POWER – Physik Online Warm-Up für ERstsemester
PHYSIK-WISSEN AUFFRISCHEN, FESTIGEN ODER NEU ERWERBEN
- Physikalische Grundlagen
- Kinematik
- Kräfte
- Energie
- Impuls
- Schwingungen
- Elektrostatik
- Gleichströme
- Magnetismus
- Optik
- Wärmelehre
Unser ganzes Leben wird von den Gesetzmäßigkeiten der Physik bestimmt: Wir stehen in der Küche und warten, bis das Nudelwasser im Topf den Siedepunkt erreicht. Die Mikrowelle erwärmt in kürzester Zeit unsere Speisen. Unterwegs im Straßenverkehr spüren wir, welche Kräfte bei einer Beschleunigung oder bei einer Vollbremsung auf unseren Körper wirken. Und schon kleine Kinder fragen, wo der elektrische Strom herkommt, warum Flugzeuge fliegen können oder wie eine Brille dabei helfen kann, besser zu sehen. Physikalische Phänomene begleiten uns immer und überall.
Physikalisches Wissen benötigen viele Menschen aber auch für ihr Studium oder ihren Beruf. Grundlegende Kenntnisse in den Bereichen Mechanik, Elektrizitäts- und Wärmelehre oder Optik sind für eine Vielzahl an akademischen und beruflichen Ausbildungen unumgänglich. Es kann eine große Herausforderung darstellen, sich nach längerer Zeit erneut mit der physikalischen Fachsprache und Fachsymbolik auseinanderzusetzen.
Wenn Sie Ihr Wissen und Können in Physik auffrischen wollen oder Ihr in der Schule erworbenes Wissen für ein Studium festigen möchten, dann ist der kostenlose Online-Kurs „POWER – Physik Online Warm-Up für ERstsemester“ der OPEN vhb genau das Richtige für Sie!
Was Sie in unserem Gratis-Online-Kurs zur Physik lernen können
In der Schulzeit erworbene physikalische Kenntnisse können verblassen und auch verloren gehen, wenn sie längere Zeit nicht mehr genutzt oder wiederholt werden. Trotzdem benötigen viele Menschen genau diese Kenntnisse für ihre Ausbildung, ihr Studium oder für ihre berufliche Tätigkeit. Andere möchten vielleicht auch aus purem Wissensdrang noch einmal in die Grundlagen der Physik eintauchen. Dieses kostenlose Online-Lernangebot der OPEN vhb bietet Ihnen die Möglichkeit, Ihre Kenntnisse im Fach Physik aufzufrischen, zu festigen und zu erweitern.
Ideale POWER-Vorbereitung auf ein Ingenieur- oder MINT-Studium
Der Gratis-Online-Kurs ist optimal geeignet zur Vorbereitung auf ein Studium oder eine Ausbildung. Die Themenauswahl des Kurses ist speziell auf die Inhalte abgestimmt, die in den ersten beiden Semestern eines Ingenieurstudiums an einer Hochschule für angewandte Wissenschaften behandelt werden. Ziel des POWER-Kurses ist, physikalische Grundkenntnisse so zu vermitteln, dass Studienanfängerinnen und Studienanfänger die erworbenen Physik-Grundlagen nach Absolvierung des Kurses souverän anwenden können.
Der offene Online-Kurs gliedert sich in insgesamt elf Kapitel und vermittelt neben physikalischem Grundwissen Kenntnisse in den folgenden Bereichen:
Sämtliche Kursinhalte sind anschaulich aufbereitet, sodass auch Physik-(Wieder)-Einsteiger gut damit zurechtkommen.
Insgesamt hat der kostenlose OPEN vhb-Kurs eine Bearbeitungszeit von etwa 60 Stunden, wenn Sie ihn komplett durcharbeiten möchten. Die Inhalte sind jedoch so aufgebaut, dass Sie sich auch auf einzelne Kapitel konzentrieren können, für die Sie sich besonders interessieren.
In jedem Kapitel gibt es in der Rubrik „Alles klar?“ Übungsaufgaben, die dabei helfen, die behandelten Themen zu reflektieren und das erworbene Wissen zu festigen. Die Aufgaben ermöglichen Ihnen auch eine selbstständige Überprüfung Ihres Lernfortschritts. Im Kurs haben Sie außerdem immer wieder die Gelegenheit, physikalische Mechanismen durch Simulationen und Messungen selbstständig nachzuvollziehen und sich auf diese Weise grundlegende Zusammenhänge eigenständig zu erarbeiten.
Der Gratis-Online-Kurs der OPEN vhb wendet sich vor allem an Personen, die physikalisches Wissen für ein Studium, für eine Ausbildung oder für den Beruf erwerben, auffrischen oder erweitern möchten. Die Lerninhalte sind in interaktiver und verständlicher Form aufbereitet und so auch für Neu- und Wiedereinsteiger geeignet. Das Lernangebot orientiert sich dabei an den inhaltlichen Anforderungen im Bereich Physik bei Aufnahme eines Ingenieurstudiums an einer Hochschule für angewandte Wissenschaften. Die Art der Darstellung der Inhalte zielt auf den Aufbau des richtigen Konzeptverständnisses ab und orientiert sich an den wissenschaftlichen Erkenntnissen und Methoden der Physics Education Research (PER).
Der Physik-Grundlagen-Kurs macht Sie auf verständliche Art und Weise mit den wichtigsten physikalischen Wissensgebieten vertraut – von der Kinematik über die Wirkung von Kräften bis hin zur Elektrizitätslehre, Optik und Wärmelehre.
Ziel ist es, Lernenden die physikalischen Erklärungsmodelle und grundlegenden Konzepte zu jedem Thema nahezubringen und sie in die Lage zu versetzen, die Modelle auf einfache Aufgabenstellungen anzuwenden. Die daraus resultierende Denkweise soll eine systematische Herangehensweise an komplexere physikalische Fragestellungen schulen.
Die einzelnen Kapitel sind in sich abgeschlossen und können je nach Bedarf auch einzeln durchgearbeitet werden, ohne den gesamten Kurs zu absolvieren. Wenn Sie den Kurs vollständig bearbeitet und mindestens 50 Prozent der erforderlichen Online-Selbsttest erfolgreich gelöst haben, können Sie sich eine Teilnahmebestätigung herunterladen.
Im einführenden Abschnitt des OPEN vhb-Kurses „POWER – Physik-Online-Warm-Up für ERstsemester“ vermitteln wir einen ersten Überblick über die Inhalte der nachfolgenden Kapitel sowie Informationen zur didaktischen und strukturellen Aufbereitung des Kurses. Wir stellen Ihnen außerdem das Team vor, das den Kurs entwickelt hat.
Bevor wir uns intensiver den physikalischen Teilbereichen widmen, befassen wir uns zunächst mit den Grundlagen und legen dadurch sozusagen ein physikalisches Fundament. Im ersten Kapitel des kostenlosen Online-Kurses erfahren Sie, was physikalische Größen und Variablen sind, wie diese als Symbole dargestellt werden und wie Sie mit ihnen rechnen können. Dies stellt das nötige Rüstzeug dar, um die nachfolgenden Lerninhalte durchzuarbeiten.
Ob Sie sich nun mit der Maus oder auf dem Tablet durch diesen OPEN vhb-Kurs arbeiten, sich beim Nachdenken am Kopf kratzen oder beim Lesen die Kaffeetasse zum Mund führen: Bewegung spielt bei vielen physikalischen Vorgängen eine wichtige Rolle.
Im zweiten Kapitel unseres offenen Online-Kurses beschäftigen wir uns mit Fragen wie: Wie bewegt sich ein Körper? Wie lassen sich Bewegungen messen und beschreiben? Am besten gelingt dies in einem ersten Schritt durch die grafische Darstellung in Form von Bewegungsdiagrammen. Diese ermöglichen es uns, die physikalischen Größen Ort, Zeit, Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung zueinander in Beziehung zu setzen. Darüber hinaus erfahren Sie, wie sich eindimensionale Bewegungen berechnen und grafisch darstellen lassen.
Viele von uns kennen das Gefühl, wenn die Achterbahn auf dem Weg nach unten stark beschleunigt und man dabei richtig in den Sitz hineingedrückt wird. Oder auch beim starken Abbremsen mit dem Auto spürt man, welche Kräfte – bereits bei geringen Geschwindigkeiten – wirken können.
Kräfte sind eine grundlegende physikalische Größe der Mechanik. Wer Bewegungen und insbesondere Bewegungsänderungen verstehen und beschreiben will, muss die (Wechsel-)Wirkungen der Kräfte kennen, die dabei im Spiel sind. Wir befassen uns daher in diesem Kapitel mit verschiedenen Arten von Kräften:
Wir schauen uns darüber hinaus an, wie die Kräfte auf einen Körper wirken können, etwa wenn sich ein Körper im Gleichgewicht befindet. Weiterhin erfahren Sie, wie sich die Wirkung der Kräfte durch Nutzung eines Hebels (Hebelwirkung) verstärken lässt und wie sich Kräfte addieren zu einer resultierenden Kraft.
Will man die Dynamik mechanischer Vorgänge konzeptionell beschreiben oder mit Formeln ausdrücken, benötigt man die drei Newtonschen Gesetze, die ebenfalls in diesem Kapitel zur Sprache kommen:
Energie begleitet uns ständig: Wir benötigen Energie, um unsere Arbeit und unseren Alltag zu bewältigen. Erneuerbare und fossile Energie sind ein vor allem auch medial vieldiskutiertes Thema. Der Begriff der Energie ist schlichtweg omnipräsent. Doch was ist Energie eigentlich? Die Erhaltungsgröße Energie hängt eng mit den physikalischen Größen Arbeit und Leistung zusammen. Im vierten Kapitel unseres kostenlosen Online-Kurses beleuchten wir unter anderem, wie Energie durch Arbeit übertragen werden kann, welche verschiedenen Energiearten es gibt und wie eine Energieform in eine andere umgewandelt werden kann – zum Beispiel beim Bremsen kinetische Energie in thermische Energie.
Sie möchten ein Bild aufhängen und schlagen deshalb einen Nagel in die Wand. Oder Sie treten gegen einen Fußball, der dann wegfliegt. In beiden Fällen wird der Bewegungszustand des Körpers, sein sogenannter Impuls, geändert. Eine solche Impulsänderung kann durch einen Kraftstoß (d.h. eine kurzzeitige Wechselwirkung zwischen zwei Objekten), wie im Beispiel zwischen Fuß und Fußball, erfolgen.
In einem System mehrerer Objekte bezeichnen wir mit dem Gesamtimpuls die Summe der Einzelimpulse. Wir zeigen auf, warum sich der Gesamtimpuls in einem geschlossenen System zeitlich nicht ändert (d.h. der Gesamtimpuls bleibt erhalten).
Der Gitarrist bringt mit seinen Fingern oder mit einem Plektrum die Saiten zum Schwingen, der Geigenspieler nutzt einen Bogen. Doch nicht nur Schall kann durch Schwingungen entstehen. Eine Brücke kann beispielsweise in Schwingung geraten, wenn sie von Autos befahren wird oder auch durch den Wind. Schwingungen gibt es aber auch dort, wo wir sie gar nicht bewusst wahrnehmen können: in Atomen und Molekülen.
Im sechsten Kapitel unseres kostenlosen Online-Kurses erklären wir, wie Schwingungen entstehen, wann man von harmonischen Schwingungen spricht und was es mit Begriffen wie Amplitude, Periodendauer und (Kreis-)Frequenz auf sich hat.
Vielleicht haben Sie schon einmal einen „elektrischen Schlag“ bekommen oder Ihnen sind die Haare zu Berge gestanden, wenn Sie mit Gummisohlen über einen Kunstfaserteppich gelaufen sind. Wir zeigen Ihnen in diesem Kapitel anhand von anschaulichen Beispielen unter anderem, wie Reibungselektrizität zustande kommt, wie sich Ladungen anziehen oder abstoßen können, welche elektrischen Leiter und Nichtleiter es gibt und was es bei elektrostatischen Effekten mit der Coulomb-Kraft auf sich hat. Ferner lernen Sie, was ein elektrisches Feld ist und wie dessen Stärke von elektrischen Ladungen beeinflusst wird. In diesem Zusammenhang setzen wir uns auch mit Begriffen wie Spannung und Arbeit auseinander.
Wir nutzen elektrischen Strom täglich, ohne ihn würde unsere gesamte Infrastruktur zusammenbrechen. Im achten Kapitel unseres kostenlosen Online-Kurses erklären wir Ihnen, wie elektrischer Strom entsteht und in welcher Verbindung Stromstärke und Spannung zueinander stehen. Darüber hinaus lernen Sie das Ohmsche Gesetz und die Wirkung Ohmscher Widerstände kennen und können am Ende des Kapitels einfache elektrische Schaltungen entwerfen.
Es ist immer wieder faszinierend, wie eine Magnetnadel im Kompass bei der Orientierung helfen kann. Magnete lassen sich aber auch dazu verwenden, den Einkaufszettel an der Kühlschranktür zu befestigen. Im neunten Kapitel unseres Gratis-Online-Kurses widmen wir uns dem Magnetismus. Wir gehen der Wirkung von Permanentmagneten auf den Grund und erläutern, wie auch stromdurchflossene Leiter magnetische Wirkung entfalten können. Wir befassen uns auch mit der Lorentzkraft, die dann wirkt, wenn sich elektrische Ladungen in einem magnetischen Feld bewegen.
Vielleicht fragen Sie sich, was Optik mit Magnetismus und elektrischer Energie zu tun hat. Es gibt tatsächlich eine Verbindung: Denn Licht kann nicht nur als Strahl, sondern auch als elektromagnetische Welle aufgefasst werden. Im vorletzten Kapitel dieses OPEN vhb-Kurses beschäftigen wir uns mit der Ausbreitung, Reflexion und Brechung von Licht, mit Linsen und mit Wellenoptik. Sie lernen auch, wie die Erkenntnisse der Physik in optischen Instrumenten genutzt werden.
Auch in der Wärmelehre geht es um Bewegung, genauer um die thermische Bewegung von Molekülen. Zum Abschluss unseres kostenlosen Online-Kurses gehen wir auf den Unterschied zwischen Temperatur und Wärme ein und erklären Ihnen den Zusammenhang zwischen Bewegung und Temperatur. Wir befassen uns zudem mit der Frage, wie sich thermische Bewegungen auf die Aggregatzustände (fest, flüssig, gasförmig) und auf die Volumenausdehnung von Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen auswirken. Auch Formen der thermischen Energieübertragung durch Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung sind Gegenstand dieses Kapitels.
… haben Sie sich einen umfassenden Überblick über die wichtigsten Grundlagen der Physik verschafft. Sie haben gelernt, wie sich physikalische Phänomene und Zustände mit Hilfe physikalischer Größen und der entsprechenden Fachterminologie beschreiben lassen.
… sind Sie in der Lage, grundlegende physikalische Konzepte und Modelle zu verstehen, zu visualisieren oder mit Hilfe von Formeln zu berechnen und im Studium oder im Alltag richtig anzuwenden.
Mit dem kostenlosen POWER-Kurs können Sie Ihr Physikwissen auffrischen – egal ob für ein Studium, eine Ausbildung, Ihre berufliche Tätigkeit oder aus Neugierde auf die physikalischen Gesetzmäßigkeiten dieser Welt.
Prof. Dr. Claudia Schäfle
Professorin für Physik
Fakultät für Angewandte Natur- und Geisteswissenschaften
Technische Hochschule Rosenheim
Wissenschaftliche Bereichsleitung der Lehr- und Lernforschung am Bayrischen Zentrum für innovative Lehre BayZiel
Michaela Weber
Ehemalige wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Physikdidaktik
Technische Hochschule Rosenheim
Im offenen Online-Kursprogramm der OPEN vhb finden Sie viele weitere Kurse, die Ihnen bei der Vorbereitung auf ein Studium der Ingenieurwissenschaften oder eines anderen MINT-Fachs helfen können. Zum Beispiel:
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