Sexl Physik 8, Schulbuch

| 78 Zusammenfassende Übersicht Chaos Determinismus Aus der vollständigen Kenntnis eines Systemzustands zu einem bestimmten Zeitpunkt lässt sich der Zustand des Systems zu jedem beliebigen anderen Zeitpunkt berechnen. Beispiel: Aus der Kenntnis der Kräfte, des Ortes und der Ge- schwindigkeit eines Masseteilchens lässt sich dessen Bewe- gung vorhersagen. Starke Kausalitat Ähnliche Ursachen fuhren zu ähnlichen Wirkungen. Chaotische Systeme Schwache Kausalität Ähnliche Ursachen können zu völlig verschiedenen Wir- kungen fuhren. Chaotische Systeme sind deterministische Systeme, die be- sonders sensibel für ihre Anfangsbedingungen sind. Ihr Verhalten ist langfristig nicht vorhersagbar. Globaler Klimawandel Man unterscheidet einen natürlichen und einen anthro- pogenen Treibhauseffekt . Ohne den natürlichen Treib- hauseffekt hätte die Erde eine mittlere Temperatur von etwa –15 °C. Der natürliche Treibhauseffekt bewirkt ei- nen Energiestrom zwischen Erde und Atmosphäre, der im Gleichgewicht für eine konstante Temperatur sorgt. Der anthropogene Treibhauseffekt wird durch zusätzliche, vom Menschen verursachte Treibhausgase verursacht. Er be- wirkt eine Störung des natürlichen Energiekreislaufs und führt langfristig zu einer Temperaturerhöhung. Die wich- tigsten Treibhausgase sind Wasserdampf und CO 2 . Strahlungsgesetze Wien’sches Verschiebungsgesetz λ max · T = 2,9·10 –3 m·K. Gesetz von Stefan und Boltzmann Die Strahlungsleistung P eines Schwarzen Strahlers mit der Oberflache A und der Temperatur T beträgt P = σ T 4 A ( σ = 5,67·10 –8 W/m 2 K 4 ). Maßgeschneiderte Materialien In der Bionik werden Konstruktionen der Natur technisch „nachempfunden“. Dabei kommt es meist darauf an Gewicht sparende, stabile und haltbare Materialien zu entwickeln, die Druck- und Zugkräften standhalten. Die Natur dient somit als Vorbild für Forscher/innen im Bereich der Mate- rialphysik; es werden Eigenschaften von natürlichen Mate- rialien erforscht, um einen technischen Nutzen daraus zu ziehen. Die Mikrosytemtechnik spielt vor allem im Bereich der Medizin, der Verkehrssicherheit und der Elektronik eine große Rolle. In diesem Forschungsgebiet werden zweierlei Strategien verfolgt: bekannte Materialien werden optimiert oder es werden Werkstoffe mit völlig neuen Eigenschaften erzeugt. Es geht dabei um Größenordnungen im Mikro- und Nanometerbereich. Die moderne Materialforschung ist da- bei eng mit der Erforschung molekularer Zusammenhänge verknüpft. In der Nanotechnologie spielen dann u.a. die Gesetze der Quantenmechanik eine bedeutende Rolle. Die kleinsten Teilchen können völlig neue optische, magnetische oder elektrische Eigenschaften annehmen, wenn sie gezielt ma- nipuliert werden. Eine Besonderheit dieses Forschungsge- biet ist seine Interdisziplinarität – viele Fachgebiete tragen zur Erforschung und Weiterentwicklung bestimmter Mate- rialien bei. 78.1 links: Ein Getriebe aus Makromolekülen, Mitte: Nano-Zahnräder auf einem Mikrochip, rechts: ein Nanoroboter attackiert in der menschlichen Lunge eine Bakterie – eine Zukunftsvision? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv