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Die Grundlage der physikalischen Forschung ist das Experiment. Dabei werden möglicht viele störende Einflüsse, wie zum Beispiel Reibung oder Luftwiderstand ausgeschaltet. Dadurch erhält man ziemlich genaue Messwerte, mit denen man dann auf physikalische Gesetzte schließen kann. Ein anderer Vorteil von Experimenten ist, dass man sie überall auf der Welt wiederholen kann und so gewonnene Erkenntnisse immer und überall nachgeprüft und weiterentwickelt werden können.

Um Messwerte aber überhaupt miteinander vergleichen zu können, braucht man einen festen Vergleichswert. Dieser Vergleichwert wird als Einheit bezeichnet. Wenn man nun Längen misst, vergleicht man jede gemessene Länge mit der Längeneinheit Meter: Ist etwas doppelt so lang wie ein Meter, so sagt man, es ist zwei Meter lang. So kann jeder nachvollziehen, wie welche Strecke gemeint ist.
Eine physikalische Größe besteht also immer aus einem Zahlenwert und einer Einheit:

Physikalische Größe = Zahlenwert * Einheit

Beispiel:
Strecke = 9 * Meter

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Die physikalische Größe bleibt auch bei Verwendung einer anderen Einheit immer konstant:
Wenn man nun zum Beispiel anstatt Meter Kilometer einsetzen möchte, dann muss man dafür die Umrechnungszahl kennen. Die ist hier 1 Kilometer = 1000 Meter. Man muss nun also, um die Größe in Kilometern zu erhalten, die Meter mit 1000 malnehmen:

Strecke = 9 * Meter
Strecke = 9 * Meter * 1000 = 9 * Kilometer (-> falsche Aussage)

Damit die Gleichung aber korrekt bleibt, muss man jetzt den Zahlenwert, also die 9, durch 1000 teilen:

Strecke = 9 * Meter
Strecke = 9/1000 * Meter * 1000 = 0,009 * Kilometer

Wie man sieht würde sich die 1000 wegkürzen, die Strecke ist also gleich geblieben. Lediglich die Einheit hat sich geändert.

Um Schreibarbeit zu sparen, wird die physikalische Größe üblicherweise durch ein Formelzeichen und die Einheit durch eine Abkürzung ersetzt und die Malpunkte wegelassen:

s = 9m

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Für jede physikalische Größe ist eine Einheit festgelegt. Diese steht im SI-Einheitensystem (Systeme International d’Unites). Manche davon sind zusammengesetzt. Die Geschwindigkeit wird zum Beispiel in Meter pro Sekunde (m/s) gemessen, ist also aus den Größen Strecke und Zeit zusammengesetzt. Es gibt nur sieben nicht zusammengesetzte Einheiten. Sie sind durch natürliche Vorgaben, wie den Gefrierpunkt von Wasser, bestimmt. Wenn der Zahlenwert einer Größe unpraktisch klein oder groß ist, kann vor die Einheit ein Vorsatz geschrieben werden, der die Einheit mit einer Zehnerpotenz malnimmt. Beispiele sind Kilo- oder kurz k was *1000 bedeutet oder Milli- oder kurz m was /1000 bedeutet. (Einheitenvorsätze)

Manche Größen, wie die Winkelgeschwindigkeit bei Kreisbewegungen, besizen keine bestimmte Richtung und Richtungssinn, sie heißen Skalare. Bei anderen Größen muss man zusätzlich aber noch wissen in welche Richtung sie gehen. So können zwei Geschwindigkeiten zwar gleich groß sein, aber in völlig andere Richtungen gehen. Solche Größen heißen Vektoren. Man stellt diese Größen üblicherweise als Pfeile dar, die in die Richtung der Größe zeigen und deren Länge vom Wert der Größe abhängt.

Die Strecke beschreibt den Abstand zwischen zwei Punkten.

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Die Strecke ist ein Vektor. Man misst sie üblicher weise mit einem Lineal oder Maßband. Bei genaueren Messungen kann auch eine Schieblehre verwendet werden

Noch genauere Ergebnisse liefert eine Schieblehre mit Nonius oder eine Mikrometerschraube.

Die Einheit der Strecke, der Meter, ist eine SI-Basiseinheit. Ein Meter ist definiert als 1/300000000 der Strecke die das Licht in einer Sekunde im Vakuum zurücklegt.

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Es darf allerdings immer nur ein Vorsatz vor die Grundeinheit gesetzt werden.
"kkm" wäre also nicht zulässig, man müsste stattdessen "Mm" schreiben.

Die Fläche gibt die Größe einer abgegrenzten Oberfläche an. Bei Rechtecken ist sie als Produkt der beiden Seitenlängen s₁ und s₂ festgelegt:

A = s₁*s₂

Die Fläche ist ein Skalar. Bei Formen, die durch eine anhand einer Funktion beschreibbaren Kurve beschränkt werden, ist die Flächenbestimmung anhand des bestimmten Integrals möglich.Bei unregelmäßigen Flächen ist eine direkte Messung nur annährend durch Einteilung in Quadrate und Dreiecke möglich. Bei regelmäßigen Flächen können nach Streckenmessungen die entsprechenden geometrischen Regeln angewandt werden.
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Die abgeleitete Einheit der Fläche ist der Quadratmeter. Ein Quadratmeter ist die Fläche eines Quadrates mit 1m Seitenlänge.

Bei Einheitenumrechnungen muss die zweite Potenz beachtet werden:

1m^2 = 100dm^2

Das Volumen gibt den Rauminhalt eines Körpers oder eines Teiles eines Körpers an.
Bei Quadern ist es definiert als Produkt der drei eingrenzenden Seitenlängen s₁, s₂ und s₃.

V = s₁ * s₂ * s₃

Das Volumen ist ein Skalar. Bei hohlen Räumen kann es durch Auffüllen mit einer Flüssigkeit gemessen werden. Bei massiven Körpern kann es durch Eintauchen in eine Flüssigkeit und Messen des Volumens der verdrängten Flüssigkeit bestimmt werden.
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Die abgeleitete Einheit des Volumens ist der Kubikmeter. Ein Kubikmeter ist der Rauminhalt eines Würfels mit 1m Kantenlänge.

Bei Einheitenumrechnungen muss die dritte Potenz beachtet werden:

1m^3 = 1000dm^3

Wenn ein Körper die Entfernung zwischen sich und einem beliebigen Punkt ändert, so hat er relativ zu diesem Punkt eine Geschwindigkeit. Üblicherweise wird als Vergleichspunkt ein Punkt auf der Erdoberfläche angenommen. Es wird unterschieden zwischen der Momentangeschwindigkeit, die ein Körper in einem bestimmten Zeitpunkt hat, und der Durchschnittsgeschwindigkeit über einen Zeitraum. Die Geschwindigkeit wird dadurch angegeben, um welche Strecke Δs sich der Abstand in dem Zeitraum Δt verändert:

v = Δs/Δt

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Die Geschwindigkeit ist ein Vektor. Gemessen wird sie meist durch Messung der in einer bestimmten Zeit zurückgelegten Strecke oder durch die Messung der für eine bestimmte Strecke benötigten Zeit. Hierbei kann allerdings nur die Durchschnittsgeschwindigkeit während eines Zeitraums bestimmt werden. Wenn man diesen Zeitraum dann sehr kurz macht, misst man aber fast die Momentangeschwindigkeit.

Die abgeleitete Einheit der Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde. Ein Meter pro Sekunde ist die Geschwindigkeit, mit der ein Körper 1m in 1s zurücklegt.

Wenn ein Körper seine Geschwindigkeit ändert, liegt eine Beschleunigung vor. Es wird zwischen Momentanbeschleunigung, die in einem Zeitpunkt auf einen Körper wirkt, und durchschnittlicher Beschleunigung, die über einen Zeitraum wirkt unterschieden. Die Beschleunigung ist als Quotient der Geschwindigkeitsänderung Δv und der dafür benötigten Zeit Δt definiert:

a = Δv/Δt

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Die Beschleunigung ist ein Vektor. Bestimmt wird eine Beschleunigung meist durch Messung der Anfangsgeschwindigkeit und Messung der Endgeschwindigkeit in einem bestimmten Zeitraum. Hierbei kann aber nur die durchschnittliche Beschleunigung während eines Zeitraums bestimmt werden. Wenn man diesen Zeitraum dann sehr kurz macht, misst man fast die Momentanbeschleunigung.

Die abgeleitete Einheit der Beschleunigung ist Meter pro Sekundenquadrat. Ein Meter pro Sekundenquadrat ist die Beschleunigung, die die Geschwindigkeit eines Körpers in 1s um 1m/s ändert.

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Eine Kraft wirkt dann auf einen Körper, wenn er eine Masse hat und beschleunigt wird. Dabei ist die anliegende Kraft das Produkt von Masse m des Körpers und Beschleunigung a:

F = m*a

Die Kraft ist ein Vektor. Sie wird gewöhnlich mit einem Kraftmesser gemessen, der aus einer Stahlfeder, die durch die Kraft gespannt wird, besteht.

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Die abgeleitete Einheit der Kraft ist das Newton. Ein Newton ist die Kraft, die einen Körper der Masse 1kg mit 1m/s^2 beschleunigt.

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Arbeit ist ein Vorgang bei dem mit Hilfe von Kraft Energie übertragen wird, also der Energiegehalt eines Körpers geändert wird. Arbeit ist eine Prozessgröße. Energie dagegen ist die Fähigkeit eines Körpers Arbeit zu verrichten, Licht auzusenden und Wärme abzustrahlen. Energie ist eine Zustandsgröße.
Definiert ist die Arbeit als das Produkt der arbeitenden Kraft F und der Strecke Δs, über die gearbeitet wird:

W = F * Δs , Bedingung: F=konst. und der Winkel zw. F und s ist 0

Die abgeleitete Einheit der Arbeit und der Energie ist das Joule. Ein Joule ist die Arbeit, die verrichtet wird, wenn eine Kraft von 1N einen Körper um 1m verschiebt.
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Es gilt der Energieerhaltungsatz: bei allen Vorgängen bleibt die Summe der Energien eines Systems konstant. Energie entsteht oder verschwindet nicht, sie kann nur umgewandelt werden.

Es gibt verschiedene Arten von Energie: mechanische (Rotationsenergie, kinetische Energie und potentielle Energie), thermische E., chemische Bindungsenergie, elektrische und magnetische E.
Entsprechend gibt es auch unterschiedliche Arbeitsformen: Hubarbeit, Rotationsarbeit, Beschleunigungsarbeit, Verformungsarbeit und elektrisch Arbeit.

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