Brückenkurs zu den Grundkonzepten der Mechanik

Kursleitung: Dr. Ralph Schumacher und Dr. Herbert Rubin
Termin: Donnerstag, 12. September 2024, von 9 – 13 Uhr und von 14 – 18 Uhr sowie Freitag, 13. September 2024, von 9 – 13 Uhr
Veranstaltungsort: Hauptgebäude der ETH Zürich, Rämistrasse 101, Raum E 5
Zielgruppe: Studieneinsteigende in den Fächern Physik und Mathematik sowie in physiknahen Fächern

Anmeldung: externe Seite zum Anmeldeformular

Anmeldeschluss ist zwei Tage vor Kursbeginn.

Ein gutes Verständnis der Mechanik ist eine zentrale Voraussetzung, um sich viele physikalische Bereiche zu erschliessen. Mit diesem Kurs können Studieneinsteigende vor Semesterbeginn ihre Kenntnisse im Bereich der Mechanik auffrischen und vertiefen. Dabei kommen besonders lernwirksame Unterrichtsmaterialien zum Einsatz, deren Wirksamkeit wir in empirischen Vergleichsstudien belegt haben. Um eine hohe Unterrichtsqualität zu gewährleisten, wird dieser Kurs mit Vor- und Nachtests wissenschaftlich begleitet. Die Teilnehmer/innen können natürlich ihre persönlichen Testergebnisse erhalten.

Der Kurs umfasst die drei folgenden Themenbereiche:

Die Grundlagen der Mechanik – Inhaltsübersicht

Trägheit und Bewegung
a. Bewegung ohne Antrieb
b. Gleichförmige Bewegung
c. Ruhe und gleichförmige Bewegung
Masse und Gewicht
a. Trägheit und Masse
b. Unterschied zwischen Masse und Gewicht
c. Eigenschaften und Messung von Kräften
Kraft und Beschleunigung
a. Die Wirkung einer konstanten Kraft
b. Gleichmässig beschleunigte Bewegung
Kraftgesetz der Mechanik
a. Gleichgewicht
b. Gewicht und Normalkraft
c. Kräfteparallelogramm
Wechselwirkung
a. Wirkung und Gegenwirkung
b. Das Wechselwirkungsesetz
c. Die Newton'schen Axiome

Können Sie diese beiden Fragen schon sicher beantworten und Ihre Antworten begründen?

Sind die Kräfte, die beim Zusammenstoss von zwei Wagen mit unterschiedlichen Massen wirken, unterschiedlich gross? Oder sind sie gleich gross, so wie beim Zusammenstoss von zwei Wagen mit gleichen Massen?

In welcher Abbildung wird eine Situation mit einem Kräftegleichgewicht bzw. eine Situation mit Wechselwirkungskräften dargestellt?

Bewegungen – Inhaltsübersicht

Fall- und Wurfbewegungen
a. Fallgesetze
b. Wurfbewegung
c. Luftwiderstand
Kreisbewegungen
a. Zentripetalkraft
b. Kurvenfahrten
c. Looping-Bahnen
Bewegungen im Weltall
a. Die Schwerkraft
b. Planeten- und Satellitenbewegungen
c. Schwerelosigkeit
Die Entwicklung des astronomischen Weltbildes
a. Antike Vorstellungen zur Bewegung von Himmelskörpern
b. Galilei, Kepler und Newton
c. Moderne Vorstellungen

Dabei werden beispielsweise folgende Fragestellungen thematisiert:

Warum fallen alle Körper im Vakuum gleich schnell?
Wie werden Bewegungen vom Luftwiderstand beeinflusst?
Welche Faktoren müssen bei Wurfbewegungen berücksichtigt werden?
Auf welcher Bahn bewegt sich ein Körper, der aus einem Flugzeug fällt?
Welche Kräfte wirken auf mich, wenn ich mit einem Kettenkarussell fahre?
Wie schnell muss ein Auto sein, um durch einen Looping fahren zu können?
Warum muss man sich beim Motorradfahren in der Kurve nach innen legen?
Warum sind die Astronauten in der Raumstation ISS schwerelos?
Warum bewegen sich die Planeten nicht auf perfekten Kreisbahnen?

Können Sie die beiden folgenden Fragen schon sicher beantworten und Ihre Antworten begründen?

Der unten abgebildete Wurfapparat setzt die beiden Kugeln gleichzeitig in Bewegung. Während die rechte Kugel horizontal abgeworfen wird, fällt die linke Kugel senkrecht nach unten. Werden die beiden Kugeln gleichzeitig oder nacheinander auf dem Boden auftreffen?

Können Sie erklären, warum die Vorstellung falsch ist, dass auf den Ball eine Fliehkraft wirkt, wenn man ihn im Kreis herumschleudert?

Energie und Impuls: Wie Energie- und Impulserhaltung den Ablauf von Bewegungsvorgängen in der Natur bestimmen – Inhaltsübersicht

Trägheit als Voraussetzung mechanischer Energieformen
Wie kann mechanische Energie berechnet werden?
Energieumwandlungen
Energieerhaltung
Energiezufuhr / Arbeit
Arbeit und Leistung
Energie bei Wechselwirkung mehrerer Körper / Impuls
Anwendungen der Energie- und Impulserhaltung
Energieerhaltung und Reibung

Können Sie die folgenden Fragen schon sicher beantworten und Ihre Antworten begründen?

Auf welcher Bahn gelangt die Kugel zuerst ins Ziel?

Benötigt werden zwei gleiche Münzen und eine glatte Unterlage. Eine der beiden Münzen wird in Richtung der zweiten Münze angestossen. Nach dem Stoss gleiten beide Münzen im rechten Winkel auseinander, so wie in der Abbildung dargestellt.

Man kann es anstellen, wie man will: Die Münzen bewegen sich nach dem Zusammenstoss immer im rechten Winkel auseinander, ausser die erste Münze trifft zentral auf die zweite.

Können Sie dieses Phänomen mithilfe der Energieerhaltung erklären?