Physik: Einführungskurs für Studierende der Naturwissenschaften und Elektrotechnik 1 Mechanik und Wärme : mit Tabellen
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Oldenbourg
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Inhalt
Tabellenverzeichnis.
X
Vorwort .
XI
A Newtonsche
Mechanik 1
1 Einführung 3
1.1 Historische Vorbemerkungen. 4
1.2 Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen. 6
1.2.1 Starke (oder
Farb-)
Wechsel Wirkung. 9
1.2.2 Elektromagnetische Wechselwirkung . 10
1.2.3 Schwache Wechselwirkung. 11
1.2.4 Gravitation. 12
1.3 Die Struktur der Materie. 16
1.3.1 Kerne. 16
1.3.2 Atome. 18
1.3.3 Moleküle. 20
1.3.4 Die Materie bei verschiedenen Temperaturen. 22
1.4 Grundkonzepte physikalischer Naturbeschreibung. 25
Literaturhinweise zu Kapitel 1. 30
2 Grundbegriffe der Bewegung 33
2.1 Zeitmessung . 34
2.1.1 Kurze Zeiten. 36
2.1.2 Sehr kurze Zeiten. 37
2.1.3 Lange Zeiten. 39
2.1.4 Einheiten der Zeit. 45
2.2 Längenmessung. 47
2.2.1 Große Abstände. 47
2.2.2 Kleine Abstände. 52
2.3 Bewegungen. 53
2.3.1 Geschwindigkeit. 53
2.3.2 Beschleunigung. 58
2.3.3 Kreisbewegung. 62
2.3.4 Lineare harmonische Schwingung. 63
Literaturhinweise zu Kapitel 2. 65
VI
Inhalt
3
Die beiden
ersten Newtonschen Gesetze 69
3.1 Das Trägheitsprinzip oder 1.
Newtonsches
Gesetz. 69
3.1.1 Die statische Messung einer Kraft. 72
3.2 Das Aktionsprinzip oder 2. Newtonsches Gesetz . 75
3.2.1 Kraft und Beschleunigung. 75
3.2.2
Inerţial
système
. 78
3.2.3 Die Maßeinheit der Masse. 79
3.2.4 Maßeinheit der Kraft. 80
3.2.5 Anwendung des 2. Newtonschen Gesetzes. 81
3.3 Kraftgesetz des harmonischen Oszillators. 81
3.3.1 Der ungedämpfte harmonische Oszillator. 81
3.3.2 Der gedämpfte harmonische Oszillator. 84
3.3.3 Reibungskräfte. 86
3.4 Das universelle Gravitationsgesetz. 91
3.4.1 Das Fallgesetz . 91
3.4.2 Äquivalenzprinzip . 91
3.4.3 Die Keplerschen Gesetze. 96
3.4.4 Der Mond fällt wie der Apfel. 98
3.4.5 Die Gravitationskonstante. 99
3.5 Einfache Anwendungen des Gravitationsgesetzes. 101
3.5.1 Satellitenbahnen. 101
3.5.2 Bestimmung der Masse und Dichte von Jupiter. 102
3.5.3 Numerische Berechnung von Planetenbahnen. 103
Literaturhinweise zu Kapitel 3. 108
4 Die Erhaltung von Energie und Impuls 109
4.1 Die Erhaltung der Summe von kinetischer und potentieller
Energie. 110
4.2 Einfache Anwendungen des Prinzips der Energieerhaltung . . 121
4.3 Äquipotentialflächen der potentiellen Energie und ihr Gradient 124
4.4 Konservative und nichtkonservative Kräfte . 126
4.5 Reaktionsprinzip und Impulserhaltung. 127
4.6 Stoßprozesse. 129
4.7 Gesamtimpuls eines Systems mit äußeren Kräften. 134
4.8 Beispiele für die Impulserhaltung. 138
Literaturhinweise zu Kapitel 4. 144
5 Die rotierende Bewegung 145
5.1 Drehimpulserhaltung für einen Massenpunkt. 151
5.2 Die Erhaltung des Drehimpulses bei Systemen von Massen¬
punkten . 161
5.3 Der Drehimpuls starrer Körper. 167
Inhalt _
VII
5.4 Die kleinste Einheit des Drehimpulses in der Natur. 173
5.5 Der symmetrische Kreisel. 177
5.6 Die Energie eines starren
Rotators
. 182
5.7 Scheinkräfte in rotierenden Bezugssystemen . 184
5.8 Schlußbemerkung: Vergleich zwischen linearer und rotieren¬
der Bewegung . 189
Literaturhinweise zu Kapitel 5. 189
6 Feste Stoffe: Vom Diamant zum Wackelpudding 191
6.1 Strukturen. 191
6.2 Makroskopisches mechanisches Verhalten fester Körper . 195
6.3 Mikroskopische Aspekte der plastischen Deformation. 198
6.4 Keramische Werkstoffe. 201
6.5 Materie im Kleinen: Tasten und bearbeiten . 203
6.6 Warum ist Gummi so dehnbar?. 206
6.7 Zwischen fest und flüssig. 209
Literaturhinweise zu Kapitel 6. 211
7 Flüssigkeiten und ihre Bewegung 213
7.1 Hydrostatische Kräfte . 214
7.1.1 Die Auftriebskraft . 214
7.1.2 Oberflächen von Flüssigkeiten. 215
7.1.3 Die Benetzung von festen Oberflächen. 217
7.2 Kräfte in strömenden Flüssigkeiten . 221
7.2.1 Trägheitskräfte in stationären Strömungen. 221
7.2.2 Viskosität und Reibungskräfte. 224
7.2.3 Strömung bei großen Geschwindigkeiten. 226
7.2.4 Vom Fliegen . 228
Literaturhinweise zu Kapitel 7. 233
8 Schwingungen 235
8.1 Freie ungedämpfte Schwingungen. 235
8.2 Freie gedämpfte Schwingungen. 237
8.2.1 Abklingzeiten für Amplitude und Energie. 238
8.2.2 Der Gütefaktor. 239
8.3 Erzwungene Schwingungen. 239
8.4 Gekoppelte Schwingungen. 249
8.5 Parametrisch verstärkte Schwingungen . 251
Literaturhinweise zu Kapitel 8. 254
9 Wellen 255
9.1 Ein erstes Beispiel: Die Seilwelle . 256
9.1.1 Eine Störung breitet sich aus. 256
VIII Inhalt
9.1.2 Ableitung der Wellengleichung und ihre Lösungen. 257
9.1.3 Reflexion von Seilwellen am festen Ende. 259
9.1.4 Sinusförmige (harmonische) Wellen. 260
9.1.5 Reflexion harmonischer Wellen: Stehende Wellen und Schwin¬
gungen . 261
9.1.6 Eigenfrequenzen einer schwingenden Saite. 262
9.1.7 Von schwingenden Saiten zur Musik. 263
9.1.8 Bemerkungen zur Polarisation von Wellen. 264
9.2 Schallwellen. 265
9.2.1 Vorbemerkungen. 265
9.2.2
Longitudinale
Schallwellen in Gasen und Flüssigkeiten . 266
9.2.3 Das Schallfeld und seine Größen. 271
9.2.4 Schallwellen in der Natur und Technik. 278
9.2.5 Wellen auf Flüssigkeitsoberflächen. 289
9.2.6 Frequenzspektrum, Dispersion und Energietransport. 297
Literaturhinweise zu Kapitel 9.·. 304
В
Grundlagen der thermischen Physik 307
10 Die Temperatur und das ideale Gas 309
10.1 Thermodynamik und statistische Mechanik. 309
10.2 Die absolute Temperatur und das Gasgesetz. 311
10.3 Der Gleichgewichtszustand und die Relaxation. 314
10.4 Temperaturmessung . 315
10.5 Brownsche Bewegung. 322
10.6 Mikroskopische Analyse des Gasdrucks und innere Energie . 324
10.7 Mittlere freie Weglänge und der Streuquerschnitt. 326
10.8 Die barometrische Höhenformel. 329
10.9 Der Boltzmann-Faktor und die thermische Energie. 331
11 Wichtige thermische Eigenschaften der Materie 333
11.1 Spezifische Wärme. 333
11.2 Der Gleichverteilungssatz und das mehratomige Gas. 338
11.3 Wärmeausdehnung. 340
11.4 Wärmetransport. 342
11.5 Diffusion. 349
12 Ideale und reale Gase; Phasenumwandlung 351
12.1 Die Aggregatzustände am Beispiel des Wassers. 351
12.2 Phasenumwandlungen erster und zweiter Ordnung. 354
12.3 Zustandsfläche und Zustandsänderung des idealen Gases . . . 355
12.4 Die Zustandsgleichung realer Gase. 358
Inhalt
IX
12.5 Der kritische Punkt, die Tripellinie und der Dampfdruck . . . 360
12.6 Gibbssche Phasenregel und Phasendiagramme . 364
13 Wärme, Energie und Entropie - die Hauptsätze 367
13.1 Die Arbeit eines Gases. 367
13.2 Der erste Hauptsatz. 369
13.3 Reversible und irreversible Prozesse. 370
13.4 Der zweite Hauptsatz und die Entropie. 371
13.5 Der dritte Hauptsatz . 376
13.6 Der Carnot-Prozeß. 378
14 Einige Anwendungen der Thermodynamik 385
14.1 Die thermodynamische Temperaturskala. 385
14.2 Der Joule-Thomson-Effekt und die Enthalpie. 386
14.3 Gasverflüssigung und Tieftemperaturtechnik . 390
14.4 Wärmekraftmaschinen - Stirling-Prozeß. 396
Literaturhinweise zu den Kapiteln 10—14. 399
Ratschläge fürs Studium 401
Sachverzeichnis 403
Anhänge
Die Nobelpreise in Physik seit 1973. 415
Basiseinheiten und Bezeichnungen. 417
Abgeleitete Einheiten. 418
Fundamentale physikalische Konstanten. 419
Periodensystem der Elemente.
hint.
Umschlag |
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