieser Drehachse ist. Deshalb bleibt die Achse senkrecht, es findet keine Präzession statt. Setzt man einen Kreisel schräg auf, würde er durch die Schwerkraft umkippen, wenn er nicht rotieren würde. Dieses „Kippmoment“ (analog F1) bewirkt bei einem rotierenden Kreisel, dass seine Drehachse aufgrund der Ausweichbewegung (durch F2) eine Bewegung ausführt, die Präzession. Ist die Drehachse des Kreisels insbesondere parallel zur Erdoberfläche, und ist der Kreisel auf der Drehachse, jedoch nicht im Schwerpunkt gestützt, so rotiert die gesamte Anordnung um den Stützpunkt des Kreisels. Technische Anwendungen der Präzession sind der Kreiselkompass, der Wendezeiger und das Zweirad (vgl. Gyroskopischer Effekt bei Zweirädern). Die Frequenz für die Präzession wird bestimmt durch: : T_p = \frac Is sei das Trägheitsmoment, Ts ist die Drehperiode und Q das Drehmoment. Es handelt sich hierbei um eine vereinfachte Verformelung.

Präzession der Erde

Trägheitsmoment Die Erde hat keine exakte Kugelform, sondern durch die Abplattung des Erdellipsoids von 1:298,25 einen zusätzlichen "Äquatorwulst" (engl. equatorial bulge) von 21 km. Dadurch bewirken die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne ein Drehmoment, welches die Erdachse aufzurichten versucht und zur Präzession der Erdachse führt (in der Zeichnung mit P bezeichnet). Für eine volle Kegelbewegung benötigt die Erdachse etwa 25.780 Jahre. Dieser Zeitraum wird auch platonisches Jahr oder Großjahr genannt. Die Mondbahn selbst ist ebenfalls Präzessionsbewegungen mit einer Periodenlänge von 18,6 Jahren unterworfen, was mit ihrer Neigung von 5° und der wechselnden Knotenlage zusammenhängt. Dieser Effekt hat ebenfalls kleinere Auswirkungen auf die Präzession der Erdachse von etwa 20". Die entstehende nickende Bewegung der Erdachse heißt Nutation (in der Zeichnung mit N bezeichnet).

Auswirkungen

Die Präzession der Erdachse führt dazu, dass das tropische Jahr, das sich nach dem Winkel der Erdachse zur Sonne richtet, etwas kürzer ist als das siderische Jahr (ein Umlauf um die Sonne). Dadurch verändert sich die Schnittlinie Äquator-Ekliptik (der sog. Frühlingspunkt), welcher als eine Art "Nullmeridian" dient. Infolgedessen ändern sich auch die Positionen der Fixsterne am Himmel langsam - um etwa 0,01° pro Jahr.
Dieser Effekt ist schon seit über 2000 Jahren bekannt. Der griechische Astronom Hipparchos verglich etwa um 150 v. Chr. die Sternörter seines neu gemessenen Kataloges mit den Daten aus mehrere hundert Jahre alten Aufzeichnungen und stellte Unterschiede fest. Die Babylonier dürften die Präzession aber schon 170 Jahre früher entdeckt haben. Gegenwärtig zeigt die Erdachse in Richtung des Polarsterns, um den sich scheinbar alle Fixsterne drehen. Als Folge der Präzession wird in fernerer Zukunft der Himmelspol nicht mehr beim Polarstern liegen, sondern in verschiedenen Sternbildern auf einem Kreis von 23,5° Radius (Schiefe der Ekliptik) um den Ekliptikpol. In 12.000 Jahren wird sich der Himmelspol beim hellsten nördlichen Stern befinden, der Wega im Sternbild Leier.

Weblinks


- [http://www.greier-greiner.at/hc/praezession.htm Sehr gute Beschreibung mit animierter Grafik]
- [http://www.physik.uni-wuerzburg.de/physikonline/video1/m6_starrerk/m2versuch5.html Präzession eines Kreisels] (mit Video, [http://www.apple.com/de/quicktime/download/ Quicktime] erforderlich)
- [http://www.physik.uni-wuerzburg.de/physikonline/video1/m6_starrerk/m2versuch6.html Präzession eines Fahrradkreisels] (mit Video, [http://www.apple.com/de/quicktime/download/ Quicktime] erforderlich) Kategorie:Astronomisches Koordinatensystem ja:歳差 ko:세차운동

Zweirad

Ein Zweirad ist ein Fahrzeug mit zwei in einer Spur hintereinander angebrachten Rädern, angetrieben durch Muskelkraft oder einen Motor. Das Zweirad-Prinzip wurde 1817 von Karl Drais erfunden, sog. Laufmaschine oder Draisine Beispiele:
- Fahrrad
- Kleinkraftrad (Moped, Mokick)
- Laufrad
- Leichtkraftrad
- Mofa
- Motorrad
- Motorroller
- Tretroller Kategorie:Straßenfahrzeug

Ballistische Rakete

Als Interkontinentalrakete (:en:ICBM: InterContinental Ballistic Missile) wird eine Boden-Boden-Rakete hoher Reichweite bezeichnet. Nach dem raketengetriebenen Start dringt das Projektil in den Weltraum ein, der weitgehend antriebslos (= ballistisch) bis zum Ziel durchflogen wird. Im Gegensatz dazu fliegen Kurz- und Mittelstreckenraketen in den unteren Bereichen der Erdatmosphäre, sie haben eine kleinere Reichweite. Die Abgrenzung des Begriffs Interkontinentalrakete zu Begriffen wie Langstreckenrakete, Mittelstreckenrakete, ist uneinheitlich.

Antrieb

Während die ersten Generation Interkontinentalraketen durchwegs Raketentriebwerke mit teilweise cryogenem Flüssigtreibstoff hatten, ging man mehr und mehr zu lagerfähigen Flüssigtreibstoffen und Feststoffantrieb über. Raketentriebwerke mit Feststoffantrieb haben zwar eine geringere Effizienz, sind jedoch in der Handhabung einfacher und besitzen eine kürzere Reaktionszeit - das Betanken der Rakete entfällt. Moderne Interkontinentalraketen haben teilweise in der letzten Antriebsstufe wieder einen Raketenmotor mit Flüssigtreibstoff, allerdings regelbar. Diese Raketenstufen sind heute durchweg lagerfähig, der Treibstoff lagert dabei über Jahre in der Rakete und muss nicht kurz vor Start getankt werden. Durch die Regelmöglichkeit ist der Flug nicht mehr rein ballistisch und der Flugkörper kann bis kurz vor den Einschlag manövriert werden. Dies verbessert zum einen die Genauigkeit und zum anderen erschwert es die Abwehr, da die Flugbahn nicht mehr deterministisch durch die Gesetze der Ballistik vorgegeben ist.

Reichweite

Beliebige Reichweiten sind möglich - üblich sind Reichweiten bis ca. 15.000 km. Die nicht mehr in Truppendienst befindliche russische Rakete SS-9 hatte in einer ihrer Varianten beispielsweise einen teilorbitalen Sprengkopf, der jeden Punkt der Erde aus jeder Richtung erreichen konnte (FOBS). Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit dieser Raketen werden veraltete Interkontinentalraketen auch zum Start von Satelliten eingesetzt, beispielsweise die russischen Raketen vom Typ SS-19 als Rockot-Trägerrakete.

Sprengkopf

Typen

ICBMs sind ausschließlich mit nuklearen Sprengköpfen bestückt. Hier kommen seit der zweiten Generation fast ausschließlich Mehrfachsprengköpfe zum Einsatz (MIRV), d. h. spätestens beim Wiedereintritt in die Atmosphäre teilt sich die Spitze in mehrere (meist) auf verschiedene Ziele programmierte Gefechtsköpfe. Die sog. Warheads liegen meist bei einer Sprengkraft von hunderten kt. Bei der sowjetischen R-36M (SS-18 Satan) Mod 2 war die Sprengkraft pro Sprengkopf bis zu 1,3 MT.

Wiedereintrittskapsel

Da Interkontinentalraketen durchwegs einen Großteil der Flugbahn im Weltraum zurücklegen, müssen sie zum Erreichen ihres Zieles wieder in die Erdatmosphäre eindringen. Um nicht zu verglühen, benötigen sie eine wärmeresistente Wiedereintrittskapsel.

Vielfachwiedereintrittskörper

Aus Gründen der Effizienz werden Interkontinentalraketen oft nicht nur mit einem Sprengkopf ausgerüstet, sondern mit mehreren kleinen Sprengköpfen. Die erste Generation mehrfacher Sprengköpfe war in ihren Fähigkeiten begrenzt. Die Gefechtsköpfe konnten noch nicht voneinander unabhängig gesteuert werden (MRV - Multiple Re-Entry Vehicle). So zum Beispiel die SS-9 Mod 4. Bei späteren ballistischen Trägersystemen wurde schon möglich, Gefechtsköpfe unabhängig voneinander zu steuern(engl. MIRV: Multiple Independently targetable Re-entry Vehicle). Diese Sprengköpfe sind bei modernen Raketen unabhängig voneinander manövrierbar und können innerhalb des Zielgebiets mit meist mehreren hundert Kilometer Durchmesser beliebig platziert werden. In den 80er Jahren hat die US Navy das System weiterentwickelt. Die MARV (Maneuvering Re-Entry Vehicle) sollte begrenzt manövrierfähig sein und so die Raketenabwehr rund um Moskau und Leningrad penetrieren können. Als Trägerrakete war die sehr genaue (CEP 120 m) UGM-93B Trident II D-5 geplant. Es wurde jedoch nicht mehr in Dienst gestellt.

FOBS

Bei FOBS (Fractional Orbital Bombardment System) wird der Gefechtskopf in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht, von wo aus er jeden Punkt der Erde auf seiner Flugbahn erreichen kann. Um das System einzusetzen, muss der Gefechtskopf lediglich in der Atmosphäre abgebremst werden. Da die Abbremsung zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen kann und die Zeitspanne zwischen der Abbremsung und dem Aufschlag auf der Erde nur wenige Minuten beträgt, ist die Vorwarnzeit sehr gering, was auch zum späteren Verbot dieser Art von Waffen führte. Außerdem flogen diese Geschosse in niedrigeren Höhen, so dass die Entdeckung durch Radarsysteme dadurch erschwert wurde. Die Raketen würden über den Südpol fliegen und die USA vom Süden aus angreifen. Damit umging man das US-Radarnetz das in Richtung Norden ausgerichtet war. Die Trägerrakete war die sowjetische R-36O (SS-9 Scarp Mod 3). Es wurde im November 1968 voll Einsatzbereit. Es transportierte einen Gefechtskopf mit einer Sprengkraft von 1-3 MT. Dieses System wurde allerdings nur für kurze Zeit in Dienst gestellt und war nie in ausreichenden Zahlen verfügbar. Außerdem war es sehr ungenau (CEP bis zu 5 km) und dadurch für den Angriff auf gehärtete Ziele (z.B. Raketensilos) ungeeignet.

Abwehr

Im Allgemeinen wird heute davon ausgegangen, dass Interkontinentalraketen auf Grund ihrer hohen Geschwindigkeit - circa 20-fache Schallgeschwindigkeit - und Flughöhe nur mit nuklear bestückten Abfangraketen sicher abgewehrt werden können. Da die amerikanischen und sowjetischen Interkontinentalraketen vielfach für einen Flug über den Nordpol programmiert waren, sind die entsprechenden Abwehranlagen jeweils nach Norden ausgerichtet. Aus diesem Grund befinden sich in Alaska amerikanische Anlagen zur Raketenortung und -abwehr. Während des kalten Krieges handelten die USA und die UdSSR ein Abkommen aus, das es jeder Seite erlaubte, eine Anlage zur Raketenabwehr einzurichten. Während die USA ihre Raketenfelder schützten, aber die Anlage bereits nach kurzer Zeit (gerüchteweise 1 Tag) wieder außer Betrieb nahmen, sind die ABM Raketen des heutigen Russland nach wie vor rund um Moskau stationiert. Die US-amerikanischen Bestrebungen zum Bau nicht-nuklearer Abwehrmethoden sind - nach heute allgemeine anerkannter Sichtweise - nur gegen einfache Interkontinentalraketen die über keine Köder (:en:Decoy), sonstige Gegenmaßnahmen oder MIRVs verfügen. Beispielsweise chinesischer- (Ausnahme DF-31 CSS-9) oder nordkoreanischer Herkunft geeignet.

Typen

(Kursiv = nicht in Dienst, entweder obsolet, oder noch in der Entwicklung) USA
- landgestützt: [http://www.globalsecurity.org/wmd/systems/icbm.htm]
  - CGM-16 Atlas
  - HGM-25A Titan I
  - LGM-25C Titan II
  - LGM-30A/B Minuteman I
  - LGM-30F Minuteman II
  - LGM-30G Minuteman III
  - LGM-118 Peacekeeper
  - MGM-134 Midgetman Small ICBM (nicht in Dienst gestellt)
- seegestützt: [http://www.globalsecurity.org/wmd/systems/slbm.htm]
  - UGM-27A Polaris A-1
  - UGM-27B Polaris A-2
  - UGM-27C Polaris A-3
  - UGM-73 Poseidon C-3
  - UGM-93 Trident I C-4
  - UGM-133 Trident II D-5 UdSSR / Russland
- landgestützt (Sowjetische Bezeichnung. Defense Intelligence Agency-, Nato-Code in Klammern).
  - R-7 (SS-6, Sapwood)
  - R-9 (SS-8, Sasin)
  - GR-1 (SS-10 Scragg, nicht in Dienst gestellt)
  - R-16 (SS-7 Saddler)
  - R-26 (SS-8 Sasin, Verwechslung mit R-9, nicht in Dienst gestellt)
  - R-36 (SS-9 Scarp)
  - R-36-O (SS-9 FOBS, orbitalfähige R-36)
  - R-36M "Voivode" (:en:SS-18 Satan) (verschiedene Versionen)
  - UR-100 (SS-11 Sego)
  - UR-100MR "Sotka" (SS-17 Spanker)
  - UR-100N (SS-19 Stiletto)
  - UR-200 (SS-X-10 Scragg, Verwechslung mit GR-1, nicht in Dienst gestellt)
  - UR-500 "Proton" (nicht in Dienst gestellt)
  - RT-1 (kein Nato-Code vorhanden, nicht in Dienst gestellt)
  - RT-2 (SS-13 Savage)
  - RT-20P (SS-15 Scrooge)
  - RT-21 "Temp-2S" (SS-16 Sinner)
  - RT-2PM "Topol" (SS-25 Sickle)
  - RT-2UTTH "Topol-M" (SS-27 :en:Topol-M)
  - RT-23 "Molodets" (SS-24 Scalpel)
  - RSS-40 "Kuryer" (Nato-Code SS-X-26 ist obsolet, Projekt wurde aufgegeben)
- seegestützt China
- landgestützt:
  - DF-3 (Projekt wurde aufgegeben)
  - DF-5 (andere Bezeichnung CSS-4)
  - DF-6 (Projekt wurde aufgegeben)
  - DF-22 (andere Bezeichnung DF-14, Projekt wurde aufgegeben)
  - DF-31 (andere Bezeichnung CSS-X-9 bzw. CSS-9 bei Indienststellung)
  - DF-41 (andere Bezeichnung CSS-X-10, geplante Indienststellung 2010) Nordkorea:
  - No-dong-B (vorläufige Bezeichnung)
  - Taep´o-dong-1
  - Taep´o-dong-2
  - NKSL-1 (Taep´o-dong-1 mit dritter Stufe, kann Satelliten in den Orbit bringen, vorläufige Bezeichnung)
  - NKSL-X-2 (Taep´o-dong-2 mit dritter Stufe, kann Satelliten in den Orbit bringen, vorläufige Bezeichnung) Großbritannien
- (seegestützt, U-Boote):
  - Polaris (SLBM) (US-Rakete mit britischen Sprengköpfen)
  - Trident (SLBM) II (US-Raketen mit britischen Sprengköpfen) Frankreich
- (seegestützt, U-Boot):
  - M-1
  - M-2
  - M-20
  - M-4 bzw. M-45 nach Umrüstung
  - M-5 bzw. M-51 nach Umrüstung Indien
  - Surya (vermutlich in Entwicklung, Status unklar): Pakistan
  - Tipu (vielleicht in Entwicklung oder Verwechslung mit anderer Rakete)

Abrüstung


- ABM-Vertrag
- START-Vertrag

Weblinks


- [http://www.globalsecurity.org/wmd Massenvernichtungswaffen der Welt Global Security (en). Sehr ausführlich]
- [http://www.nrdc.org/nuclear/nudb/datainx.asp NRDC Archive of Nuclear Data. Viele wichtige Zahlen]
- [http://www.globaldefence.net/deutsch/nordamerika/usa/strategisch.htm US-Atomstreitkräfte(de)]
- [http://www.russianforces.com Atomstreitkräfte Russlands]
- [http://space.huerz.ch/htm/startplaetze.htm Raketenstartplätze UdSSR]
- [http://www.peterhall.de/lexikon/lexikon2.html Interkontinentalraketen] Kategorie:Atomwaffe !Interkontinentalrakete Kategorie:Raketentyp ja:大陸間弾道ミサイル ms:Peluru berpandu balistik jarak benua

20. Jahrhundert

Das 20. Jahrhundert begann am 1. Januar 1901. Allerdings erließ der damalige Kaiser Wilhelm II. ein Dekret, welches in Deutschland den Beginn des neuen Jahrhundert auf den 1. Januar 1900 legte. Das 20. Jahrhundert zählt zur Epoche der Neuzeit und endete am 31. Dezember 2000.

Ereignisse/Entwicklungen


- Erster Weltkrieg (1914–1918)
- sozialistische und kommunistische Revolutionen in Europa, Asien und Amerika (vergleiche Kommunistische Partei)
  - Oktoberrevolution (1917)
  - Novemberrevolution (1918)
  - Chinesische Revolution (1949)
    - infolge: Okkupation Tibets durch die chinesische Volksbefreiungsarmee (1951)
  - Kubanische Revolution (1959)
- Zweiter Weltkrieg (1939–1945)
  - Holocaust und Shoa
- Kalter Krieg (Beginn um 1945, Ende etwa 1991)
  - Koreakrieg (1950–1953)
  - Mauerbau (1961)
  - Kubakrise (1962)
  - Vietnamkrieg (1964-1975)
- Teilung Deutschlands, Gründung der Bundesrepublik und Verkündung des Grundgesetzes (1945–1949)
- Nahostkonflikt
  - Palästinakrieg (1948)
  - Sechs-Tage-Krieg (1967)
  - Jom-Kippur-Krieg (1973)
  - Intifada (ab 1987)
- die Generalversammlung der Vereinten Nationen verkündet 1948 in Form einer UNO-Resolution die Gemeinsame Erklärung der Menschenrechte
- Viele ehemaligen Kolonien werden unabhängig.
- Kulturrevolution in der Volksrepublik China (1966-1976)
- Reaktorkatastrophe von Tschernobyl (26. April 1986)
- Wiedervereinigung der beiden deutschen Staaten im Jahre 1990

Erfindungen und Entdeckungen


- Elektronik (erst mit Röhren, dann mit Transistoren)
  - Röhre
  - Transistor
  - Computerchip
- Funktechnik
  - Radio
  - Fernseher
  - Mobilfunk
- DNA-Struktur
  - Gentechnik
- Flugzeug
- Raumfahrt
  - Erste Mondlandung
- Kernenergie
  - Kernreaktor
  - Atombombe
- Internet

Persönlichkeiten

Politik und Adel


- Konrad Adenauer (Bundesrepublik Deutschland)
- Bhimrao Ramji Ambedkar
- Askar Akajew (Kirgisien)
- Salvador Allende (Chile)
- Jassir Arafat (Palästinenser)
- Kemal Atatürk (Türkei)
- Clement Attlee (Großbritannien)
- Menachem Begin (Israel)
- David Ben Gurion (Israel)
- Jean Bedel Bokassa
- Pieter Willem Botha (Südafrika, Apartheid)
- Elizabeth Bowes-Lyon (Großbritannien)
- Willy Brandt (Bundesrepublik Deutschland)
- Leonid Iljitsch Breschnew (UdSSR)
- George Herbert Walker Bush (USA)
- Heinrich Brüning (Weimarer Republik)
- Jimmy Carter (USA)
- Fidel Castro (Kuba)
- Nicolae Ceauşescu (Rumänien)
- Neville Chamberlain (Großbritannien)
- Jacques Chirac (Frankreich)
- Nikita Chruschtschow (UdSSR)
- Winston Churchill (Großbritannien)
- Dalai Lama Tibet
- Frederik Willem de Klerk (Südafrika)
- Deng Xiaoping (Volksrepublik China)
- Alexander Dubček (Tschechoslowakei)
- Friedrich Ebert (Deutschland)
- Dwight D. Eisenhower (USA)
- Ludwig Erhard (Bundesrepublik Deutschland)
- Valéry Giscard d'Estaing (Frankreich)
- Gerald Ford (USA)
- Francisco Franco (Spanien)
- Mahatma Gandhi (Indien)
- Hans-Dietrich Genscher (Deutschland)
- Mao Zedong (Volksrepublik China)
- Charles de Gaulle (Frankreich)
- Michail Gorbatschow (UdSSR)
- Paul von Hindenburg (Weimarer Republik)
- Adolf Hitler (Drittes Reich)
- Ho Chi Minh (Vietnam, Vietcong, Vietnamkrieg)
- Saddam Hussein (Irak)
- Juan Carlos (Spanien)
- John F. Kennedy (USA)
- Ruhollah Khomeni (Iran, Islamische Revolution)
- Martin Luther King (USA, Bürgerrechtsbewegung)
- Helmut Kohl (Bundesrepublik Deutschland)
- Wladimir Iljitsch Lenin (Russland, Oktoberrevolution)
- Karl Liebknecht (Deutschland, Sozialismus)
- Patrice Lumumba (Kongo)
- Rosa Luxemburg (Deutschland, Sozialismus)
- Nelson Mandela (Südafrika, ANC)
- Golda Meïr (Israel)
- François Mitterrand (Frankreich)
- Jean Monnet Frankreich
- Muhammad Husni Mubarak (Ägypten)
- Benito Mussolini (Italien)
- Augusto Pinochet Ugarte (Chile, Militärjunta)
- Pol Pot (Kambodscha)
- Jitzhak Rabin (Israel)
- Fürst Rainier (Monaco)
- Ronald Reagan (USA)
- Franklin D. Roosevelt (USA)
- Anwar as-Sadat (Ägypten)
- Ariel Scharon (Israel)
- Josef W. Stalin (UdSSR)
- Gustav Stresemann (Weimarer Republik)
- Robert Schuman (Frankreich)
- Margaret Thatcher (Großbritannien)
- Lew Dawidowitsch Trotzkij (Russland, Oktoberrevolution, UdSSR)
- Harry S. Truman (USA)
- Balthazar Johannes Vorster (Südafrika, Apartheid)
- Lech Wałęsa (Polen)
- Shimon Peres (Israel)
- Malcolm X (USA)

Naturwissenschaftler, Ärzte und Ingenieure


- Noam Chomsky (Linguistik)
- Francis Crick (Molekularbiologie)
- Niels Bohr (Physik)
- Paul Dirac (Physik)
- Albert Einstein (Physik)
- Enrico Fermi (Physik)
- Alexander Fleming (Medizin)
- Otto Hahn (Physik)
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