„Körper (Physik)“ – Versionsunterschied
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* der ''nicht'' zählbare und ''nicht'' teilbare [[Chemischer Stoff|Stoff]], z. B. „Eis“, „Holz“ und „Wasser“. |
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== Körper aus Material in fluiden Aggregatzuständen == |
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Materie in [[Aggregatzustand|Aggregatzuständen]], in denen Teilchen, aus denen die Materie besteht, frei bewegbar sind, wird als [[fluid]] bezeichnet.<ref>{{Internetquelle |autor=Hans-Jochen Foth |url=https://roempp.thieme.de/lexicon/RD-06-01312 |titel=Fluid, RD-06-01312 |werk=Römpp online |hrsg=Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart |datum=2016 |sprache=de |abruf=2023-05-27}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/fluid/3381 |titel=fluid |werk=Lexikon der Chemie |hrsg=Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg |datum=1998 |sprache=de |abruf=2023-05-27}}</ref> Unter den auf der [[Erde]] bestehenden Bedigungen können Gase und Plasmen keine Körper bilden, da die [[Kohäsion (Chemie)|kohäsiven Wechselwirkungen]] zwischen den Teilchen zu schwach sind, um deren [[Thermische Energie|thermische Bewegung]] zu kompensieren. Hingegen können Sonnen und Gasplaneten gebildet werden, das diese groß genug sind, um durch [[Gravitation]] stabilisiert zu werden. |
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[[Flüssigkeit|Flüssige]] und [[Gas|gasförmige]] Körper werden zusammenfassend [[Fluid]]e genannt. Sie haben keine bestimmte Form und passen sich in der Regel den Gefäßwänden an. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass sich Gase verdichten lassen, während Flüssigkeiten ein nahezu konstantes [[Volumen]] haben. Ein Gas füllt den zur Verfügung stehenden Raum in der Regel voll aus, während eine Flüssigkeit eine Oberfläche ausbildet. Befindet sich ein Körper in einem Fluid, so erfährt er nach dem [[Archimedisches Prinzip|archimedischen Prinzip]] einen [[Hydrostatischer Auftrieb|Auftrieb]]. Das Verhalten unbewegter Fluide wird durch die [[Fluidstatik]] beschrieben, das Verhalten bewegter Fluide durch die [[Fluiddynamik]]. |
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[[Flüssigkeit|Flüssigkeiten]] können [[Tropfen]] als Körper ausbilden.[[Verschlaufung|Verschlaufte]] [[Taktizität|ataktische]] [[Polymer|Polymere]], die intrinsisch nicht kristallisationsfähig sind, wirken im verglasten Zustand wie [[Festkörper]], sind aber tatsächlich unterkühlte Flüssigkeiten mit hoher [[Viskosität]].<ref>{{Literatur |Autor=David I. Bower |Titel=An introduction to polymer physics |Verlag=Cambridge University Press |Ort=Cambridge |Datum=2002 |ISBN=0-511-07757-2 |Kapitel=7.4 Time–temperature equivalence and superposition}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Gert Strobl |Titel=The Physics of Polymers – Concepts for Understanding Their Structures and Behavior |Auflage=3 |Verlag=Springer-Verlag |Ort=Berlin/Heidelberg |Datum=2007 |ISBN=978-3-540-25278-8 |DOI=10.1007/978-3-540-68411-4 |Kapitel=6.3 Specific Relaxation Processes and Flow Behavior}}</ref> [[Kunststoff]]-Körper aus derartigen Materialien können daher auch als Körper aus Material im flüssigen Aggregatzustand aufgefasst werden. |
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[[Kondensation|Kondensiert]] ein gasförmiger Körper zu einem flüssigen oder festen, so nimmt seine [[Dichte]] sprungartig zu, typischerweise um drei [[Größenordnung]]en. Beim [[Erstarren]] ändert sie sich hingegen nur wenig. Deshalb werden Flüssigkeiten und [[Festkörper]] als ''kondensierte Materie'' zusammengefasst und den Gasen gegenübergestellt. |
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== Festkörper == |
== Festkörper == |
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[[Amorphes Material|Amorphe Festkörper]] bestehen aus einem nicht fließfähigen Material, dessen innerer Aufbau nicht periodisch ist. Beispiele hierfür sind [[Glas|Silikatgläser]], wie [[Trinkglas|Trink]]- und [[Flachglas|Fensterglas]]. |
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[[Kristall|Kristalline Festkörper]] bestehen aus einem nicht fließfähigen Material, dessen innerer Aufbau periodisch ist. |
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== Mechanische Aspekte == |
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Festkörper besitzen zwar eine feste Form, sie lassen sich aber durch das Einwirken äußerer [[Kraft|Kräfte]] verformen. Geht die [[Verformung]] nach dem Einwirken der Kraft wieder vollständig zurück, so spricht man von einer [[Elastizität (Physik)|elastischen Verformung]], anderenfalls von einer [[Plastizität (Physik)|plastischen Verformung]], die ein [[irreversibler Prozess]] ist. In vielen Anwendungen werden die Verformungen eines festen Körpers, wenn sie nur geringfügig sind, auch vernachlässigt. Man verwendet dann das Modell des [[Starrer Körper|starren Körpers]]. Um seine Position im Raum eindeutig zu beschreiben, genügt die Angabe der Koordinaten von dreien seiner Punkte. Sind die Eigenschaften eines Festkörpers, insbesondere seine Zusammensetzung und Dichte, im gesamten Volumen konstant, so spricht man von einem ''homogenen'' Körper. |
Festkörper besitzen zwar eine feste Form, sie lassen sich aber durch das Einwirken äußerer [[Kraft|Kräfte]] verformen. Geht die [[Verformung]] nach dem Einwirken der Kraft wieder vollständig zurück, so spricht man von einer [[Elastizität (Physik)|elastischen Verformung]], anderenfalls von einer [[Plastizität (Physik)|plastischen Verformung]], die ein [[irreversibler Prozess]] ist. In vielen Anwendungen werden die Verformungen eines festen Körpers, wenn sie nur geringfügig sind, auch vernachlässigt. Man verwendet dann das Modell des [[Starrer Körper|starren Körpers]]. Um seine Position im Raum eindeutig zu beschreiben, genügt die Angabe der Koordinaten von dreien seiner Punkte. Sind die Eigenschaften eines Festkörpers, insbesondere seine Zusammensetzung und Dichte, im gesamten Volumen konstant, so spricht man von einem ''homogenen'' Körper. |
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Als im frühen 17. Jahrhundert die neuzeitliche Naturwissenschaft entstand, vertrat [[René Descartes]] einen rein geometrischen Begriff. Demnach ist der Körper allein durch sein Volumen und seine Form definiert und hat keine weiteren Eigenschaften. Wirkungen sollte der Körper nur durch direkte Berührung mit einem anderen Körper auslösen können, also durch einen Stoß.<ref name="Westfall 1972">{{Literatur |Autor=Richard S. Westfall |Titel=Force in Newton's Physics: The Science of Dynamics in the Seventeenth Century |Verlag=American Elsevier |Ort=New York |Datum=1971 |Kapitel=Kapitel 2}}</ref> Demgegenüber gründete [[Isaac Newton]] die nach ihm benannte Mechanik auf die Definition, ein Körper sei eine bestimmte Menge an Materie. Er benutzte den Begriff ''Körper'' gleichbedeutend mit ''Masse'' und verstand darunter die Gesamtzahl der materiellen Teilchen, die in einem Volumen eingeschlossen sind.<ref>Isaac Newton: ''Philosophiae naturalis principia mathematica.'' Bd. 1: ''Tomus Primus.'' London 1687, Definitio I ([https://gdz.sub.uni-goettingen.de/id/PPN512261393|LOG_0011 Digitalisat]{{Toter Link|url=https://gdz.sub.uni-goettingen.de/id/PPN512261393%7CLOG_0011 |date=2022-11 |archivebot=2022-11-29 09:22:09 InternetArchiveBot }}), siehe auch Newton: ''Opticks'', Buch III, Query 31 (Beleg vervollständigen)</ref> Mithilfe des von ihm ebenfalls neu geschaffenen Begriffs der ''[[Kraft]]'' analysierte er die Bewegungen von Körpern am Himmel und auf der Erde und stellte fest, dass zwischen je zwei beliebigen Körpern auch in großem Abstand eine Anziehungskraft wirken müsse, die [[Gravitation]]. Obwohl Newton selbst über den Ursprung dieser Kraft keine Aussagen ("Hypothesen") treffen wollte, wurde diese Kraftwirkung als von den Körpern ausgehend und als eine Eigenschaft der Körper aufgefasst. [[Gottfried Wilhelm Leibniz]]<ref>{{Literatur |Autor=Volkmar Schüller |Titel=Der Leibniz-Clarke-Briefwechsel |Verlag=Akademie-Verlag |Ort=Berlin |Datum=1991 |Kommentar=Brief an A. Conti vom 6. Dez. 1715}}</ref> und andere kritisierten dies als Rückfall in die vorwissenschaftliche Zeit, in der man die in der Natur beobachteten Vorgänge dadurch zu erklären versucht hatte, dass man den Körpern allerlei verborgene (''okkulte'') Eigenschaften zuschrieb – eine Ansicht, die Newton heftig zurückwies. |
Als im frühen 17. Jahrhundert die neuzeitliche Naturwissenschaft entstand, vertrat [[René Descartes]] einen rein geometrischen Begriff. Demnach ist der Körper allein durch sein Volumen und seine Form definiert und hat keine weiteren Eigenschaften. Wirkungen sollte der Körper nur durch direkte Berührung mit einem anderen Körper auslösen können, also durch einen Stoß.<ref name="Westfall 1972">{{Literatur |Autor=Richard S. Westfall |Titel=Force in Newton's Physics: The Science of Dynamics in the Seventeenth Century |Verlag=American Elsevier |Ort=New York |Datum=1971 |Kapitel=Kapitel 2}}</ref> Demgegenüber gründete [[Isaac Newton]] die nach ihm benannte Mechanik auf die Definition, ein Körper sei eine bestimmte Menge an Materie. Er benutzte den Begriff ''Körper'' gleichbedeutend mit ''Masse'' und verstand darunter die Gesamtzahl der materiellen Teilchen, die in einem Volumen eingeschlossen sind.<ref>Isaac Newton: ''Philosophiae naturalis principia mathematica.'' Bd. 1: ''Tomus Primus.'' London 1687, Definitio I ([https://gdz.sub.uni-goettingen.de/id/PPN512261393|LOG_0011 Digitalisat]{{Toter Link|url=https://gdz.sub.uni-goettingen.de/id/PPN512261393%7CLOG_0011 |date=2022-11 |archivebot=2022-11-29 09:22:09 InternetArchiveBot }}), siehe auch Newton: ''Opticks'', Buch III, Query 31 (Beleg vervollständigen)</ref> Mithilfe des von ihm ebenfalls neu geschaffenen Begriffs der ''[[Kraft]]'' analysierte er die Bewegungen von Körpern am Himmel und auf der Erde und stellte fest, dass zwischen je zwei beliebigen Körpern auch in großem Abstand eine Anziehungskraft wirken müsse, die [[Gravitation]]. Obwohl Newton selbst über den Ursprung dieser Kraft keine Aussagen ("Hypothesen") treffen wollte, wurde diese Kraftwirkung als von den Körpern ausgehend und als eine Eigenschaft der Körper aufgefasst. [[Gottfried Wilhelm Leibniz]]<ref>{{Literatur |Autor=Volkmar Schüller |Titel=Der Leibniz-Clarke-Briefwechsel |Verlag=Akademie-Verlag |Ort=Berlin |Datum=1991 |Kommentar=Brief an A. Conti vom 6. Dez. 1715}}</ref> und andere kritisierten dies als Rückfall in die vorwissenschaftliche Zeit, in der man die in der Natur beobachteten Vorgänge dadurch zu erklären versucht hatte, dass man den Körpern allerlei verborgene (''okkulte'') Eigenschaften zuschrieb – eine Ansicht, die Newton heftig zurückwies. |
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== Sonstige Verwendungen des Begriffs "Körper" == |
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Im weiteren Ausbau der Mechanik und ihrer Anwendung auf Flüssigkeiten und Gase wurde auch der Gebrauch des Worts ''Körper'' entsprechend ausgedehnt. Vorübergehend wurden Anfang des 20. Jahrhunderts sogar neu in radiochemischen Versuchen gefundene, zunächst nur durch ihre messbare Halbwertszeit identifizierte [[Radionuklid]]e als ''radioaktive Körper'' bezeichnet. |
Im weiteren Ausbau der Mechanik und ihrer Anwendung auf Flüssigkeiten und Gase wurde auch der Gebrauch des Worts ''Körper'' entsprechend ausgedehnt. Vorübergehend wurden Anfang des 20. Jahrhunderts sogar neu in radiochemischen Versuchen gefundene, zunächst nur durch ihre messbare Halbwertszeit identifizierte [[Radionuklid]]e als ''radioaktive Körper'' bezeichnet. |
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Eine idealisierte thermische Strahlungsquelle, die auftreffende [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetische Strahlung]] jeglicher [[Wellenlänge]] vollständig absorbiert und gleichzeitig elektromagnetische Strahlung aussendet, deren Intensität und [[Elektromagnetisches Spektrum|spektrale Verteilung]] von der Beschaffenheit des Körpers und seiner Oberfläche unabhängig sind und nur von seiner Temperatur abhängen, wird als [[schwarzer Körper]] bezeichnet. |
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== Weblinks == |
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Version vom 28. Mai 2023, 00:48 Uhr
In der klassischen Physik ist ein physikalischer Körper ein von seiner Umgebung abgrenzbares Objekt, das eine Masse sowie ein Volumen besitzt und das in seiner Gesamtheit Translationsbewegungen oder Rotationsbewegungen ausführen kann.[1][2] Reale Körper bestehen häufig aus kondensierter Materie, die Grenzflächen ausbilden kann. Ein Körper allerdings auch aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt sein sowie mehrere thermodynamische Phasen oder gasförmige Einschlüsse enthalten. Bestimmte Himmelskörper wie Sonnen oder Gasplaneten können auch ganz oder größtenteils aus Gas oder Plasma[3] bestehen.
Begrifflich unterschieden wird:
- der zählbare und teilbare Körper, z. B. „Schneeflocke“, „Brett“ oder „Tropfen“
- der nicht zählbare und nicht teilbare Stoff, z. B. „Eis“, „Holz“ und „Wasser“.
Körper aus Material in fluiden Aggregatzuständen
Materie in Aggregatzuständen, in denen Teilchen, aus denen die Materie besteht, frei bewegbar sind, wird als fluid bezeichnet.[4][5] Unter den auf der Erde bestehenden Bedigungen können Gase und Plasmen keine Körper bilden, da die kohäsiven Wechselwirkungen zwischen den Teilchen zu schwach sind, um deren thermische Bewegung zu kompensieren. Hingegen können Sonnen und Gasplaneten gebildet werden, das diese groß genug sind, um durch Gravitation stabilisiert zu werden.
Flüssigkeiten können Tropfen als Körper ausbilden.Verschlaufte ataktische Polymere, die intrinsisch nicht kristallisationsfähig sind, wirken im verglasten Zustand wie Festkörper, sind aber tatsächlich unterkühlte Flüssigkeiten mit hoher Viskosität.[6][7] Kunststoff-Körper aus derartigen Materialien können daher auch als Körper aus Material im flüssigen Aggregatzustand aufgefasst werden.
Festkörper
Amorphe Festkörper bestehen aus einem nicht fließfähigen Material, dessen innerer Aufbau nicht periodisch ist. Beispiele hierfür sind Silikatgläser, wie Trink- und Fensterglas.
Kristalline Festkörper bestehen aus einem nicht fließfähigen Material, dessen innerer Aufbau periodisch ist.
Mechanische Aspekte
Festkörper besitzen zwar eine feste Form, sie lassen sich aber durch das Einwirken äußerer Kräfte verformen. Geht die Verformung nach dem Einwirken der Kraft wieder vollständig zurück, so spricht man von einer elastischen Verformung, anderenfalls von einer plastischen Verformung, die ein irreversibler Prozess ist. In vielen Anwendungen werden die Verformungen eines festen Körpers, wenn sie nur geringfügig sind, auch vernachlässigt. Man verwendet dann das Modell des starren Körpers. Um seine Position im Raum eindeutig zu beschreiben, genügt die Angabe der Koordinaten von dreien seiner Punkte. Sind die Eigenschaften eines Festkörpers, insbesondere seine Zusammensetzung und Dichte, im gesamten Volumen konstant, so spricht man von einem homogenen Körper.
Falls neben der Verformung auch die Rotation des Körpers vernachlässigt werden kann (z. B. weil die Ausdehnung des Körpers sehr gering ist oder weil die Rotation aufgrund von Zwangsbedingungen unmöglich ist), kann man seine Position und seine Bewegung auch dadurch korrekt beschreiben, dass man ihn auf einen einzigen Massenpunkt reduziert. Man stellt sich dabei die gesamte Masse im Schwerpunkt des Körpers vereinigt vor, der durch das gewichtete Mittel der Massen aller Massenpunkte oder Volumenelemente bestimmt wird, aus denen der Körper aufgebaut ist. Streng genommen handelt es sich beim einzelnen Massenpunkt nicht mehr um einen physikalischen Körper, weil er keine räumliche Ausdehnung besitzt. Wie die newtonschen Gesetze es beschreiben, bewirkt eine äußere Kraft eine Beschleunigung in Richtung der Kraft, die umso größer ist, je größer die Kraft und je kleiner die Masse des Massepunktes ist.
Die Bewegung eines Massepunktes bedeutet stets eine zeitliche Veränderung des Ortes. Entsprechend der drei Raumdimensionen hat ein Massenpunkt also drei Freiheitsgrade der Translation. Besteht ein starrer Körper aus mehr als einem Massenpunkt, so kann er zusätzlich noch um die eine beliebige Achse rotieren und erhält dadurch bis zu drei Rotationsfreiheitsgrade. Das dynamische Verhalten ist nun nicht mehr allein durch die Masse des Körpers bestimmt, sondern auch durch die räumliche Verteilung der Masse, die durch den Trägheitstensor angegeben wird. Kräfte, die auf einen Körper einwirken, bewirken (wie beim Massenpunkt) Translationsbeschleunigung. Greifen sie jedoch exzentrisch, d. h. außerhalb des Schwerpunkts an, so verursachen sie außerdem Rotationsbeschleunigungen.
Beim starren Körper schließlich tritt an die Stelle der Summation über eine endliche Anzahl von Massepunkten die Integration über infinitesimal kleine Volumenelemente. Der starre Körper besitzt sechs Freiheitsgrade: Drei der Translation und drei der Rotation.
Historische Aspekte
Als im frühen 17. Jahrhundert die neuzeitliche Naturwissenschaft entstand, vertrat René Descartes einen rein geometrischen Begriff. Demnach ist der Körper allein durch sein Volumen und seine Form definiert und hat keine weiteren Eigenschaften. Wirkungen sollte der Körper nur durch direkte Berührung mit einem anderen Körper auslösen können, also durch einen Stoß.[8] Demgegenüber gründete Isaac Newton die nach ihm benannte Mechanik auf die Definition, ein Körper sei eine bestimmte Menge an Materie. Er benutzte den Begriff Körper gleichbedeutend mit Masse und verstand darunter die Gesamtzahl der materiellen Teilchen, die in einem Volumen eingeschlossen sind.[9] Mithilfe des von ihm ebenfalls neu geschaffenen Begriffs der Kraft analysierte er die Bewegungen von Körpern am Himmel und auf der Erde und stellte fest, dass zwischen je zwei beliebigen Körpern auch in großem Abstand eine Anziehungskraft wirken müsse, die Gravitation. Obwohl Newton selbst über den Ursprung dieser Kraft keine Aussagen ("Hypothesen") treffen wollte, wurde diese Kraftwirkung als von den Körpern ausgehend und als eine Eigenschaft der Körper aufgefasst. Gottfried Wilhelm Leibniz[10] und andere kritisierten dies als Rückfall in die vorwissenschaftliche Zeit, in der man die in der Natur beobachteten Vorgänge dadurch zu erklären versucht hatte, dass man den Körpern allerlei verborgene (okkulte) Eigenschaften zuschrieb – eine Ansicht, die Newton heftig zurückwies.
Sonstige Verwendungen des Begriffs "Körper"
Im weiteren Ausbau der Mechanik und ihrer Anwendung auf Flüssigkeiten und Gase wurde auch der Gebrauch des Worts Körper entsprechend ausgedehnt. Vorübergehend wurden Anfang des 20. Jahrhunderts sogar neu in radiochemischen Versuchen gefundene, zunächst nur durch ihre messbare Halbwertszeit identifizierte Radionuklide als radioaktive Körper bezeichnet.
Eine idealisierte thermische Strahlungsquelle, die auftreffende elektromagnetische Strahlung jeglicher Wellenlänge vollständig absorbiert und gleichzeitig elektromagnetische Strahlung aussendet, deren Intensität und spektrale Verteilung von der Beschaffenheit des Körpers und seiner Oberfläche unabhängig sind und nur von seiner Temperatur abhängen, wird als schwarzer Körper bezeichnet.
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ Dieter Meschede: Gerthsen Physik (= Springer-Lehrbuch). 24. Auflage. Springer, Berlin / Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-12893-6, 0.2.4 Meter, Sekunde, Kilogramm2, S. 2 ff., doi:10.1007/978-3-642-12894-3 (springer.com [abgerufen am 27. Mai 2023]).
- ↑ Masud Chaichian, Hugo Perez Rojas, Anca Tureanu: Basic Concepts in Physics: From the Cosmos to Quarks (= Undergraduate Lecture Notes in Physics). Springer, Berlin / Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-19597-6, 1.4 Newton’s Laws, S. 15 ff., doi:10.1007/978-3-642-19598-3 (springer.com [abgerufen am 27. Mai 2023]).
- ↑ Ulrich Stroth: Plasmaphysik – Phänomene, Grundlagen und Anwendungen. 2. Auflage. Springer-Verlag, Berlin 2018, ISBN 978-3-662-55235-3, Kapitel 1 Einleitung, doi:10.1007/978-3-662-55236-0.
- ↑ Hans-Jochen Foth: Fluid, RD-06-01312. In: Römpp online. Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, 2016, abgerufen am 27. Mai 2023.
- ↑ fluid. In: Lexikon der Chemie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 1998, abgerufen am 27. Mai 2023.
- ↑ David I. Bower: An introduction to polymer physics. Cambridge University Press, Cambridge 2002, ISBN 0-511-07757-2, 7.4 Time–temperature equivalence and superposition.
- ↑ Gert Strobl: The Physics of Polymers – Concepts for Understanding Their Structures and Behavior. 3. Auflage. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-25278-8, 6.3 Specific Relaxation Processes and Flow Behavior, doi:10.1007/978-3-540-68411-4.
- ↑ Richard S. Westfall: Force in Newton's Physics: The Science of Dynamics in the Seventeenth Century. American Elsevier, New York 1971, Kapitel 2.
- ↑ Isaac Newton: Philosophiae naturalis principia mathematica. Bd. 1: Tomus Primus. London 1687, Definitio I (Digitalisat (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im November 2022. Suche in Webarchiven) Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.), siehe auch Newton: Opticks, Buch III, Query 31 (Beleg vervollständigen)
- ↑ Volkmar Schüller: Der Leibniz-Clarke-Briefwechsel. Akademie-Verlag, Berlin 1991 (Brief an A. Conti vom 6. Dez. 1715).
