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Aggregatzustände
Beachte, dass das Wort Dampf mit Vorsicht zu gebrauchen ist. Der sichtbare Dampf, den wir im Alltag mit Dampfwolken und Dampfschwaden oder Nebel bezeichnen, ist physikalisch gesehen kein Dampf, sondern kleinste Tröpfchen der kondensierten Flüssigkeit in Luft. Richtiger Wasserdampf ist im Gaszustand und ist absolut unsichtbar, d.h. perfekt transparent. Die Teilchen sind einzeln unterwegs und…
Aggregatzustände
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Arbeit (Physik)
Die physikalische Arbeit beschreibt die Energie, die durch die Wirkung einer Kraft, über einen Weg von einem physikalischen System auf ein anderes übertragen wird.
Arbeit (Physik)
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Auge
Aufbau des Auges Das Auge ist eine transparente, gefüllte Kugel (“Glaskörper”), die mit einer lichtundurchlässigen Haut umschlossen ist, ausser vorne, wo die durchsichtige Hornhaut Licht passieren lässt. Die Lichtstrahlen, die wir sehen, verlaufen durch die vordere Augenkammer, bevor sie durch die Öffnung in der Iris (Pupille) in den Glaskörper gelangen. Auf der hinteren Innenseite des…
Auge
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Beschleunigung
Die Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeit, d.h. sie sagt nichts über die Geschwindigkeit einer Bewegung aus, aber wie sich die Geschwindigkeit ändert, nämlich positiv oder negativ (Abbremsen) oder ob sie konstant bleibt (keine Beschleunigung).
Beschleunigung
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Brechung
Die Brechung ist ein typisches Wellenphänomen. Wegen unterschiedlicher Wellengeschwindigkeiten in verschiedenen Medien breitet sich die Welle mit einem Winkel aus, der mit dem Brechungsgesetz berechnet werden kann.
Brechung
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Druck
Druck ist eine Zustandsgrösse, die Kraft pro Fläche entspricht. Die Kraft kommt von von den Stössen der Teilchen. Es gibt verschiedene Arten von Druck, die aber alle als richtungslos gelten.
Druck
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Dynamik
Im Gegensatz zur Statik gehören Situationen, in welchen wir kein Kräfte- oder Drehmomentgleichgewicht haben, zur Dynamik. Das System wird durch die nicht verschwindende resultierende Kraft oder das resultierende Drehmoment beschleunigt. Typischerweise kommt es dadurch zum Aufbau einer Geschwindigkeit. Ein Abbremsen gehört ebenso zur Dynamik. Resultierende Kraft oder resultierendes Drehmoment Steht ein Klotz auf dem Tisch,…
Dynamik
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Elektrische Leistungsübertragung
Elektrische Arbeit wird über das elektromagnetische Feld transportiert. Das gilt für elektrischen Strom, wie auch für elektromagnetische Wellen.
Elektrische Leistungsübertragung
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Elektrische Spannung
Die elektrische Spannung ist die Differenz von zwei elektrischen Potenzialen \(\varphi_A\) und \(\varphi_B\). Sie hat deshalb die gleiche Einheit wie das elektrische Potenzial, das für Energie pro Ladung steht: \[ U = \varphi_A – \varphi_B = \frac{E_A – E_B}{q} = \frac{\Delta E}{q} \qquad \rightarrow \qquad \Delta E = q \cdot U \] Um die Ladung…
Elektrische Spannung
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Elektrizität und Magnetismus
Elektrostatik Elektrische LadungMillikan-Experiment(Elementarladung)CoulombkraftInfluenzElektrisches Feld (E-Feld)KondensatorPolarisation SpannungsquellenRöntgenröhre Elektrische Spannung Stromkreise Elektrischer StromElektrischer WiderstandOhm’sches GesetzParallelschaltungSerienschaltungKirchhoff’sche GesetzeErsatzwiderstand PermanentmagneteErdmagnetfeldMagnetische Wirkung des StromsSpule Magnetismus Lorentzkraft Hall-EffektLautsprecherElektromotor WirbelströmeGegeninduktionGeneratorLenz’sche RegelTransformator Induktion Elektrische Leistungsübertragung Elektrische LeistungStromnetzPoynting-Vektor
Elektrizität und Magnetismus
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Elektrostatik
Warum stehen uns die Haare zu Berge? In der Elektrostatik dreht sich alles um ruhende Ladungen und ihre gewaltigen Kräfte. Erforsche das unsichtbare Knistern, das Blitze zucken und Luftballons schweben lässt!
Elektrostatik
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Energie
Energie ist eine theoretische Erhaltungsgrösse, die verschiedenste Formen annehmen kann und fast beliebig von einer Form in die andere Form umgewandelt werden kann.
Energie
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Energie und Impuls
Arbeit HubarbeitBeschleunigungsarbeitSpannarbeitReibungsarbeitElektrische Arbeit Potenzielle Energie(Lageenergie)Kinetische Energie(Bewegungsenergie)Innere EnergieRotationsenergieKilowattstunde (kWh) Energie Impuls Keplers GesetzeDrehimpulsTrägheitsmoment WirkungsgradSankey-Diagramm(Energiefluss-Diagramm)Perpetuum Mobile Leistung
Energie und Impuls
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Farben
Der Mensch kann drei verschiedene Grundfarben (rot, grün und blau) sehen und daraus erkennt er auch andere Farben und Farbgemische. Mischen wir Licht aller Farben des Regenbogens, erscheint uns die komplette Mischung in weiss. Unser Farbsehen macht dabei keinen Unterschied zu einer Mischung der drei Grundfarben zu gleichen Teilen – auch sie erscheint weiss. Um…
Farben
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Gasgesetze
Gase komprimieren und expandieren Was macht Gase einzigartig? Im Gegensatz zu Festkörpern und Flüssigkeiten, sind Gase nicht an einem Volumen gebunden. Bei einem Feststoff oder einer Flüssigkeit ist die Dichte eigentlich immer etwa gleich, weil für einen Stoff eine bestimmte Anzahl Teilchen immer etwa gleich viel Platz einnimmt. Gemäss Teilchenmodell sind die Teilchen nahe zusammen,…
Gasgesetze
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Gleichförmige Bewegung
Die gleichförmige Bewegung beschreibt Körper, die sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Bahn bewegen. Erfahre, wie der Zusammenhang von Weg und Zeit einfache Vorhersagen über zukünftige Positionen ermöglicht.Gleichförmige Bewegung
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Gravitationsgesetz
Universelle Kraft Im Jahr 1687 veröffentlichte der englische Physiker und Mathematiker Isaac Newton (1642 – 1726) die “Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” und sein absolut revolutionäres Konzept einer universellen Gravitationskraft. Erstmals wurde die Anziehungskraft der Erde, wie sie auf einen Apfel wirkt, mit dem gleichen universellen Gesetz beschrieben, wie für die Anziehungskraft der Erde auf den…
Gravitationsgesetz
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Impuls
Wenn Giganten kollidieren oder Raketen abheben: Der Impuls steuert jede Bewegung. Entdecke das Geheimnis von Masse und Geschwindigkeit und welche Überraschungen die Impulserhaltung auf Lager hat!
Impuls
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Induktion
Induktion im bewegten Leiter Im weiteren werden wir die Lorenztkraft auf die Ladungsträger anschauen, wenn wir den Leiter bewegen und zwar in einem Magnetfeld. Wir nehmen die Definition der Lorentzkraft: \[ \vec{F}_L = q\vec{E} + q \cdot \big( \vec{v} \times \vec{B} \big) \] Da wir hier kein elektrisches Feld haben, fällt der erste Teil in…
Induktion
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Kräfte
Kräfte können sich auf zwei Arten zeigen: Durch Verformung oder durch Beschleunigung. Mit Hilfe von Kraftmessern können wir sie auch messen. Kräfte sind Vektorgrössen, d.h. sie haben einen Betrag (in Newton) und eine Richtung. Als Vektor kann eine Kraft mit einer anderen Kraft addiert werden oder eine Kraft kann in zwei oder mehrere Teilkräfte zerlegt…
Kräfte
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Kreisbewegung
Winkelgeschwindigkeit Eine Kreisbewegung wird vorzugsweise mit der Winkelgeschwindigkeit \(\omega\) (kleines Omega) beschrieben. Sie hat den Vorteil, dass sie für den ganzen rotierenden Körper immer gleich gross ist. Die Winkelgeschwindigkeit beschreibt, wie schnell sich der Winkel bei der Kreisbewegung ändert. Eine ganze Umdrehung entspricht einer Änderung des Winkels um \(2\pi\) (eine ganze Umdrehung im Bogenmass). Im…
Kreisbewegung
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Kreisprozesse
Vom Kühlschrank bis zum thermischen Kraftwerk: Der Kreisprozess beschreibt die periodische Umwandlung von Wärme in Arbeit. Er bildet das Herzstück der Thermodynamik und definiert die energetischen Grenzen unserer Welt.Kreisprozesse
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Leistung
Die Leistung ist die Arbeit oder Energiemenge, die in einer bestimmten Zeit umgesetzt worden ist.
Leistung
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Licht
Licht (elektromagnetische Wellen/Photonen) interagiert mit Materie auf verschiedene Weisen und gibt uns den wichtigsten Sinneseindruck, wenn es in unsere Augen trifft.
Licht
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Linsen
Linsen brechen die Lichtstrahlen an ihren gekrümmten Oberflächen so, dass virtuelle oder reelle Bilder der Gegenstände entstehen. Sie sind deshalb Kernstück aller optischen Instrumente und werden bei Sehkorrekturen (Brillen, Kontaktlinsen) verwendet.
Linsen
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Lorentzkraft
Kraft des elektrischen und des magnetischen Felds Eine elektrische Ladung \(q\) erfährt in einem elektrischen Feld \(\vec{E}\) eine Coulombkraft und wird dadurch beschleunigt: \[ \vec{F}_C = q \cdot \vec{E} \] Tritt eine elektrische Ladung in ein Magnetfeld \(\vec{B}\), so wird auch hier eine Kraft auf sie wirken. Es handelt sich dieses Mal aber um eine…
Lorentzkraft
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Magnetismus
Von unsichtbarer Anziehung bis zum Nordlicht: Der Magnetismus bestimmt unsere Welt. Erfahre, wie Magnetfelder wirken, Kompasse ausrichten und sogar Züge schweben lassen. Finde auch heraus, wie das Erdmagnetfeld das Leben auf der Erde erst möglich macht!
Magnetismus
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Mechanik
Gleichförmige Bewegung Weg-Zeit-Diagramm(s-t-Diagramm)Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm(v-t-Diagramm)Geschwindigkeit Beschleunigungs-Zeit-Diagramm(a-t-Diagramm)BewegungsgleichungenFreier FallErdbeschleunigung Beschleunigung Zusammengesetzte Bewegung Waagrechter Wurf(horizontaler Wurf)Senkrechter WurfSchräger Wurf Erstes Gesetz(Trägheitsgesetz)Zweites Gesetz(Kraftgesetz)Drittes Gesetz(Wechselwirkungsgesetz) Newtons Gesetzeder Mechanik Kräfte Kräfte addierenKräfte zerlegenInnere und äussere KräfteGewichtskraftNormalkraftFederkraftReibungskraftGleitreibungHaftreibungRollreibung GravitationsfeldGravitationspotenzialGeostationäre SatellitenFluchtgeschwindigkeit Gravitationsgesetz Kreisbewegungen BahngeschwindigkeitWinkelgeschwindigkeitZentripetalbeschleunigung KräftegleichgewichtDrehmomentDrehmomentgleichgewicht Statik Dynamik KraftwandlerHebelgesetzSchwerpunkt AuflagedruckKolbendruck(statischer Druck)Schweredruck(hydrostatischer Druck)Auftrieb Druck
Mechanik
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Moderne Physik und Astrophysik
Moderne Physik und Astrophysik Vier Grundkräfte der PhysikPhotonenExpansion des UniversumsKosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMBR)
Moderne Physik und Astrophysik
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Newtons Gesetze der Mechanik
Newtons drei Gesetze der Mechanik beschreiben den Zusammenhang zwischen den Kräften, die auf Körper oder Gegenstände wirken, sowie der Bewegung dieser Körper. Die Bewegung wird über die Beschleunigung beschrieben, d.h. wie sich die Geschwindigkeit ändert. Herrscht keine Kraft vor oder ist die resultierende Kraft null (Kräftegleichgewicht), bleibt die Geschwindigkeit konstant. Ruhende Systeme bleiben in diesem…
Newtons Gesetze der Mechanik
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Optik
Licht SonnenstrahlenIntensitätLichtgeschwindigkeit MondphasenSonnen- und MondfinsternisseCamera Obscura (Lochkamera) Schatten Reflexion Streuung von LichtSpiegelKonkavspiegel (Hohlspiegel)Konvexspiegel (Wölbspiegel)Planare Spiegel Fermat’sches PrinzipBrechungsindexTotalreflexion Brechung Linsen SammellinseStreulinse (Zerstreuungslinse)Fresnel-LinseLupeMikroskopTeleskop (Fernrohr) KurzsichtigkeitWeitsichtigkeit Auge Farben FarbsehenRegenbogen
Optik
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Reflexion
Reflexion als Welleneigenschaft Die Reflexion ist eine der typischen Eigenschaften von Wellen. Alle Wellen, ob Wasser-, Schall-, Erdbeben- oder elektromagnetische Wellen, zu welchen das Licht gehört, reflektieren an Grenzflächen von zwei verschiedenen Medien. Die Welle wird nicht vollständig reflektiert, sondern ein Teil wird absorbiert, d.h. die Energie der Welle wird in eine andere Energieform umgewandelt…
Reflexion
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Schatten
Unter einem Schatten verstehen wir ein Gebiet, in welchem kein Licht (Kernschatten) oder weniger Licht (Halbschatten) einfällt.
Schatten
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Schwingungen
Was macht ein System schwingungsfähig? Schwingungen sind ein physikalisches Phänomen, das an unterschiedlichsten Orten beobachtet werden kann: Die Saite eines Saiteninstruments kann einmal kurz gezupft werden und wir beobachten dann, wie die Saite schnell hin- und her schwingt. Wir können aber auch elektrische Ladungen in einem Leiter zum Schwingen bringen und so einen Wechselstrom erzeugen…
Schwingungen
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Schwingungen und Wellen
Schwingungen Harmonische SchwingungenEnergie in SchwingungssystemenGedämpfte SchwingungenErzwungene Schwingungen FadenpendelFederpendelElektrischer Schwingkreis Schwingungssysteme Wellen WellengleichungPeriodische WellenEnergietransport in WellenSchallwellenElektromagnetische Wellen Wellen an GrenzflächenÜberschallDoppler-Effekt Wellenausbreitung Wellenüberlagerungen SchwebungMoiré-EffektInterferenzOptik von dünnen SchichtenPoisson-Fleck (Aragos Punkt)Stehende Wellen
Schwingungen und Wellen
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Schwingungssysteme
Warum schwingen gewisse Systeme und andere nicht? Die Voraussetzungen sind eine rückstellende Wirkung und eine Trägheit. Sie beeinflussen das Schwingungsverhalten.Schwingungssysteme
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Statik
Die wohl wichtigste Anwendung der Statik finden wir im Bau: Gebäude, Türme, Brücken, Tunnel etc. All diese Bauwerke sollen möglichst lange halten. Die Statik ist das Konzept in der Mechanik, wo wir ein Kräftegleichgewicht und ein Drehmomentgleichgewicht haben. Ein solches Gleichgewicht bedeutet, dass die resultierende Kraft und das resultierende Drehmoment für das System verschwinden: \[…
Statik
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Stromkreise
Wir wissen, dass wir mit einem äusseren elektrischen Feld die freien Ladungsträger (Elektronen) im Metall der Leiter zum Fliessen bringen können. Wenn wir eine Batterie nehmen, haben wir zwischen den Polen eine elektrische Spannung bzw. Potenzialdifferenz: \[ U = \varphi_A – \varphi_B \] Aus der Beziehung \(U = E_0 d\) folgt \(E_0 = \frac{U}{d}\). Wir…
Stromkreise
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Teilchenmodell
Teilchenmodell in der Physik Mit dem Teilchenmodell können wir Materie in den verschiedenen Aggregatzuständen oder Gemische uns besser vorstellen. Als Teilchen verstehen wir ein Atom, wenn der Stoff aus Atomen aufgebaut ist (z.B. Metalle \(\text{Fe}\)) oder ein Molekül, wenn wir einen Stoff haben, der aus Molekülen besteht (z.B. gasförmiger Sauerstoff \(\text{O}_2\). Pro Teilchen wird meistens…Teilchenmodell
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Thermodynamik
Die Thermodynamik untersucht die Umwandlung von Energieformen. Sie erklärt, warum nicht die ganze Wärme in Arbeit umgewandelt werden kann und warum die Entropie vom Urknall bis zur Kraftwerkstechnik grundlegend ist.
Thermodynamik
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Wärme und Energie
Wärme Die physikalische Arbeit \(W\) ist das Zu- oder Abführen von mechanischer Energie mit Hilfe einer Kraft, die über einen Weg wirkt. Wenn wir beispielsweise einen Teig kneten, dann braucht das Kraft und die Kraft wirkt über kurze Wege. Im Teig wird die mechanische Energie durch Reibung in thermische Energie umgewandelt. Der Teig wird ganz…
Wärme und Energie
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Wärmelehre
Teilchenmodell TemperaturBrownsche BewegungWärmeausdehnungAnomalie des Wassers Gesetz von Boyle-MariotteGesetz von AvogadroGesetz von Charles(Gay-Lussac 1)Gesetz von Amontons(Gay-Lussac 2) Gasgesetze Wärme und Energie Thermische EnergieThermisches GleichgewichtSpezifische WärmekapazitätWärmetransportKonvektionWärmeleitungWärmestrahlung Phasenübergängep-T-Diagramm(Druck-Temperatur-Diagramm)Spezifische VerdampfungswärmeSpezifische Schmelzwärme Aggregatzustände Thermodynamik ZustandsänderungenIsothermische ZustandsänderungAdiabatische ZustandsänderungErster HauptsatzZweiter HauptsatzCarnot-WirkungsgradMaxwell’scher Dämon WärmekraftmaschinenClausius-Rankine-ProzessDiesel-KreisprozessJoule-KreisprozessOtto-KreisprozessStirling-KreisprozessKältemaschinen und Wärmepumpen Kreisprozesse
Wärmelehre
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Wellen
Beispiele von Wellen Wellen kommen in verschiedensten Arten und Ausprägungen vor. Umso erstaunlicher ist es, dass sie alle die eine universelle Wellengleichung erfüllen. Daraus folgt auch, dass die Wellen, so unterschiedlich sie auch sind, sich in gleicher Art ausbreiten mit den Phänomenen der Reflexion, Brechung und Totalreflexion. Schallwellen sind longitudinale Wellen, die sich in Luft…
Wellen
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Wellenausbreitung
Eine typische Eigenschaft von Wellen ist ihre Art der Ausbreitung. Die Art und Weise, wie sich Wellen ausbreiten, ist allen Wellen gemeinsam, egal ob wir von Schallwellen, Lichtwellen oder Erdbebenwellen reden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist zwar bei diesen verschiedenen Beispielen unterschiedlich gross, bleibt für eine Wellenart aber fast eine Konstante. Ich sage fast, denn sie hängt…Wellenausbreitung
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Wellenüberlagerungen
Die Art und Weise, wie sich Wellen überlagern, ist die wohl faszinierendste Eigenschaft der Wellen. Damit werden unglaublich interessante Experimente möglich: Es entstehen alle Regenbogenfarben auf Seifenblasen, Schall kann durch zusätzlichen Schall unterdrückt werden und Licht kann sogar inmitten eines Schattens erscheinen! Ungestörte Überlagerung Im obigen Bild wird sehr schön ersichtlich, wie Wasser-Oberflächenwellen perfekte Kreise…
Wellenüberlagerungen
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Zusammengesetzte Bewegungen
Geschwindigkeiten sind Vektorgrössen, d.h. wenn mehrere Bewegungen zusammengesetzt bzw. überlagert sind, werden die Geschwindigkeiten dieser Bewegungen als Vektoren addiert. Wenn z.B. eine Person im Zug nach vorne geht und der Zug selber auch fährt, addieren sich die Gehgeschwindigkeit und Fahrgeschwindigkeit des Zugs. Überlagerung von Geschwindigkeiten in einer Dimension Das Beispiel der Person im Zug ist…
Zusammengesetzte Bewegungen
