Studienfach „Physik“ für Medizin-, Biologie- und Gartenbaustudierende notwendig?

Physik IProf. Dr. E. Tiemann

Universität Hannover, Institut für Quantenoptik

Naturwissenschaftliches Studium Physik ist Grundlage von Naturvorgängen:mikroskopisch (Zelle, Nervenleitung, Energieumsatz, ...)makroskopisch (Statik, Bewegung, Strömung, Atmung, ...)

Grundlagenkenntnisse der Naturwissenschaften notwendig!Vorbereitung neuer Erkenntnisse, neuer Methoden, neuer Modellbildungen, …

Beruflicher Einsatz Diagnostik, Therapie (physikalische Methoden, Apparate, ...)

Studienfach Physik

Vorlesung systematischer Durchgang des Wissenschaftsgebiets Physik • mit für Studienfach relevanten Schwerpunkten• aber Verbindung zwischen den einzelnen Bereichen erstellen • Vorbereitung zum Verständnis zukünftiger Entwicklungen in den medizinischen und biologischen Disziplinen

Vorlesung erstreckt sich über Winter- und Sommersemester: Physik I und Physik II

Tutorium Angebot zur Nacharbeit und Vertiefung, Begleitung neben Vorlesung Tu

Praktikum Physik zum Anfassen, Messen, Auswerten und Umgang mit Geräten

Me Bi

nach der Vorlesung, so lange der Hörsaal A frei danach eventuell im Praktikumsraum auf der linken Seite

Sprechstunde im Hauptgebäude der Universität Welfengarten 1 Raum D130

Zeit: donnerstags 13.30 bis 14.30 Uhr

Elektronische Sprechstunde Treffpunkt: IP 130.75.103.245

Zeit: nach Vereinbarung

Sprechstunde nach Vereinbarung Tel. 0511 762 2231 oder 2589

Email: tiemann@iqo.uni-hannover.dewww.mh-hannover.de/einrichtungen/physik

Sprechstunde

Forum zur Physik Fo

Notebook University Pilotstudie wurde gefördert durch BMBF

Notebook als Werkzeug während des Studiums

Einsatz von elektronischen Medien und Hilfsmitteln

Funklan im „Hochschulgelände“Zugangsberechtigung über Account

www.ubicampus.mh-hannover.de/~physik/

Lehrmaterialien und Beispielsammlung

LeistungsnachweiseHumanmediziner: Kurs im SS 2005, WS2005/06 und SS2006

Zahnmediziner: Kurs im SS 2005

Biologen, Gartenbauer und Pflanzenbiotechnologen :

2 Semester im 14-tägigen Rhythmus

Voraussetzungen zur Scheinvergabe für Kurs Physik1. Erfolgreiche Bearbeitung der Praktikumsversuche2. Erfolgreiche Teilnahme an Teilklausuren während des

laufenden Kurses

Voraussetzungen zur Scheinvergabe für Fach Physik1. Erfolgreiche Bearbeitung der Praktikumsversuche2. Erfolgreiche Teilnahme an Kurzklausuren

Voraussichtliche Termine: 1.12.04 und 9.2.05

Lehrbücher Vorschläge

•Harten, Physik für Mediziner, Springer 2002

•Trautwein, Kreibig, Hüttermann, Physik für Mediziner, Biologen, Pharmazeuten, de Gruyter 2004

Beide ergeben einen hinreichend vollständigen Überblick.

•Kamke, Walcher, Physik für Mediziner, Teubner 1994

•Haas, Physik für Pharmazeuten und Mediziner, Wiss. Verlagsgesellschaft Stuttgart 2000

sehr viel umfangreicher, vielfältige Ergänzungen•Pelte, Physik für Biologen, Springer 2004

sehr viel anspruchsvoller, mathematische Strukturen

Prüfungskataloge ? Repetitorien ?

Nomenklatur

Physik Physiologie

Kraft (force) K

Fläche (area) A F

Beschleunigung (acceleration)

b

Einheit Druck Pascal Pa mm Hg

F

a

1. Grundbegriffe der Bewegung von Körpern (Mechanik)

1.1 Physikalische Größen und Messungen

Beobachtungen: objektive subjektive Täuschungen ?

Messen zur quantitativen Beschreibung Vergleich mit Maßstab liefert Wert

Bericht: Protokoll zum Meßvorgang und Ergebnis

physikalische Meßgröße = (Wert ± Fehler) ∙ Einheit

Fehlerintervall: z.B. (5,6 ± 0,5) m Interpretation 5,1m ≤ L ≤ 6,1m

Wahrscheinlichkeit

Geometrie Helligkeit und Farbe dynamische Einflüsse

Quadrate und Kreise drehende Spirale

Q/K

Sternscheibe

S P

Internationales MaßsystemSI-Einheiten

Größe Einheit Zeichen zur Definition

Zeit 1 Sekunde 1 s Vielfaches einer atomaren Schwingungsperiode

Länge 1 Meter 1 m Laufstrecke von Licht in einer vorgegebenen Zeit

Masse 1 Kilogramm 1 kg individueller Block (von 1889) aus Pt / Ir

elektrischer Strom

1 Ampere 1 A Kraftwirkung zwischen stromdurchflossenen Leitern

Temperatur 1 Kelvin 1 K Tripelpunkt von Wasser

Stoffmenge 1 Mol 1 mol Zahl der Atome in 12 g Kohlenstoff 12C

Lichtstärke 1 Candela 1 cd Lichtstrom („Strahlungsleistung”) in den Raumwinkel

dekadische Vielfache und Teile durch Vorsilben: ..., G(Giga), M(Mega), k(kilo) m(milli), (mikro), n(nano), ... 109 106 103 1 10-3 10-6 10-9

Größen-ordnung

zusammengesetzte Größen aus den Grundgrößen und -einheiten nach mathematischen Rechenregeln

Fläche: z.B. Rechteck A= l1 ∙ l2 in m∙m entspricht m2

Volumen: z.B. Quader V= A ∙ l in m3

Physikalische Gleichungen fassen Aussagen aus Messungen zusammen

m = ∙ l ∙ A

Einheiten kg kg/m3 m m2

Gleichung in Zahlen und Einheiten

Fehlerrechnung siehe Praktikum

1.2 Raum und Zeit, Bewegung (Kinematik)

Ort gleich Raumpunkt 3 Dimensionen 3 Koordinatenx y z

orthogonale Richtungen

x

y

z

Ortsvektor zyxr ,,

mit Länge Abstand vom Ursprung

222 zyxr

r

Koordinatensystem (x,y,z) mit Ursprung (0,0,0)

Messung einer Bewegung

Tabelle von Beobachtungszeiten ti und Ortsvektoren (xi,yi,zi)

t1 t2 t3 ... ... tn

(x1, y1, z1) (x2, y2, z2) (x3, y3, z3) ... ... (xn , yn , zn)

Ortsvektoren Vektoraddition

t1

t2

t3

t4

t5

Bahnkurve tztytxtr ,,Orts-Zeit-Kurve

t

y

x

zOrts-Zeit-Kurve

t

t

t

tt

t

t

t

t1

2

3

4

5

7

6

8

9

10

tr

Geschwindigkeit

Änderung des Ortes in einem Zeitintervall von t1 nach t2

t1 t2 t3 t4t5 t

s1 s2 s3 s4 s5s

t

s

tt

ss

12

12v

Einheit

1sm

s

m

Meßvorgang für Geschwindigkeit für einen Ort:Meßreihe mit kleiner werdenden t Grenzübergang t0

Schreibweise: sdt

ds

t

st

lim0

v

v ist mittlere Geschwindigkeitin diesem Intervall

benutze Index zur genauen Bezeichnung: v12

v

Tachometer

Beschleunigung

Änderung der Geschwindigkeit in einem Zeitintervall

t1 t2 t3 t4t5 t

s1 s2 s3 s4 s5s

v12 v23 v34 v45v

ttt

vvv

a1223

1223

Einheit

2

2sm

s

m

Grenzübergang wie bei Geschwindigkeit für Angabe zu einer Zeit

Schreibweise: sdt

sd

dt

d

tt

2

2

0

vvv

a lim

mathematisch: 1. Ableitung 2. Ableitung

mittlere Beschleunigung im Zeitintervall

Bewegung und Vektor

Änderung der Bewegung 3 Raumrichtungen möglich

Geschwindigkeit

BeschleunigungVektoren

t

s

t

s

t

szyx ,,v

ttt

a zyxv

,v

,v

Typen von Bewegungsformen

v = 0 und a = 0 Körper an festem Ort, in Ruhe konstanttr

v = v0 und a = 0 Körper bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit

txtx 00

v

a = konstant

Bewegung mit konstanter Beschleunigung

allgemein:

tnan 0vv 00vv ttat

taa

v

t

v

v

v +a t

v +a 2 t

t t +t t +o o o

o

o

o

Bewegung mit konstanter Beschleunigung

t

x

v

2221

00 v tnatnxxn allgemein 2021

000 ttattvxtx

tt0 t0 + t t0 +t

x

x

x

x

0

1

2

221

000021

00101 v)vv(v

1v

tatxttaxtxx

221

00

00212

21

001212

42v

)2vv(vv

2v1v

tatx

ttatatatxtxx

2221

00 11v tatx

Freier Fall

020cm

80cm

180cm

320cm

500cm

720cm

01

4

9

16

25

36relativ

120cm

Fallzeit

st 5,01

st 85,03 1

st 1,15 1

st 0,14 1

st 7,02 1

st 2,16 1

Messung der Zeitintervalle

g = 9,81 m/s2

221 gts

212

1

2

121

tng

tgnsn

Z

eiti

nter

vall

e kü

rzer

wer

dend

Zei

tint

erva

lle

glei

ch b

leib

end

Animation

t

2

0

zu rü ck

v o rw ärts

O rtsk u rv e : D reh b ew eg u n g

Drehbewegung

Marke =0

Körper

st

1 Winkelgeschwindigkeit

2

1

st

Winkelbeschleunigung

Achse

Kreisfrequenz

Periodische Bewegung

txxtx sinsin00

x

-xo

x(t)

o t

x(t)xo

mit konstanter Winkelgeschwindigkeit

t /

Frequenz2

Überlagerte Bewegung: z.B. Translation und Drehung

komplexe Bewegung

Herzzyklus beim HundmmHg

Kraft

www.ubicampus.mh-hannover.de/forum/

Tutoren

Henning Rehbein Email henning.rehbein@aei.mpg.de

Erstes Treffen und Verabredung der regelmäßigen Termine:

Di 26.10.04 18.00 Uhr

Hörsaal C Gebäude I2

Praktikum Medizin

Leiter:Dr. D. Wendlandt Tel. 532 2975 Email: wendlandt.dirk@mh-hannover.de

Dr. B. Lücke Tel. 532 4060

P. Dittmann Tel. 532 9175

MHH Geb. I3 Ebene 3 Räume 3300 und 3290

Termine siehe WWW-Seite www.mh-hannover.de/einrichtungen/physik/index.htm

Räume: Geb. I2 rechts und links neben Hörsaal A

Humanmedizin: Beginn 2. Hälfte SS2005Zahnmedizin: Beginn SS2005

Praktikum Biologie und Gartenbau

Leiter:Dr. R. Gaul Institut für Quantenoptik, Tel. 762 2850

Email gaul@iqo.uni-hannover.de

Ort: Institut für Quantenoptik, Welfengarten 1 Raum D123

Termine vierzehntägig donnerstags 14.00 – 18.00 Uhr:Gartenbau/Pflanzenbiotechnologie Beginn 04.11.2004Biologie Beginn 28.10.2004

http://www.iqo.uni-hannover.de/ap/

Listen zur Gruppeneinteilung: Aushang ab Freitag an Praktikumstür

Kreise, Quadrate

Tor

Drehende Scheiben

Fluktuierende Punkte