Download - Seiten aus Physik für Dummies
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lnhatserzeichnis
Ei(ühun
Teil
Üe dee BuchKonentonen in dem Bucha e n cht en men
Töihte Anahmen e den Leee di ee Buh aueau t
Te I Phyi n BeweunTe I öe de Kr er hy mt Ien sTe III : nere und retTei I A b rmeTe eticher tom und aeteTe V: De Top Ten-Te
ye, d e n dee Buh ewendet wedene e eteet
Die Grundlaen
Kapitel 1Mit Phsik ie et estehen
omt h d e hy ehtit Beweun t e anÜea t nere
a und eüt chom Btcha um aertahect, ercte, . .. hy !
Kapitel 2ie Glae estehe
ct eecen, e t nur Phyeen un d orauaen
Behaten e de nheiten m ueon eter zu en und ur nheten umechnen
eder mit den ulen e wenhache cheweee enau eit n eweten
ee Z n zheee ie Ihre Fer u
twa e nach lra.. und nch en b che Trooete
19
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Pk fü ummiesKapitel 3Geschinikeit ist keine Hexerei 43
Strck d Etfru 43cs ld d t 45o dr Stck scwdk 4
as st tc schwdkt? 47E ck af d Tacho: D Moascwdkt 47Glcäß vora kostant scwdkt 48Stop and Go: wchsld Gscwdk 48taß: Drcscnttsschwdk 48M ostat Gscwndkt 49
Sh odr asar: scn 50D fto scn 50
D Et dr chluu 50
ostv nd at schnnn 5r d ota sclu 53
ostat d vaa scn 53D wsc scl, Zt Stck 54
E a lgd hu 54Noch hr scwdkt 5
wsc swdkt, scl d Strck 5
Kapite/4Richtunseisen: Ieht's lan} 59
kto vsth 59Onrnshf: Das rnp o kto 60
Vo ac : kton addr N h: ko sutrar
Zasp t ktor 3· kto nd hr opontn 5
opon von ktor aus trä ud Wl stn 5tä d kl a ktorkopot stn
kto näts 8Strck s ko 9Noch kto: Gschwnkt 0
E ht och: sch 7
a d Scwrkraft: r fr all 7
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Teil// Möen die Kräf der Ph1sik mit Ihne sein
apiteZehe u Schiee räe
Kräe wlen überllühe fei für ds erse Newosche Gesez
I Scwg oe ass d Trägeiße für Msse
Drf ich vorsellen Ds zweie ewon'sche GesetzKreieslerede räe
Ds große Fi as dritte ewosche GestzRebug und ds dri te ewonsche GesezWinkel d räe i dritte ewoschen GesetzI Gleicgewic
apite/6Auf der schiefe Bah Schefe Eee u Reiu
Lssen Se sich ict ruterziee GrviioEs et uärs Di scefe Ebe
Wnelzügeesceuig ct Spß
eibereie
eibng d Norlrer eibngskoezee ud Gleei eibg brgf
Scwer ud lugbaheoch hinus ie MimlhöeLiks Flgzei ud zrüc ie geste FlugduerE Scuss i ie beiebige Wel
aite7Reeihe u ettekaruse eseeUnen
er rudher Gcförige Keisbewegng cugsänderg ie Zeripebescheuigg
Uer de Eifss der eiplbeschlnigug Der Berg der Zeripelbeschleunu
Wie Schnürchen Znripel
nhaltsereicis
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77
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9 1
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Mi Vol gs durch die Ke De Zenriptra hilWieloordin Enferg Gschwindg eschleuigug
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1 1 11 1 1 11 11 11 15
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P1sk fü ummes Der Apfel fällt i cht weit vo St Ds Newto'sche Gvittiosgesetz 1 1
Gvitio der Erdobefläche Die Edbeschleuigug 1Kreisbhe ud ds Grvitosgesetz 1
dheu etile eisbewegug 22
Teil/Eneie und Abeit
KapitelPhsik in Ation
Es is icht so wie Sie dee . .Arbeit esseGewichte steeZg u Zg
egtive Arbeitit Schwg o Ki etische Eegieie oel fü die i etische egieKietische Eegie i der PaxsDs whre Lebe esltierede Kräe
Eergievorrt Potetielle EergieDe Kpf gege d ie Schweaäuche wechsel dich! ie wdlug vo ietischei potetiell e Eegie
Scheideweg Kosevtive ud icht oservtve Käe
orwärs ücwärts udheu Eergieerhltug Wie i feie lloch hius
Arbeite scele, Leistug zählt!Lesug esseWs Leistug sos och bedeutet
Kapite9Schunfoll: Impuls und Kratoß
Repelei Der Krtoß
Ipulse gebeDe Zusaehg ische Ipuls d Krasoß
Noch eil Polbil ld Kastoß ud IplsKrvo l durch de ege
Ipulsehltg Geschwidigeit i Gif Ipulserhltug i der PraxisIpul sehltg ud üdugsgeschwdiget
Auto gege Auo E lstische ud ielstische SößeGuibäll e E lstische StößeKetelupe elstische Stöße
_,2 _ _
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nhaltsezeicis
Stöße ener esStöße i zwei iensine
Kapitel We man's dreht und wndet: RotatonsbeweUnen
Vn der gerdli igen ewegg zr Rtinie Tgetlbewegg
ie Tg etilg eschwidig eie Tgetilbescegg e Zenripelbeschlenigg
Vetre d Rtisbewegngeer Vektr de Wegeschwidigeiter Ver der Wielbesche igng
rehe d wede s eetDie rehetgleichg
Hebelre verseherehete besties rehet ls Vet
iht wckeln RttsgeichgewichtFgge zeigen Ie schö i GecgewichtEi ttsgleihgewct t eibng
Kaptel mmer rundherum Dnami on RotatonsbeweUnen
Ds zwete ewt'sche Gesetz i ti
Tgentilbeschengng d Wiebeschleigg s Tägheitset
s Trägheset e de Lpeehete CD-ye Tgheit i der rxisWinebeschleigg d reet ch ei eispie
Arbei nd inetische Eneg e i RtsbewegugeI der Treühle: Abeit be ttinenKietiche Eergie i Rtisbeweggeie iesche Eergie der tti f eie Rpe
icht z bresen er reipls
ie Drehiplserhltg Sell itebhe e reiplserhtg i der ris
Kapitel Hn-her, hn-her Harmonsche BeeUnen
Feder s Hke'sche GesezIe schön chfederns He sce Gesetz d die icg der r
1551 5
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61 61 661 6
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P1s ü Dummes -De ee ose wegg
See n wageeEi geaere li arse ewegg De eseqez ee sse ee ee
e Eege ee oise eweggSwge Pee
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pit/Eiiz it Troik
e Spg s eß Wsses Teeer sag Clsiss Toe sg eeias Toe sg elv
Es wr w Lägeseg Wede e effizieE spl für srbir
Es beb war olesdeg e (Wäe)So sweDe Pase äder si de Teperr
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20
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22820202 2 22
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- nhalts"ezecs
Kapitel 15Wärme trif Arbet: De Hauptsätze der Therodnaik 235
a theiche Gleichgewcht eechen Nulte Hauptatz 235
We und Abeit ehaten er te Hauptsatz 236
negieehatug it Zahe 237
Ioba, iocho iothe, adabatisch - und wa noch .. ? 237Vo Ugag mit pez iichen Wekapaztäten 2
Wre ießen aen e Zweite auptatz 25
Abeit au We it Wekaachnen 26
Vo Wikuggad ei ne apachie 6
Ma kann ncht ae haben, agt Caot 27
Jetzt wid' kat. e itte (und about etzte) auptsatz 9
Tel VElektrscher Strm und Ma9neten 21
aptel 16e Lu mt Eletostat kniste lase 253
Pu ode inu? ie adung von ekton und oton 53
Ziehen und chieben Eektiche e 25
a Couob'che Geetz 25
e au itanz haten 255
ie Gechwiiget von ektonen 255
e zwchen ehee Ladungen 256
Wikung au de Fene ektiche Fede 257
Au allen Richtugen Fede von Punktadungen 258Schön geichßg geaden a eektische Fed i Patteondnato 260
eh die Sannung hoch a eetiche Potezia 261
eechnung de eektichen potenzieen negie 262
Spannung it Potenzia 263
a eektche otenzia beibt ehaten 26
a eektiche otenzia vo unktadungen 265
Auaden wa ie apazitt hegibt 267
Kapitel 1 7Elektronen mit Stromreisen schubsen 269
e ange Mach de Eetonen Sto 269
Sto denieen 270
Sto in atteien beechnen 270
Wiertandhig a Oh'che Geetz 27
e Sto duch e inen Widetand 27
Ganz peziiche Widetde 2
wid wa geetet 27
Schön de eihe ach eihenchaltungen 273
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P1sik für Dummies-Ales au eima: Paaelschatugeot ud Schee bid: Kichhosche Rege
edug de ascheegRche i vele asche
Kodesatoe im eisodesatoe Paaleschaug
odesatoe i Reheschatug Kodsato pus Widestad gech RCSchaltks
�api 18 Ubras anihnd Manismus
Azeh ud abstoßeZag au beegte LadugeDe äke magesche KäfeJede au see Bah: Geladee Telche im ageteld
agetede abeite icht ..
abe sie i ke totzde!töe vebiege
Käfe au SöeStöme ede gedet
Das Mageteld eies Dahtsagetede i LeiteschleieSchö gechmßig: agetelde vo Spule
Kapil 19Sröm mit Spannun flißn lassn
Eie Spaug d duzietpaed Beegug im ageldIdukosspaug ud Fäche
Faaday ud d FlussRichge Vozece: Die ezsce RegelIduktivitäteAu ud ab Wechsestomkese
Wi d Wecsespaug aussiehtDm Wdestad is all es egaAm Kodesato be il t sch de to
A de Spue öde de oDie dei ache Heausodeug RCStomkese
Kapit 20Ein Lichsrahl au Linsn und Spiln
lls übe Spege egepS ebü selALich kckt ab
cht beche i Sel lius
- 6
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ss d »güt« pg pg a d ad
ospg r vrgrößrdovx pg r vrrd
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Teil VI
as vrgrößd
stugss vd
De Top Ten· Teil
Kapite 21Ales is reat Ostisch)
atur adt a gcLct st r gc sc
o scdgt dt sc d Ztaarr at agsa o scdgt scpt d Lägatr st gc gat pus Atatr gc o vrrt a asss gt ct scr as das Lctd to at totzd ct
itel 22Zehn wie Theorien
r gaz z ürzr ...?a a sc s sagt srg carz Löc at Lct stavtao rüt d axposv scg at ntatoc xposv povao a z daHß ys roysr ö ga cs abso ss
Glossar
Sichworerzeichnis
naltserzeicnis
313232 132327327
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333
335
33336
336337338338333333
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Phtsik für Dummies-teen ie sch beispielsweise vor, dass e in hrem Auto siten und mit onstanter Beschleunun fahren. Um u beschleunien, muss hr Auto eine Kra auf die trae aus-üben, ansonsten önnen ie nicht schneller werden. Umeehrt üt die trae dieselbeKr auf Ihr Auto as n Abbildun 5.5 st dieses Tauiehen wischen Reifen nd traedaestellt
Fraß
Abbdung De rulerend Kräe n ene Refen während der Beschleungung
Wenn die trae nicht dieselbe Kra auf hren Reifen ausübt wie Ihr Refen auf die trae,dann dreht der Reifen durch beispesweise i m Winter bei Glätte, wenn de Reibun wischen trae und Reifen u erin ist, um das Kräeeichewicht herstellen u önnenAuf trocener trae leichen sch die Kräe noraleeise aus; das bedeutet aber nicht,dass eine Beweun stattfindet. Da eine Kra auf hr Auto wirt, beschleunit es. Auf diesem We wrd de Kra, die h Auto auf die trae ausübt, lettlich in Bescheuniun de sAutos umewandelt
Aber waru bewet sich die trae n icht? ch ie ch muss u jeder Kra af einen Körpereine eich roe Geenra exstieren, also spürt auch die trae eine Kra Ihr Auto beschleunt, also müsste doch die trae auch beschleunien, oder? Ob ie es lauben oderncht: Genau so ist es auch de trae (besser esat die Erde) besch eunit ! hr Autoschiebt die Erde an und beeinusst de Beweun der rde en wines bisschen Da deMasse der rde aber etwa 6 000 000 000 000 000 00 0 000 mal so ro ist wie di e hres Autos,st de Effet ncht a u oensichtich .
Reibun9 und das dritte Neton'sche GesetzWenn ein shoceyspieler een den Puc schlät, dann beschleunit sowoh der Puc alsauch der Speer. Dieser Effet wrd besser sichtbar, wenn ie annehmen, dass der Puc 500 Ki oramm wet Der Puc würde sich dann aum noch eween , während der p iele ruücprallen würde. (D iese Stuation wird i n Teil III des Buchs noch ausführlicher dsu-tert.)
- s6
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-5 > Ziehen nd Schieben: Kräe
Nehmen ie spaßshalber an, ass hnen nach em Ene s pils ie ehrenvoll Aufabezufällt, iesn Monsterpuck vo Fel zu schaffen. e verwenen dazu wi in Abbi lun 5.6ezeit in ei l
500-kgPuck
Reibung seil
E isbahn
Abbildung 5. 6: Mit einem Seil önnen Sie auch einen 500-kg-Pc vom E zieh
eile koen n vlen Physikaufaben vor, o auch in Kobination mit ei-ner eilrolle oer enem Flaschenzu ei enem einfachen eil ist ie ra,mt er das eil an e aran bfestitn Geenstan zieht, exakt enauso
roß wie die r, t der e a neren Ende des els zie hen.Der 500kPuck spür eine Rebunskr auf er Eisfläche nicht sehr vil, a das Es lattst, aber och eas ie Ihren eühunen eine n Wierstan enteen stzt. Di e resultierene Kr auf en Puck ist foll ch
' = FS.l - FReibung •
Da (as heißt, fa1ls. . . ) Fsn rößer st als Reibung' setzt sch er Puck n eweun Wenn eit konstanter ra an e el zehen, beschleun it der Puck kontinui rlch, a i resulterene Kra mmer lei ch sener Masse mal sein er eschleuni un sein muss:
w =FS.i
FRibung= ma .
Die Kra, it er ie an em Puck ziehen, wird also teilweise zur eschleun iung es ucsveenet und tilwes dafür, die Rebunskra zu überwinn sie st nach em rittenNewton'schen Gesetz ier enauso roß we de raft, die er Puck auf ie usübt (aberenteenesett erichtet):
FS.l = FReibung + m a .
Wenn i e eine ei lro lle verwenden, um einen Geenstan zu heben, müssen e so stark anem il ziehen, ass sie di Gewichtsra Mg des Geenstans übeinn können, wobig ie Erdbeschleuniun an dr Oberlche r Erde ist, 9,8 Meter pro ekune2 (she aus-
führliche Dskussion in apitel 6) Diese ituaton ist in bilun 57 ezeit, in er aseil ber eine Rolle läu, bevor es ie Masse M erreicht
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c:7 4 > Hier, nimm meine Jacke: WärmeüberratUn
das Gesetz von Charles: as Vrältnis vom Volumn zur mpratur is konsant, wnnsic ki nr dr andrn akorn (D ruc omng) ndt.
Waerdruck und Ludruck mesen
Dass i jzt Exp in acn Druck sind, könnn ie auch im ltag bwsn Mi
inr inachn G icung bcnn Si twa dn Duck, dn in uids Mdium (einGas odr in Füssigki t wi Wassr) ausübt
p = h.
p is di D ict dr üssigkitg di Bscunigung durch di Erdanzihung (98 s)und h di i dr Flüssigkit (od di Hö d lüssigkeissäu). Di Dicht vonWasr btägt twa 1 000 k/m3, alo a i
p = ( 1 000) 9,8)h = 9800h .
Jd Metr Wassrti stut 800 a bi odr und in Zhntl ds Amosphärndruc (dr wir obn im scnitt »Ein Bispil: Dr Druck ins dan Gass« erklä wid .
i G ichung gi, solang sic d i D ich ds diums n icht ändrt. D r Ludruck istdsal nic so inach zu bcnn, dnn di Dich dr Lu häng von der Höbr dm Mrsspigl ab Wnn i n i nr ysikauga gagt wird w sich dr Ludruck an zwi Punktn mit vscidnr Hönlag untrschid so gh man davonaus, dass di udict an idn uktn glic ist.
Gasmoleküle haben's eili
Einig Eignscan dr rumligndn Molkül ins idaln Gass lassn si gutbschribn, zum Bispil di mit kintisc Enrgi. Ein inach Gichung gnügt:
3 Ekin,mite l = 2
mi t als Boltzmann-Konsant ( ,38 · 10-2
3 J/K) und als Tmpratur. Di Mass jds inznn Molküls könnn i ausrcnn, voausgstzt naüric i wissn um wlcsGas s sich andlt (si dazu dn Ascnitt »Das Gimnis dr Avogadro-Zal« witron) . Au dirktm Wg glngn i dann zur Gscwind igkit dr Molkül in ängigkit von dr mpratur
Die eschwindikei fon Lumolekülen inm sonnign Früsommrtag tn i sic mit Frundn zum icknk im arkVrpflgung ist riclich vorandn, Karolsaat, Käsbröcn und Ka, und rotzdm irgnwas hlt N iman at in isscn sik mitgbract! Licht glangwi t lassni sic ins Gras alln und schauen zum Himml. r alt: Eigntlich ist ysik docüall, auch wnn man i Wirkung nict im si . .
Di Molkü dr ut, di um Irn Kop scwirrn, könnn Si zum Bispi nict snIr Gscwindigkit jdoc lässt sic on witrs abscätzn i on hrmomtr
c=23 1-
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- Phlsik fü Dummes-nd Taschnchn as dm Rucksack und mssn d Lufmaur mmrh n 28 oc
od 30 (d Umcnng s n at 3 bscrbn). D Glcung fü di mtkntsch Eng von Gasmolkül n habn S m Kopf
3Ekin,mttel = 2kT,
S müssn n noch all Zahn i nstzn:
Ekin,mittel = %kT = 3/2 ( 1 38 · 1 0) • (30 ) = 6,2 3 • 10- J .
Im Mittl at in Mkü in kinetisch Energi von 6,23 · 1 0 J. Das ist n icht vi ab
Molkü snd zmich kln Wchr Gschwindgki ntspct also dis Enrgi? natl 8 wd d Zsammnhang zwischn kintsc Enrg, Mass m nd Gscwin-dgkit v fomulit:
1 Ekn = 2mv
od ands gscibn
V =�2in
bstt gößtntls as Stickstoff. En Stickstofaom hat n Mass vn wa4,65 · 1 kg wvn S sc übrzugn könnn wnn Si di Mass nes Mls Sickstffasscn nd dch d Anzal NA der Aom n disem Mo el n.) Al Zahen ngszt, fet d Glchng
= �2
= 51 7 m/s = 1 860 km/h
Uff, was fü in Vs ng : Unmngn k n , fas 2000 k schnl l Gschoss rffnS in jd Sknd! Bloß gt, dass Molkü so kln snd Stln Si sc mal vor, nAtom wüd n aa Gamm wgn . was fü bla Fleckn das gäb !
Di kntic Enri in idaln Ga
Zwa snd Atm wnzig nd cht, abr aäglc Gasmngn nthatn v, vl vonhnn n kinsch ngi sic asc summir. W groß ist di kinsch Enrg
inr ggbnn Mng ins Gass Jds inzln Mlkül hat di milr knischEng
3 Eki = 2kT
Ds müssn S mit dr Anza d vorhandnn Molküe nNA mlzen (n ist dieMozahl odr Sfng ):
3 Ekngsm = 2nNAkT •
- 232_
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Ph1sik für Dummis -
Gegesad
-.viruel les F
B i l d
Aildung 0.9: Heeitung de Gleichung f konve Spiegel
c
e Probem; ah her eite Ihne die dre beodere Srahen au dem Ahnitt»Hohpige wre vergrößerd« bete Dete Der enzge nterched beteht dar,da a enem ovexen Spege nur vrtee Bder ettee öen Bem Enzechender Srahen chen Sie darau, da Brenpu nd Mittelpn de Spiegel ih jetzt auder Seie bende, de vom Betracher abgewandt t
Ei B ic auf de Strahlen Ab dung 20.9 zeg: Da Bild t vruell hiner dem Spegeaufrecht und verkeert Nahprüen können S e da m t ener Schüe u Edetahl odereiem große Löe Da Bld da de Außeete der Shüe vo hnen zurükwir, iverkeiner und icher ein bchen erzerr)
Se könen weder de Spegelgehng a dem Abhtt » Hohpegeln rehe«)veede düre aber ht vergeen da f jetzt negativ we de r Brept hnerdem Spege egt Nehme Se zum Bepe een ovexe Spegel mt ener Brenwetevon 20 cm und een Se ee Gegentand m Atad vo 35 m davor auf o ettehtda Bi d? Setze Se efach alle Zahen n de Spegeg leihg en
lac + /a8 = /f
ao
/30 + / aB = 20 .
Wen Se da nach aB auföe erhalten Sie 127 m Da B i d eeh o m Atand von2 7 cm hner dem Spege önen Se ah noch berechne, we groß e t? NaürlhAu dem Abchntt »De Vergrößerug emme« ene Se de geegnete Ge hung:
m = aac = 2,7/350 = 0,36
a vruee Bd teht aufrech und um enen Fator von 036 m Vergleich zum Gegentad verkener Und da t n wirklch a e, wa e über Spegel zu agen gb
- 326_
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20 > Ein Lctstal auf Linsen und Spieel _
Mit Lins siht man bessr
gesehen vn Spegeln egegne hnen agäglch auch en zwees psches Bauel deLnse Linsen esehen as uchschgem Maeral nd snd s gem, dass se Lchdurch Brechung ndeln der zersreen und spezee Typen eele de vruele Bler
ezegenGrundsäzich gi es zwe nsenare Samellnsen und Zersreuungslnsen In den lgede schien wede ich eide eprechen
Sammellinsen wiken terrößernd
A ene Sammeinse weden de Lchsrahlen z pischen chse hn gerchen Maenuz die Linsen, um das Lch vn enem Gegensand auf de einen Seie enem reellen B ld auf de ndeen See zu ündeln Eine Sammellnse nehmen Se zm Bespel , mde Zacen ene Befmare zu unesuchen n desem all nenn man de nse egße
ugsgas der pe Brllengläse zu Krre vn Weschige sn c Sammell-sen.
Strahendiaramme für Linsen
Lse önen Se ähnlche Dagramme zechnen, we sie wee vrn n dese apelr Spege elär werden Sche Sie sich di e Sammell nse ldung 2 0 mi henchaaesischen germmen Fähen an .
Samm l i ns2
c
Ggnstad c
bbdung 2010: Sammense. Der Gegenstand steht jensets d Krümmungsmttelpunts
De Srahlen snd in dung 20 engeechne:
. Stah 1 - e Mittepunsstl (veäu vm Gegensan duch den Melpun dense und nic nch a),
. Stahl 2 - der Paalelstahl (velä vm Gegensand parale l z r chse nd wird durchden Bennpn gerchen) und
. Stah 3 - e Bennpunktsstl (velä vm Gegensand drch en Bennpnk zuLnse und wd s gerchen, das e dann paall e z ur chse veläu).
n ldung 20 seh de Gegensnd jenses vm Krmmngsmielpn M. Wr sezen den Kümmungsradus her geh 2f- as s nc ganz e, weil die Lins enächen
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