FS21 Physik für Life Sciences II - PHY 127
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Physik für Life Sciences II
PHY 127
FS21
13. Vorlesung
Thomas Greber, Universität Zürich
Repetition: Particle in a Box,
Lambert-Beer, Radioaktivität
In Vivo Time-Resolved Microtomography Reveals the Mechanics of the
Blowfly Flight Motor
Walker et al., PloS Biology (2014) & Mokso et al., SciRep (2015)
Four-dimensional in vivo X-ray microscopy with projection-guided gating
Mosko et al., Scientific Reports volume 5, Articlenorwaytravelguide.no
number: 8727 (2015)
210604, Stoff PHY127, Prüfung, Fragen
Repetition
Absorptionskoeffizient [m−1]
Lernziele PHY 127 Verstehen fundamentaler physikalischer Konzepte wie “Ladung”, “Feld” “Interferenz” “Superpositionsprinzip” oder “Polarisation”. Quantitative (mathematische) Beschreibung, z.B. von Wellen. (Anfangsbedingungen und Randbedingungen) Aktives und passives Beherrschen von Begriffen wie: Energiedichte, Fluss etc. Handhabung und Interpretation von Daten und Formeln.
https://www.physik.uzh.ch/de/lehre/PHY127/FS2021.html
Vorbereitung
Wandtafelbilder
Slides
Übungsblätter
100 Worte
Formelsammlung
Q&A Vorlesung
user: physik-phy127
pwd: maxwell5%
UZH - Physik-Institut - PHY127 Physik für Life Sciences II https://www.physik.uzh.ch/de/lehre/PHY127/FS2021.htm
Woche Datum Stoff Begleitmaterial
Inhalt 1 26.02.2021 Einführung, Raum und Zeit, phyphox,
SARS-CoV-2, Eiszeiten -
Gravitationsgesetz und Milankovic,
Tafelbilder_L1
(PDF, 745 KB)
https://www.physik.uzh.ch/de/lehre/PHY127/FS2021.html Betelgeuze (Weber-Fechner).
Slides_L1
(PDF, 11 MB)
Pendel, Beugung am Gitter,
Geigerzähler.
2 05.03.2021 Koordinaten, Winkel, Tafelbilder L2
Kreisbewegung, Information, Skalen. (PDF, 390 KB)
Tafelbilder
Druck 1: statisch, Gewichtsdruck, Slides_L2
Gasgleichung. (PDF, 1 MB)
3 12.03.2021 Druck 2: Hooke, hydrostatisch, Tafelbilder L3
Archimedes, (PDF, 279 KB)
Slides_L3
(PDF, 466 KB)
4 19.03.2021 Druck 3: Barometerformel, Henry. Tafelbilder_L4
Entropie, (PDF, 353 KB)
Wege zum Gleichgewicht Slides_L4
(PDF, 3 MB)
5 26.03.2021 Diffusion: Random Walk. Stoke'sche Tafelbilder L5
Reibung, Kapillarkraft (PDF, 389 KB)
Tafelbilder L5
schwarz (PDF,
991 KB)
Slides_L5
(PDF, 7 MB)
Slides
8 16.04.2021 Druck 4: Osmose Schwingungen und Tafelbilder L6
Wellen 1 (PDF, 343 KB)
Slides_L6
(PDF, 627 KB)
Sonographie
9 23.04.2021 Wellen 2, Schall Tafelbilder L7
(PDF, 250 KB)
Slides_L7
(PDF, 655 KB)
10 30.04.2021 Wellen 3, Schwebung, Sonographie, Tafelbilder L8
Doppler Effekt (PDF, 397 KB)
Slides_L8
(PDF, 1 MB)
11 07.05.2021 Elektrodynamik 1 Ionentransport Tafelbilder L9
Magnetfeld Lorentzkraft (PDF, 392 KB)
Slides_L9
(PDF, 536 KB)
12 14.05.2021 Elektrodynamik 2 , Licht, Brechung, Tafelbilder
Polarisation L10 (PDF, 436
KB)
190505 8955 views https://www.youtube.com/watch?v=r3-4lMIOasE
Slides_L10
(PDF, 4 MB)
2 of 4 03.06.21, 19:34
Formelsammlung zu PHY127 ”Physik für Life Sciences II” FS2021, Bründler & Greber, UZH 1
Formelsammlung Statistik
Messreihe: {x1 , x2 , .., xi , ..., xn } q P
P
Mittelwert: x̄ = n1 ni=1 xi Standardabweichung: = 1 n
n i=1 (xi x̄)2
Pascal’sches Dreieck:
n = 0: 1
n = 1: 1 1
n n!
k
= k!(n k)! n = 2: 1 2 1
n = 3: 1 3 3 1
Information
Kleinste digitale Informationseinheit: bit {0,1}
Geometrie
Ortsvektor: ~ri = (xi , yi , zi )
Skalarprodukt: ~r1 · ~r2 = x1 x2 + y1 y2 + z1 z2 = r1 · r2 · cos ↵
Vektorprodukt: ~r1 ⇥ ~r2 = (y1 z2 y2 z 1 , z1 x2 z 2 x 1 , x1 y 2 x2 y1 )
b
Bogenlänge: ↵= r
[rad] 2 ⇡
A
Raumwinkel: ⌦= r2
[sr] 4 ⇡
Additionstheoreme: sin(x ± y) = sin(x) cos(y) ± cos(x) sin(y)
cos(x ± y) = cos(x) cos(y) ⌥ sin(x) sin(y)
Kinematik
Geschwindigkeit: ~v = d~dtr Beschleunigung: ~a = d~dtv
d'
Winkelgeschwindigkeit: != dt
Bahngeschwindigkeit: v = ! · R
konstante Kreisbewegung: ~r(t) = R · cos(!t), R · sin(!t), 0 ; ~a(t) = ! 2 · ~r(t)
Wachstum und Zerfall
Di↵erentialgleichung: dN = ± ⌧1 N dt
t 1
mit der Lösung: N (t) = N0 exp ± ⌧
oder ln(N ) = ln(N0 ) ± ⌧
t
Anfangsbedingung: N (0) = N0
Mechanik
Gravitationsgesetz: F~G = Mm
r2
r̂
Kraftstoss: F~ t = p~ = m ~v + m~v
kinetische Energie (Translation): Ekin = 12 mv 2
potentielle Energie einer Feder: Epot = 12 Dx2A
Formelsammlung zu PHY127 ”Physik für Life Sciences II” FS2021, Bründler & Greber, UZH 2 Formelsammlung zu PHY127 ”Physik für Life Sciences II” FS2021, Bründler & Greber, UZH 3
Hooke’sches Gesetz: = E ✏ [Pa]
FN
Druck: p= A
[Pa] Thermodynamik
hydrostatischer Druck: p = ⇢gh
Ideale Gasgleichung: pV = N kB T
Prinzip von Archimedes
Entropie: S = kB ln w
Oberflächenenergie: EO = ·A m
Gasdichte: ⇢= kB T
p
Young-Gleichung: S + SL + L cos(✓) = 0
h kB T
2 cos(✓)
Barometerformel: p(h) = p0 exp h0
; h0 = mg
Kapillargleichung: h= ⇢gr c
Henry-Gesetz: H cp = p
[ mmol
3 Pa ]
Beschleunigung in einem harmonischen Oszillator: ẍ = !2 x
q NB
mit der Lösung: x(t) = A cos (!t) + B sin(!t); Federpendel: != D osmotischer Druck: posmot. = k T
V2 B
m
Anfangsbedingungen: x(0) = A; v(0) = B!
Eindimensionale Wellengleichung: ü = c2 u00 Quantenmechanik
mit Lösungen: u(x, t) = A cos (!t ± kx) + B sin(!t ± kx); wobei: !k = c = ⌫
q Lambert-Beer: Ix = I0 exp( µx) = I0 exp( ( µ⇢ )⇢x)
D a2
Phasengeschwindigkeit c: Federkette (longitudinal) m Bragg Winkel: sin(✓B,n ) = n
q 2d
E h
Festkörper (longitudinal) ⇢ de Broglie: = p
q
Gas (longitudinal) p
Luft ⇠ 1.4 Energie eines Photons: E =h·⌫
⇢
h
Impuls eines Photons: p=
Stoke: FR = 6⇡⌘Rv
Reibung / v: mẍ = ẋ; v(t) = v0 exp( t/⌧ ); ⌧ = m Unschärferelation: x· k 2⇡
h2
Particle in a box: En = 8m·a2
· n2
A
Elektrodynamik Kerne: Z XN
t
radioaktiver Zerfall: N (t) = N0 · exp( ⌧
); T 1 = ln 2 · ⌧
Coulomb: F~C = q · E
~ 2
E-Feld einer Punktladung: ~ =
E 1 Q
r̂ [V/m]
4⇡✏0 r2
Potentialunterschied: UAB =
RB
~ s [V]
Ed~
Konstanten
A
11 m3
Kapazität: C= Q
[F] Gravitationskonstante: 6.67 · 10 kg s2
U
23 J
Plattenkondensator: C = ✏0 ✏ A Boltzmann Konstante: kB 1.38 · 10 K
d
12 A s
Elektrische Feldkonstante: ✏0 8.85 · 10
Strom: I = dQ
dt
[A] V m
Magnetische Feldkonstante: µ0 4⇡ · 10 7 V s A 1
m 1
Ohm: U = RI
L 1L Masse des Elektrons: me 9.11·10 31 kg
1D Leiter: R = ⇢el A = A
[⌦]
Masse des Protons: mp 1.67·10 27 kg
Lorentz: F~L = q · ~v ⇥ B
~
Elementarladung: e 1.60 · 10 19 C
B-Feld eines unendlich langen Leiters: ~ =
B µ0 I
'ˆ [T]
2⇡ ⇢ Lichtgeschwindigkeit: c 3.00 · 108 m/s
Licht: z.B. x-polarisiert, Ausbreitung entlang z: ~ = E0 (sin(!t
E kz), 0, 0) Planck’sches Wirkungsquantum: h 6.63 · 10 34 Js
sin(↵) n2
Brechung (Snellius): sin( )
= n1
n2
Brewster Winkel: tan(✓B ) = n1
Beugung: am Spalt: sin(✓n ) = n·d Minima May 25, 2021
n·
am Strichgitter: sin(✓n ) = d Maxima
am Loch: ✓1/2 ⇡ 1.22 d 1. Minimum
p
Magnitude: m = 5 100 log10 0
Hundert Worte aus PHY127 ”Physik für Life Sciences II” FS2021, Bründler & Greber, UZH 1 Hundert Worte aus PHY127 ”Physik für Life Sciences II” FS2021, Bründler & Greber, UZH 2
200226 Brown’sche Bewegung Doppler E↵ekt Halbwertszeit
Logarithmus Stoke’sche Reibung Machscher Kegel Nukleonenzahl
Exponentialfunktion Viskosität
Virus Aerosol 200507
Gezeiten Oberflächenspannung Ladung
Geigerzähler Kapillarkraft Elektrometer
Influenz
200305 200416 Coulomb
Koordinaten osmotischer Druck E-Feld
Raumwinkel Schwingung Potential
Kinematik Periode Leiter
Kreisbewegung Amplitude Ohm
Winkelgeschwindigkeit Bewegungsgleichung Leitfähigkeit
Byte Anfangsbedingungen Ionenleitung
Druck Sekundenpendel Strom
Kraftstoss Wellen B-Feld
Wellengleichung Lorentzkraft
200312 Ausbreitungsgeschwindigkeit
Partialdruck 200514
Io
100 Worte
Hooke 200423
Normalspannung Dispersionsrelation Licht
Elastizitätsmodul Phase Brechung
hydrostatischer Druck Ortsbild s-Polarisation
inkompressibel Zeitbild Fresnel
isotrop Energie in einer Welle Brewster
Magdeburg longitudinal Huyghens
Prinzip von Archimedes transversal
Randbedingung 200521
200319 stehende Welle Beugung
Gleichgewicht Rijke destruktive Interferenz
Skalenhöhe Bragg
Di↵erentialgleichung 200430 Planck’sches Wirkungsquantum
Maxwell-Boltzmann Knoten Schwelle
Henry Bauch de Broglie
Entropie Additionstheorem
Tonzelle Fourier Reihe 200528
Fourier Transformation Materiewelle
200326 Schwebung Particle in a box
Random Walk Resonanz Abschwächungskoeffizient
Galton Sonographie Lambert-Beer
Di↵usion Echo ↵ Zerfall
Hundert Worte aus PHY127 ”Physik für Life Sciences II” FS2021, Bründler & Greber, UZH 3 Hundert Worte aus PHY127 ”Physik für Life Sciences II” FS2021, Bründler & Greber, UZH 4
A-Z [100] hydrostatischer Druck Rijke Strom
Abschwächungskoeffizient Influenz Schwebung Tonzelle
Aerosol inkompressibel Schwelle transversal
↵ Zerfall Io Schwingung Virus
Amplitude Ionenleitung Sekundenpendel Viskosität
Anfangsbedingungen isotrop Sonographie Wellen
Ausbreitungsgeschwindigkeit Kapillarkraft s-Polarisation Wellengleichung
Bauch Kinematik Skalenhöhe Winkelgeschwindigkeit
Bewegungsgleichung Knoten stehende Welle Zeitbild
B-Feld Koordinaten Stoke’sche Reibung
Beugung Kraftstoss
Bragg Kreisbewegung
June 3, 2021
Brechung Ladung
Brewster Lambert-Beer
Brown’sche Bewegung Leiter
Byte Leitfähigkeit
Coulomb Licht
de Broglie Logarithmus
destruktive Interferenz longitudinal
Di↵erentialgleichung Lorentzkraft
Di↵usion Machscher Kegel
Doppler E↵ekt Magdeburg
Druck
Dispersionsrelation
Materiewelle
Maxwell-Boltzmann
100 Worte
Echo Normalspannung
E-Feld Nukleonenzahl
Elastizitätsmodul Oberflächenspannung
Elektrometer Ohm
Energie in einer Welle Ortsbild
Entropie osmotischer Druck
Exponentialfunktion Partialdruck
Fresnel Particle in a box
Fourier Transformation Periode
Galton Phase
Geigerzähler Planck’sches Wirkungsquantum
Gezeiten Potential
Gleichgewicht Prinzip von Archimedes
Halbwertszeit Randbedingung
Henry Random Walk
Hooke Raumwinkel
Huyghens ResonanzQUIZZ
Fragen zu den jeweiligen Vorlesungen auf OLAT
z.B.PMC: Physik mit Cinja
&
p = 50%
W (x, t)Daten — jagen und sammeln
Webstatistik OLAT PHY127 FS21 600 podcast Vorlesung
500
Anzahl Zugriffe
166 eingeschriebene Student*innen 400
300
200
100
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Woche
600
500
Quizz
Anzahl Zugriffe
400
300
200
100
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Woche
600
podcast Uebungen
500
Anzahl Zugriffe
400
300
200
100
0
0 2 4 6 8 10 12 14
WocheLeistungsnachweis für 4 ECTS* Punkte
- aktive Teilnahme an den Übungen
- genügende Note in der Schlussprüfung 2. Juli 2021
* European Credit Transfer SystemPrüfung: 10 Typ A 10 Typ K’ Fragen (30 Punkte)
Vorlesung
Uebungen
QUIZZ
Berechnungen
(Verständnis)
PHYPHOX
Daten
15 Punkte = Note 4Etwas Wahrscheinlichkeitsrechnung
X
Wahrscheinlichkeit eine Typ A Frage zu erraten
X
X
1 von 5 = 1 Punkt 20% 40% 1/2 Punkt X
X
Wahrscheinlichkeit eine Typ K’ Frage zu erraten
X X X X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X X XX X X X X X X X
X X XX X X X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X X X X X X X
1 von 16 = 2 Punkte 6.25% 37.5% 1 Punkt
4 von 16 = 1 Punkt 25%
Mit blindem raten erzielt man etwa 5.75/30 Punkte (19.2%)Mathematisch-naturwissenschaftliche
Fakultät
Studiendekanat
Universität Zürich
Mathematisch-naturwissenschaftliche Fakultät
Studiendekanat
Winterthurerstrasse 190
CH-8057 Zürich
Diese Hinweise gelten aufgrund der momentan gültigen Anweisungen des Bundesrates. Falls der
Bundesrat neue Massnahmen beschliesst, die für die Universität Zürich relevant sind, werden diese auf
https://www.uzh.ch/cmsssl/de/about/coronavirus.html publiziert.
Hinweise für Studierende für die Modulprüfungen des FS21
• Auf dem ganzen Campus Irchel gilt eine allgemeine Maskentragpflicht, auch für
Personen, die geimpft oder negativ getestet sind. Die Maske muss auch während
den Prüfungen am Platz getragen werden. Wenn Sie von der Maskentragepflicht
befreit sind, nehmen Sie die Bestätigungen zur Prüfung mit.
• Vor den Prüfungshörsälen stehen Stationen mit Handdesinfektionsmittel und
Behälter mit Desinfektionstüchern. Mit den Tüchern müssen Sie Ihren
Arbeitsplatz selber desinfizieren. Bringen Sie ggf. Desinfektionsmittel selber mit.
• Wenn Sie sich, auch unabhängig von Covid-19, krank fühlen oder Fieber haben,
kommen Sie nicht an die Prüfung. Reichen Sie über das Studierendenportal
innerhalb von 5 Tagen ein Arztzeugnis ein.
• Wenn Sie sich am Prüfungstermin in Quarantäne befinden, melden Sie sich bitte
ebenfalls über das Studierendenportal ab.
• Bei Prüfungen, die parallel in mehreren Hörsälen stattfinden, wird man Ihnen
Ihren Raum vor der Prüfung mitteilen. Warten Sie in der unmittelbaren
Umgebung Ihres Raumes und halten Sie den Sicherheitsabstand ein.
• Kommen Sie ca. 20 Minuten vor Prüfungsbeginn auf den Campus. Halten Sie
beim Anstehen den Sicherheitsabstand ein. Wir bitten Sie, den Innenbereich des
Campus nach Ihrer letzten Prüfung sofort zu verlassen.
• Halten Sie sich in Pausen zwischen zwei Prüfungen an die Sicherheitsrichtlinien.
Beachten Sie, dass es in den Cafeterias und in der Mensa nur ein beschränktes
Angebot an Plätzen gibt. Nehmen sie ggf. etwas zu essen und zu trinken von
zuhause mit.
Seit dem 10 Mai gibt es auf dem Irchel Campus bei Dozierendenfoyer eine
Corona-Teststation. Der Test ist kostenlos. Sie müssen Ihre Krankenkassenkarte
vorweisen. Den Link zur Terminreservation finden Sie auf
https://www.uzh.ch/cmsssl/de/about/coronavirus.html rechts oben.
• Wir empfehlen allen Studierenden, die Covid-19 App zu installieren damit ein
Contact-Tracing möglich ist.
MNF/26.5.2021Ruth Bründler
Andreas James
Dank an Jana Rohrer
Cinja Müller
Andrin Schmucki
Fabian Jaeger,
Jonathan Spring,
Linus Stöckli
Nathan Baudis,
Nelson Herbosa,
Ruben Beynon
Sarina Michael,
Selim Oueslati,
Simon Giesch
Timondominic Ernst
Ugur Gueltekin,
Yannic Göldi,
Yoel Perez Haas
Matthias Hengsberger! Viel Glück !
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