Physik für Dummies: [so macht es Klick bei der Physik ; auf einen Blick: Kraft, Impuls, Leistung und Co. endlich verstehen ; die notwendigen Formeln verständlich erklärt ; mit vielen Beispielen und Übungsaufgaben samt Lösungen]
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Weinheim
Wiley-VCH
[2015]
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Titel: Physik für Dummies
Autor: Holzner, Steven
Jahr: 2015
Inhaltsverzeichnis
Einführung
Über dieses Buch
Konventionen in diesem Buch
Was Sie nicht lesen müssen
Törichte Annahmen über den Leser
Wie dieses Buch aufgebaut ist
Teil I: Die Grundlagen
Teil II: Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein
Teil III: Energie und Arbeit
Teil IV: Alles über Wärme
Teil V: Elektrischer Strom und Magneten
Teil VI: Der Top-Ten-Teil
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden
Wie es weitergeht
Teil I
Die Grundlagen
Kapitel 1
Mit Physik die Welt Perstehen
Womit sich die Physik beschäftigt
Mit Bewegung fängt es an
Überall ist Energie
Warm und gemütlich
Vom Blitzschlag zum Laserstrahl
Verrückt, verrückter, . Physik!
Kapitel 2
Die Grundlagen Perstehen
Nicht erschrecken, es ist nur Physik
Trauen Sie sich was: Versuchen Sie es ohne Mathematik
Messen und Voraussagen
Die Einheiten im Auge behalten
Von Meter zu Ellen und zurück: Einheiten umrechnen
Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise
Die Genauigkeit von Messwerten
Ziffern, die zählen
Fehler zugeben
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40
41
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Physik für Oummies
Etwas einfache Algebra 42
. und noch ein bisschen Trigonometrie 42
Kapitel 3
Geschwindigkeit ist keine Hexerei 45
Strecken und Entfernungen 45
Achsen gliedern die Welt 47
Von der Strecke zur Geschwindigkeit 48
Was ist eigentlich Geschwindigkeit? 49
Ein Blick auf den Tacho: Momentangeschwindigkeit 49
Gleichmäßig voran: Konstante Geschwindigkeit 50
Stop-and-go: Wechselnde Geschwindigkeit 50
Mittelmaß: Durchschnittsgeschwindigkeit 50
Mittlere gegen konstante Geschwindigkeit 51
Schneller oder langsamer: Beschleunigung 52
Die Definition der Beschleunigung 52
Die Einheit der Beschleunigung 53
Positive und negative Beschleunigungen 55
Mittlere und momentane Beschleunigung 55
Konstante und variable Beschleunigung 55
Die Beziehung zwischen Beschleunigung, Zeit und Strecke 56
Eine nahe liegende Beziehung 56
Noch mehr Geschwindigkeit 57
Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Strecke 59
Kapitel 4
Richtungsweisend: Wo geht es lang} 61
Vektoren verstehen 61
Orientierungshilfe: Das Vektorprinzip 62
Von A nach B: Vektoren addieren 63
Neue Wege gehen: Vektoren subtrahieren 64
Zahlenspiele mit Vektoren 65
Vektoren und ihre Komponenten 67
Komponenten von Vektoren aus Beträgen und Winkeln bestimmen 67
Beträge und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 69
Vektoren enträtseln 71
Strecken sind auch Vektoren 71
Noch ein Vektor: Geschwindigkeit 72
Einer geht noch: Beschleunigung 73
Im Bann der Schwerkraft: Der freie Fall 75
äs.«»*« 12 i*-'
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Inhaltsverzeichnis
Teil II
Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 79
Kapitel 5
Ziehen und Schieben: Kräfte 81
Kräfte walten überall 81
Bühne frei für das erste newtonsche Gesetz 82
In Schwung kommen: Masse und Trägheit 83
Maße für Masse 83
Darf ich vorstellen: Das zweite newtonsche Gesetz 84
Krafteinheit 85
Resultierende Kräfte 85
Das große Finale: Das dritte newtonsche Gesetz 90
Reibung und das dritte newtonsche Gesetz 91
Winkel und Kräfte im dritten newtonschen Gesetz 93
Im Gleichgewicht 95
Kapitel 6
Auf der schiefen Bahn: Geneigte Ebenen und Reibung 99
Nur nicht runterziehen lassen: Gravitation 99
Rolltreppe abwärts: Die schiefe Ebene 100
Winkelzüge 101
Beschleunigung macht Spaß 103
Reibereien 103
Reibung und Normalkraft 104
Der Reibungskoeffizient 104
Haften und Gleiten 105
Mit Reibung bergauf 107
Schwerkraft und Flugbahnen 112
Hoch hinaus: Die Maximalhöhe 112
In höchste Höhen: Flugzeit 113
Hin und zurück: Die gesamte Flugdauer 114
Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 114
Kapitel 7
Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 117
Immer rundherum: Gleichförmige Kreisbewegung 117
Richtungsänderung: Die Zentripetalbeschleunigung 118
Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 119
Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 120
Wie am Schnürchen: Zentripetalkraft 120
Die Zentripetalkraft wird gebraucht! 121
Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 121
Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 124
/J mmmm
Physik für Dummies
Der Apfel fällt nicht weit vom Stamm: Das newtonsche Gravitationsgesetz 126
Mit einem Apfel fing es an 127
Gravitation an der Erdoberfläche: Die Erdbeschleunigung 127
Kreisbahnen und das Gravitationsgesetz 128
Rundherum: Vertikale Kreisbewegung 132
Teit III
Energie und Arbeit 137
Kapitel 8
Physik in Aktion 139
Es ist nicht so, wie Sie denken . 139
Arbeit messen 139
Gewichte stemmen 140
Zug um Zug 141
Negative Arbeit 142
Mit Schwung voran: Kinetische Energie 143
Eine Formel für die kinetische Energie 144
Kinetische Energie in der Praxis 146
Das wahre Leben: Resultierende Kräfte 147
Energievorrat: Potenzielle Energie 149
Der Kampf gegen die Schwerkraft 149
Bäumchen, wechsle dich! Die Umwandlung von kinetischer
in potenzielle Energie 150
Am Scheideweg: Konservative und nicht konservative Kräfte 151
Vorwärts, rückwärts, rundherum: Energieerhaltung 152
Wie im freien Fall 154
Hoch hinaus 154
Arbeite schneller, Leistung zählt! 155
Leistung messen 156
Was Leistung sonst noch bedeutet 156
Kapitel 9
Schuiunyt/oll: Impuls und Kraftstoß 159
Rempelei: Der Kraftstoß 159
Impulse geben 160
Warum steht p für den Impuls? 161
Der Zusammenhang zwischen Impuls und Kraftstoß 161
Noch einmal Poolbillard: Kraftstoß und Impuls 162
Kraftvoll durch den Regen 163
Impulserhaltung 165
Geschwindigkeit im Griff: Impulserhaltung in der Praxis 166
Impulserhaltung und Schussgeschwindigkeit 167
Auto gegen Auto: Elastische und inelastische Stöße 169
7/J
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 10
Wie man's dreht und Wendet: Rotationsbewegungen 175
Von der geradlinigen Bewegung zur Rotation 175
Die Tangentialbewegung 176
Die Tangentialgeschwindigkeit 176
Die Tangentialbeschleunigung 178
Die Zentripetalbeschleunigung 179
Vektoren und Rotationsbewegungen 180
Der Vektor der Winkelgeschwindigkeit 180
Der Vektor der Winkelbeschleunigung 181
Drehen und Wenden: Das Drehmoment 182
Die Drehmomentgleichung 183
Hebelarme verstehen 185
Drehmomente bestimmen 186
Das Drehmoment als Vektor 187
Nicht wackeln: Rotationsgleichgewicht 188
Flagge zeigen: Immer schön im Gleichgewicht 189
Ein Rotationsgleichgewicht mit Reibung 190
Kapitel 11
Immer rundherum: bgnamik Von Rotationsbewegungen 195
Das zweite newtonsche Gesetz in Rotation 195
Tangentialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung 196
Das Trägheitsmoment 197
Das Trägheitsmoment unter der Lupe 198
Angewandte Trägheit: Drehmomente im CD-Player 199
Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 201
Arbeit und kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 202
In der Tretmühle: Arbeit bei Rotationen 203
Kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 204
Die kinetische Energie der Rotation auf einer Rampe 206
Nicht zu bremsen: Der Drehimpuls 207
Die Drehimpulserhaltung 208
Satellitenbahnen: Die Drehimpulserhaltung in der Praxis 209
Kapitel 12
Hin und her, hin und her: Harmonische Bewegungen 211
Federkraft: Das hookesche Gesetz 211
Immer schön nachfedern 212
Das hookesche Gesetz und die Richtung der Kraft 213
Die einfache harmonische Bewegung 213
Senkrecht und waagerecht 214
Ein genauerer Blick auf die harmonische Bewegung 215
Die Kreisfrequenz einer Masse an einer Feder 222
75 rw***
Physik für Duttimies
Die Energie in einfachen harmonischen Bewegungen 224
Schwingende Pendel 225
Teit W
Altes über Wärme 227
Kapitel 13
Heiß auf Thermodynamik 229
Der Sprung ins warme Wasser 229
Das Thermometer sagt Celsius 229
US-Thermometer sagen Fahrenheit 230
Das Thermometer sagt Kelvin 230
Es wird warm: Längenausdehnung 231
Wieder ein Koeffizient 232
Ein Beispiel für Gleisarbeiter 233
Es bleibt warm: Volumenausdehnung 234
Mit dem (Wärme-)Strom schwimmen 235
Warm zugedeckt 235
Die Phase ändert sich, die Temperatur nicht 237
Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 237
Gut versteckt: Latente Wärme 238
Kapitel 1h
Hier, nimm meine Jacke: Wärmeübertragung 2 hl
In Wallung versetzt: Konvektion 241
Autsch, das war heiß! Wärmeleitung 242
Wovon die Wärmeleitung abhängt 243
Die Gleichung für die Wärmeleitung anwenden 244
Warme Strahlung 245
Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 246
Schwarze Körper 248
Das Geheimnis der Avogadro-Zahl 249
Das Gasgesetz wird geschmiedet 250
Ein Beispiel: Der Druck eines idealen Gases 252
Alternativen: Die Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac 252
Gasmoleküle haben's eilig 254
Die Geschwindigkeit von Luftmolekülen 254
Die kinetische Energie eines idealen Gases 255
Kapitel 15
Wärme trifft Arbeit: öie Hauptsätze der Thermodynamik 257
Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 257
Wärme und Arbeit erhalten: Der erste Hauptsatz 258
f 0
«• • • - Inhaltsverzeichnis mmmmmm
Energieerhaltung mit Zahlen 259
Die Zustände ändern sich 259
Vom Umgang mit spezifischen Wärmekapazitäten 266
Wohin die Wärme fließt: Der zweite Hauptsatz 267
Arbeit aus Wärme mit Wärmekraftmaschinen 267
Vom Wirkungsgrad einer Dampfmaschine 268
Man kann nicht alles haben, sagt Carnot 269
Kälter geht's nicht: Der dritte (und absolut letzte) Hauptsatz 271
Kälte hat seltsame Wirkungen 271
Teil V
Elektrischer Strom und Magneten 2 73
Kapitel 16
Wie elektrisiert 275
Plus oder minus? Die Ladung von Elektron und Proton 275
Ziehen und Schieben: Elektrische Kräfte 276
Das coulombsche Gesetz 276
Abstand halten 277
Die Geschwindigkeit von Elektronen 277
Kräfte zwischen mehreren Ladungen 278
Wirkung aus der Ferne: Elektrische Felder 280
Aus allen Richtungen: Felder von Punktladungen 281
Ganz schön geladen: Das elektrische Feld im Plattenkondensator 283
Die Spannung hochdrehen! Das elektrische Potenzial 284
Berechnung der elektrischen potenziellen Energie 285
Spannung ist Potenzial 286
Das elektrische Potenzial bleibt erhalten 287
Das elektrische Potenzial von Punktladungen 288
Aufladen, was die Kapazität hergibt 291
Kapitel 17
Ständig unter Strom 293
Der lange Marsch der Elektronen: Strom 293
Strom definieren 293
Strom in Batterien berechnen 294
Widerstandsfähig: Das ohmsche Gesetz 295
Der Strom durch einen Widerstand 295
Ganz spezifische Widerstände 296
Leistung lohnt sich 297
Schön der Reihe nach: Reihenschaltungen 297
Alles auf einmal: Parallelschaltungen 298
* 77«nagte*
Physik für Oummies i
Maschendraht und Knoten: Die kirchhoffschen Regeln 300
Anwendung der Maschenregel 301
Rechnen mit vielen Maschen 302
Kondensatoren im Kreis 304
Kondensatoren in Parallelschaltung 304
Kondensatoren in Reihenschaltung 305
Kondensator plus Widerstand gleich RC-Schaltkreis 306
Kapitel 18
Überaus anziehend: Magnetismus 309
Anziehen und Abstoßen 309
Die Wirkung auf bewegte Ladungen 311
Die Stärke magnetischer Kräfte 312
Gebogene Bahnen: Ladungen im Magnetfeld 313
Magnetfelder arbeiten nicht. 314
. aber sie wirken trotzdem! 314
Ströme verbiegen 316
Kräfte auf Ströme 316
Rotierende Schleifen 317
Das Magnetfeld eines Drahts 319
Ein magnetischer Fall 319
Magnetfelder in Leiterschleifen 321
Schön gleichmäßig: Magnetfelder von Spulen 323
Kapitel 19
Spannende Ströme 325
Eine Spannung wird induziert 325
Spannende Bewegung im Magnetfeld 325
Induktionsspannung und Fläche 327
Faraday und der Fluss 328
Richtige Vorzeichen: Die lenzsche Regel 330
Induktivitäten 332
Auf und ab: Wechselstromkreise 333
Harmonische Sinusspannung 334
Im Gleichschritt durch den Widerstand 334
Am Kondensator eilt der Strom voraus 336
An der Spule trödelt der Strom 339
Dreifache Herausforderung: RCL-Stromkreise 341
Kapitel 20
Unsen und Spiegel im Rampenlicht 343
Alles über Spiegel - legeipS rebü sellA 343
Licht wird abgelenkt 344
Licht brechen mit Snellius 344
Gemessene und »gefühlte« Tiefe 345
J 8 Mwmmimmwgmsmm
-v» j*- "tj»» Inhaltsverzeichnis ****¦- -• *
Spieglein, Spieglein an der Wand 347
Hohlspiegel wirken vergrößernd 347
Konvexe Spiegel wirken verkleinernd 352
Mit Linsen sieht man besser 353
Sammellinsen wirken vergrößernd 353
Zerstreuungslinsen wirken verkleinernd 357
Teil VI
ber Top-Ten-Teil 359
Kapitel 21
Alles ist relativ (istisch) 301
Die Natur behandelt alle gleich 361
Licht ist immer gleich schnell 362
Bei hoher Geschwindigkeit dehnt sich die Zeit 362
Raumfahrer altern langsamer 363
Bei hoher Geschwindigkeit schrumpft die Länge 364
Materie ist gleich Energie 364
Materie plus Antimaterie gleich . bumm 365
Die Sonne verliert an Masse 365
Die Sonne verschwindet - aber nur langsam 365
Es geht nicht schneller 365
Und Newton hat trotzdem recht! 366
Kapitel 22
Zehn Wilde Theorien 309
Ganz klein . und ganz anders 369
Hier und da zugleich 370
Können Quanten rechnen? 370
Gravitation krümmt den Raum 370
Schwarze Löcher halten Licht fest 371
Geht's noch kleiner? 372
Explosive Mischung: Materie und Antimaterie 372
Auch nicht schlecht: Supernovae 372
Vom Urknall zum Endknall 373
Dunkle Bedrohung 373
Zukunftsphysik 374
Lösungen 375
Stichwortverzeichnis 393
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