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  • Radioaktive Altersbestimmung

    Bei der radioaktiven Altersbestimmung bzw. Datierung ermittelt man das Alter von geologischen oder archäologischen Proben mithilfe des radioaktiven Zerfallsgesetzes. Die Grundannahme ist, dass bis zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit ein radioaktives Isotop in der untersuchten Probe in konstanter Konzentration vorhanden war, da es beständig nachgeliefert wurde – beispielsweise nehmen lebende Tiere und Pflanzen mit der Atemluft radioaktives C-14 zu sich. Stirbt ein Lebewesen, erhält es kein neues C-14 mehr, sodass dessen Konzentration entsprechend dem Zerfallsgesetz stetig abnimmt...

  • Radioaktives Zerfallsgesetz

    Das radioaktive Zerfallsgesetz beschreibt die zeitliche Entwicklung der Anzahl der noch nicht zerfallenen Atomkerne einer radioaktiven Substanz. Die wesentliche Erkenntnis dabei ist, dass die Anzahl der Zerfälle, dN, die in der Zeitspanne dt in einer Substanz mit N Atomkernen stattfinden, proportional zur Anzahl N der gerade vorhandenen Atomkerne und der Dauer der Zeitspanne dt ist. Mit der Proportionalitätskonstante (Zerfallskonstante) \(\lambda\) bedeutet das \(\text d N = -\lambda \cdot N \cdot \text d t\). Das Minuszeichen berücksichtigt, dass die Anzahl der noch nicht zerfallenen Kerne...

  • Radioaktivität

    Radioaktivität (von lat. radius „Strahl“) bezeichnet das Aussenden von Strahlung aufgrund einer spontanen, d. h. zufällig auftretenden Umwandlung eines instabilen Atomkerns. Auch in stabilen Kernen kann man durch äußere Einwirkung Kernreaktionen und die Emission von Strahlung auslösen, dies wird jedoch i. A. nicht als Radioaktivität bezeichnet. Klassischerweise gibt es drei Arten von radioaktiver Strahlung, die Kernphysik kennt allerdings auch noch weitere Formen (s. u.): Alphastrahlung besteht aus Helium-4-Kernen,die deshalb auch oft als Alphateilchen bezeichnet werden (\(\alpha\)). Dieser...

  • Radiowellen

    Radiowellen sind elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 10 kHz und 30 GHz, was einem Wellenlängenbereich von 30 km bis 1 cm entspricht. Man unterteilt sie in die Wellenlängenbereiche Langwelle, Mittelwelle Kurzwelle und Ultrakurzwelle. Radiowellen dienen v. a. zur Rundfunkübertragung (daher der Name). Aus dem Weltall gelangen Radiowellen verschiedener Herkunft zur Erde. Da die Atmosphäre für viele Bereiche der Radiowellen durchsichtig ist, ist die Radioastronomie neben der Beobachtung bei sichtbaren Wellenlängen der einzige Bereich der Astronomie, der vom Erdboden aus betrieben...

  • Rastertunnelmikroskop

    Das Rastertunnelmikroskop ist ein spezielles, nicht optisches Mikroskop, das auf dem Tunneleffekt beruht und atomare Details von Oberflächen abbildet. Der Aufbau besteht in einer äußerst feinen Metallspitze, die im Abstand von etwa 1 nm über die abzubildende Oberfläche geführt wird. Legt man zwischen Spitze und Oberfläche eine elektrische Spannung an, „tunneln“ Elektronen durch den energetisch verbotenen winzigen Spalt zwischen Spitze und Oberfläche und es fließt ein sog. Tunnelstrom. Die Stromstärke des Tunnelstroms hängt sehr empfindlich vom Abstand der Spitze von der Oberfläche ab. Es gibt...

  • Reflexion (Spiegelung)

    Eine Spiegelung oder Reflexion (lat. reflexio „das Zurückwerfen“) bezeichnet die Erscheinung, dass ein Lichtstrahl oder allgemein eine Welle an der Grenze zwischen zwei verschiedenen Ausbreitungsmedien unter einem gewissen Winkel in das ursprüngliche Medium zurückgeworfen wird. Bei Lichtstrahlen gilt mit den Bezeichnungen aus der Abb. das folgende Reflexionsgesetz: Der Einfallswinkel ist gleich dem Ausfalls- bzw. Reflexionswinkel. Einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene. Daraus folgt z. B., dass ein senkrecht auf einen Spiegel fallender Lichtstrahl...

  • Regenbogen

    Ein Regenbogen ist eine in der Atmosphäre auftretende Lichterscheinung in Form eines in den Farben des Spektrums leuchtenden Kreisbogens. Ein Regenbogen entsteht, wenn die hinter dem Beobachter stehende Sonne eine vor ihm befindliche Regenwolke oder -wand bescheint. Die Sonnenstrahlen werden in den einzelnen Regentropfen gebrochen und in ihre farbigen Bestandteile zerlegt. Außerdem werden sie reflektiert und so in das Auge des Betrachters gelenkt (Abb.). Von jedem einzelnen Regentropfen aus gelangt jeweils ein kleiner Teil des Lichtspektrums in das Auge des Bobachters. Für die Entstehung des...

  • Reibung

    Unter dem Begriff Reibung bzw. Reibungskraft fasst man verschiedene Kräfte zusammen, die dazu führen, dass zwei sich berührende Körper gegenseitig abbremsen. Die Reibungskraft \(\vec F_\text R\) wirkt immer entgegen der Bewegungsrichtung oder verhindert die Bewegung komplett. Man unterscheidet zunächst die folgenden beiden Arten von Reibung: Die Haftreibung bewirkt, dass auf einer Unterlage ruhender Gegenstand zunächst in Ruhe bleibt, auch wenn eine Kraft versucht ihn zu beschleunigen. Unmittelbar bevor sich der Gegenstand mit einem Ruck in Bewegung setzt, ist die Zugkraft und damit auch die...

  • Reibungselektrizität

    Mit Reibungselektrizität (Triboelektrizität) bezeichnet man die beim gegenseitigen Reiben zweier Isolatoren auftretende entgegengesetzte elektrische Aufladung (Ladungstrennung). Beispielsweise stoßen sich menschliche Haare ab, wenn sie an Kunststoff gerieben wurden, da die Haare danach alle gleichnamige Ladungen an ihrer Oberfläche tragen. Die Reibung selbst bewirkt jedoch keine Ladungstrennung, sondern sorgt nur dafür, dass sich die Oberflächen der aneinander geriebenen Isolatoren so nahe kommen, dass eine Ladungstrennung aufgrund von Kontaktspannungen möglich wird.

  • Resonanzschwingung (Eigenschwingung)

    Resonanz (von lat. resonare „nachklingen“) ist das Mitschwingen eines schwingungsfähigen Systems (Schwinger), das an ein anderes schwingendes System, den Erreger, gekoppelt ist. Speziell meint man damit meist den Fall, dass bei einer Erregerfrequenz nahe der sog. Resonanzfrequenz oder Eigenfrequenz f0 des Schwingers eine besonders starke Schwingung bis hin zur „Resonanzkatastrophe“ ausgelöst wird. Die Abhängigkeit der Amplitude A der erzwungenen Schwingung von der Erregerfrequenz f wird durch die Resonanzkurve dargestellt (Abb.). Als Beispiel betrachten wir ein senkrecht aufgehängtes...

  • Rolle und Flaschenzug

    Eine Rolle ist mechanisch gesehen eine einfache Maschine, die aus einer kreisrunden, um ihre Achse drehbar gelagerten Scheibe oder Walze besteht. Die feste Rolle dient in Kombination mit einem Seil zur Änderung einer Kraftrichtung. An ihr herrscht Gleichgewicht, wenn die Beträge und Richtungen der auf beiden Seiten angreifenden Kräfte \(\vec F\) und \(\vec G\) gleich sind (Abb. links). Die lose Rolle hängt in der Schlaufe eines Seils, das mit einem Ende an einem festen Punkt befestigt ist (Abb. rechts). Die an ihr hängende Last mit der Gewichtskraft \(\vec G\) wird von zwei Seilabschnitten...

  • Röntgenstrahlen

    Röntgenstrahlen sind kurzwellige, d. h. energiereiche elektromagnetische Wellen, die im Spektrum zwischen der UV-Strahlung und der Gammastrahlung liegen. Röntgenstrahlung ist unsichtbar, erzeugt Fluoreszenz, hat starke chemische Wirkung (z. B. Schwärzung von Fotoplatten) und hohes Ionisationsvermögen. Sie zeigt wie das Licht Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz und Polarisation. Der Hauptunterschied zum Licht ist das hohe Durchdringungsvermögen für die meisten Stoffe, das den sprichwörtlichen „Röntgenblick“ sowie zahlreiche Anwendungen in der medizinischen Diagnostik ermöglicht. Die...

  • Rotationsbewegung (Drehbewegung)

    Eine Bewegung ist eine Rotationsbewegung, Drehbewegung oder Kreisbewegung, wenn sich ein Massenpunkt oder Körper auf einer kreisförmigen Bahn bewegt. Ist er dazu mit mit konstanter Bahngeschwindigkeit (der Betrag \(v\) des Geschwindigkeitsvektors \(\vec v\)) unterwegs, spricht man von einer gleichförmigen Kreisbewegung. Eine Kreisbewegung, auch eine gleichförmige, ist immer eine beschleunigte Bewegung, weil sich die Richtung der Geschwindigkeit beständig ändert. Bei gleichförmiger Kreisbewegung ist die Tangentialbeschleunigung \(\vec a_\text t\) gleich null, weswegen die Bahngeschwindigkeit...

  • Rotationsenergie

    Die Rotationsenergie ist die mit einer Drehbewegung verbundene kinetische Energie. Sie ist definiert über die Gleichung \(E_\text{rot} = \dfrac 1 2 J\omega^2\) mit dem Trägheitsmoment J und der Winkelgeschwindigkeit \(\omega\). Mit dem Drehimpuls \(\vec L = J \cdot \vec \omega\) kann man dies auch so ausdrücken: \(E_\text{rot} = \dfrac 1 2 \vec L \cdot \vec \omega\) dabei steht der Malpunkt hier für das Skalarprodukt von Drehimpuls- und Winkelgeschwindigkeitsvektor.

  • Rückstoß

    Der Rückstoß ist die Kraft, die auf einen Körper wirkt, wenn von ihm eine Masse aus- oder abgestoßen wird. Der Rückstoß wirkt immer entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der abgestoßenen Masse – dies ist eine direkte Anwendung von Newtons Reaktionsprinzip bzw. der Impulserhaltung. Man nutzt den Rückstoß bei Raketen und Düsentriebwerken zum Antrieb aus, er hat den Vorteil, dass er auch im Vakuum, also im Weltraum funktioniert. Bei Schusswaffen muss der Rückstoß aufgefangen werden.

  • Ruhemasse (Ruheenergie)

    Wegen der Äquivalenz von Masse und Energie entspricht der Ruhemasse \(m\) des Objekts die Ruheenergie \(E_0=mc^2\). Der Begriff der Ruhemasse wird teilweise als Unterscheidung zur relativistischen Masse eingeführt. Die Ruhemasse \(m\) oder \(m_0\) eines Objekts ist dann die Masse, die man in einem Bezugssystem misst, das sich relativ zu diesem Objekt nicht bewegt. Das Objekt ruht (Geschwindigkeit \(v = 0\)) also. Für die relativistische Masse \(m_\text{rel.}\) gilt dann: \(\begin{align} m_\text{rel.}=\frac{1}{\sqrt{1-\left(\frac{v}{c}\right)^2}}\cdot m \end{align}\) Bewegt sich das...

  • Rutherford’scher Streuversuch

    Der Rutherford’sche Streuversuch (nach Ernest Rutherford) war eines der Schlüsselexperimente auf dem Weg zum heutigen Atommodell. Im Experiment werden radioaktive Alphateilchen auf eine dünne Goldfolie geschossen. Entgegen der Vorstellung, dass Atome unzerteilbare, dicht an dicht liegende Kugeln sind, durchdringen die meisten Teilchen die Folie ohne Ablenkung, einige wenige werden aber zum Teil stark abgelenkt. Dies erklärt sich dadurch, dass fast die ganze Masse des Atoms in einem sehr kleinen, elektrisch positiv geladenen Kern konzentriert ist, während die negative Ladung des Atoms über...