Fachbegriffe in der Physik

Als Abszissenachse (oder kurz Abszisse) bezeichnet man die horizontale Achse eines kartesischen Koordinatensystems.

Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts nahm man an, dass der Äther als hypothetische Substanz alle Materie und den ganzen Raum durchdringt. Mithilfe der Licht-Äther-Hypothese wurde auch die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen erklärt. Theoretiker wie James Clerk Maxwell (1831–1879) waren fest davon überzeugt, dass der Äther als ein Stoff vorkommt, der sich in absoluter Ruhe befindet und alle anderen Gegenstände unsichtbar durchdringt.

Experimente wie das von Michelson und Morley, die die Geschwindigkeit der Erde relativ zum Äther bestimmen sollten, konnten die Existenz eines solchen Äthers nicht nachweisen. Einsteins Spezielle Relativitätstheorie verwarf den Äther als Bezugssystem und bezeichnete ihn als metaphysische Spekulation.

Beschleunigung ist das Mass der Geschwindigkeitsveränderung: Ein frei beweglicher Körper, der eine Krafteinwirkung erfährt, vollführt eine beschleunigte Bewegung. Negative Beschleunigung wird auch Verzögerung (oder Bremsen) genannt.

Ein Phänomen, über das sich kompetente Beobachter, die eine Reihe von Beobachtungen gemacht haben, einig sind.

Ein Körper befindet sich im Gleichgewicht, wenn sich sein Bewegungszustand nicht verändert. Dies ist der Fall, wenn er kräftefrei oder aber die resultierende Kraft auf ihn Null ist.

Eine fundierte Vermutung; eine vernünftige Erklärung einer Beobachtung oder eines Versuchsergebnisses, die erst dann vollständig als Tatsache akzeptiert wird, wenn sie immer wieder experimentell überprüft wird.

Eine Inertialsystems ist ein Bezugssystem, in dem keine Scheinkräfte auftreten, deren Ursache man aus dem Inneren des Systems heraus nicht erkennen kann.

Beispiele für Schein- bzw. Trägheitskräfte sind die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft bei Kreisbewegungen, aber auch die Kraft, die man verspürt, wenn man in einem beschleunigten Fahrzeug «in seinen Sitz gedrückt» wird. Diese Scheinkräfte haben keine nachvollziehbare Ursache innerhalb des Systems.

Jedes Inertialsystem erscheint aus Sicht jedes anderen Inertialsystems als gleichförmig bewegt.

In der Physik heisst jede begrenzte Menge an Materie «Körper».

Im einfachsten Sinn ist eine Kraft ein Schub oder Zug.

Etwas präziser versteht man unter einer physikalischen Kraft eine Einwirkung, die einen Körper verformen und/oder beschleunigen kann.

Die Masse ist eine Eigenschaft der Materie. Sowohl die auf einen Körper wirkenden als auch die von ihm verursachten Gravitationskräfte sind proportional seiner Masse. Ebenso bestimmt sie die Trägheit, mit der der Bewegungszustand des Körpers auf Kräfte reagiert.

In der klassischen Mechanik wird die Masse einer festen Stoffmenge als invariant angesehen. Seit Einsteins Relativitätstheorie gilt diese Annahme bestenfalls für die Ruhemasse eines Objektes, denn mit zunehmender Geschwindigkeit relativ zu dem System, in dem man misst, nimmt die Masse eines Körpers zu.

Die Masse-Energie-Äquivalenz ist eine der zentralen Konsequenzen aus den Ansätzen der Speziellen Relativitätstheorie: Da die Masse bei der Erhöhung der Relativgeschwindigkeit zunimmt, die Geschwindigkeit aber nahe der Lichtgeschwindigkeit kaum grösser wird, muss sich die durch die Beschleunigungsarbeit übertragene Energie in der Massenzunahme wieder finden. Somit hängen Energie und Masse miteinander zusammen, sie sind einander direkt proportional. Die Masse eines Körpers ist ein Maß für dessen Energieinhalt. Einstein leitete den Zusammenhang her, dass die Energie das Produkt aus der Masse und dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit ist (E = m•c²).

Eine allgemeine Hypothese oder Aussage über das Verhältnis natürlicher Grössen, die immer wieder getestet und nicht widerlegt wurde.

Als Ordinatenachse (oder kurz Ordinate) bezeichnet man die vertikale Achse eines kartesischen Koordinatensystems.

Das Prinzip der Relativität wird in der klassischen Mechanik schon sehr lange benutzt, vor allem von Galilei Galileo und Christiaan Huygens, die damit im 17.Jahrhundert die Kollisionsregeln etwa von Billardkugeln berechneten. Die Formulierung gemäss Galilei besagt, dass die Gesetze der Mechanik unabhängig vom Bewegungszustand des Bezugskörpers sind. Man muss nur die Geschwindigkeit des bewegten Systems zur Geschwindigkeit des bewegten Objekts hinzuaddieren.

Im 19. Jahrhundert stellte sich heraus, dass das Relativitätsprinzip für die Maxwell‘schen Gleichungen, also für Aussagen im Bereich der Elektrodynamik und des Magnetismus, nicht gilt. Elektromagnetische Wellen breiten sich mit einer Geschwindigkeit aus, die immer denselben Wert hat, egal, aus welchem System heraus man sie zu bestimmen versucht. Die einfache Addition der Geschwindigkeiten gemäss Galilei ist also nicht mehr möglich. Einsteins Relativitätstheorie vereint das Relativitätsprinzip aus der klassischen Mechanik mit den Maxwell‘schen Gleichungen.

Die Spezielle Relativitätstheorie ist Einsteins berühmteste Theorie, die er 1905 formulierte. Sie besagt, dass die Wahrnehmung von Raum und Zeit nicht überall gleich ist, sondern abhängig vom Standpunkt des Beobachters variiert. Zwei Annahmen sind dabei essenziell:

• Der absolute Raum wird durch einen von den Bewegungen des Bezugskörpers abhängigen Raum ersetzt, die absolute Zeit durch eine Zeit, die relativ zur Bewegung ist. Die Naturgesetze sind dabei unabhängig vom Bewegungszustand des Bezugskörpers (Relativitätsprinzip).
• Die Lichtgeschwindigkeit hat hingegen immer denselben Wert, unabhängig vom Bezugssystem.

Die Resultierende oder resultierende Kraft ist die netto Kraft von einer oder mehr wirkenden Kräften. Man erhält sie durch Vektoraddition.

Eine Synthese aus einer grossen Menge an Informationen, die gut getestete und verifizierte Hypothesen über bestimmte Aspekte der natürlichen Welt umfasst.

Trägheit ist die Eigenschaft von Körpern, sich Änderungen ihres Bewegungszustands zu widersetzen.

Jeder Körper verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung, wenn er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern.

Die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes und anderer elektromagnetischer Wellen.

Schon seit dem 17. Jahrhundert wusste man aus astronomischen Beobachtungen, dass Licht sich mit etwa 300'000 Kilometern pro Sekunde ausbreitet. Heutzutage ist der Wert der Vakuumlichtgeschwindigkeit, einer Naturkonstante, auf genau 299'792'458 Meter pro Sekunde festgelegt. Er dient nun beispielsweise zur Festlegung der Grundeinheit Meter.

Einstein war der Erste, der die absolut konstante Lichtgeschwindigkeit zu einem theoretischen Konzept ausarbeitete. Er postulierte, dass die Lichtgeschwindigkeit immer denselben Wert hat, egal aus welchem System heraus man sie misst, also auch, wenn man sie von einem System heraus misst, das sich schon mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegt relativ zu dem System, in welchem man die Lichtgeschwindigkeit bestimmen möchte. Dies war eine der zwei fundamentalen Aussagen der Speziellen Relativitätstheorie, die Einstein 1905 formulierte. Da Raum und Zeit in der Relativitätstheorie variabel sind, wird die Lichtgeschwindigkeit die einzige absolute Einheit für den Raum.

Prinzipien und Verfahren für die systematische Verfolgung von Wissen, die das Erkennen und Formulieren eines Problems, das Sammeln von Daten durch Beobachtung und Experiment sowie das Formulieren und Testen von Hypothesen beinhalten.

Zeitdilatation ist das Phänomen, dass eine sich relativ zum Bezugssystem eines Beobachters bewegende Uhr im Vergleich zu einer im Bezugssystem des Beobachters ruhenden Uhr nachgeht. Die Veränderung hängt von der Geschwindigkeit ab. Ist diese im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit klein, macht sich der Effekt nicht bemerkbar. Die Zeitdilatation hat Einstein zum ersten Mal 1905 in seiner Arbeit über die Relativitätstheorie beschrieben. Erst 1971 wurde der Effekt mit Atomuhren experimentell nachgewiesen.