Physik-Manga. Mechanik. Bearbeitet von Hideo Nitta

Transkript

1 Physik-Manga Mechanik Bearbeitet von Hideo Nitta 1. Auflage Taschenbuch. viii, 222 S. Paperback ISBN Format (B x L): 17 x 24 cm Gewicht: 418 g Weitere Fachgebiete > Physik, Astronomie > Mechanik > Klassische Mechanik Zu Leseprobe schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Vorwort Für das Verständnis der Physik ist es wesentlich, korrekte Vorstellungen von bestimmten Phänomenen zu haben. Besonders in der Dynamik muss man physikalische Gesetze begreifen, indem man die Bewegungen von Objekten und deren Einfluss aufeinander im Kopf behält. Leider können Lehrbücher, die nur Text enthalten, keine angemessenen Bilder dieser Bewegungen liefern. Dieses Buch will die Grenzen konventioneller Lehrbücher aufbrechen, indem Elemente eines Comics benutzt werden. Comics sind nicht einfach irgendwelche Bilder, sondern man kann mit ihnen vieles ausdrücken und darstellen. So lassen sich Bewegungen, die sich in einem Zeitablauf ändern, mit Hilfe eines Comics gut veranschaulichen. Darüber hinaus hilft ein Comic, das eher trockene Thema der physikalischen Gesetze interessanter zu machen. Bekanntlich ist Humor ein wichtiges Element in Comics. Auch dieser Aspekt wurde mit dem vorliegenden Buch abgedeckt. Da der Autor unbedingt wissen möchte, ob dieser Ansatz erfolgreich war oder nicht, ist er gespannt auf die Meinung der Leser. Die Arbeit wurde aus meiner Sicht sehr zufriedenstellend abgeschlossen, wenngleich aufgrund der begrenzten Seitenzahl ein amüsantes Kapitel zu Kreisbewegungen und nichtträgen Systemen nicht mehr aufgenommen werden konnte. Die Hauptfigur des Buches, Megumi Ninomiya, findet Physik ziemlich schwierig. Ich bin sicher, dass es vielen Lesern auch so geht und dass sie zusammen mit Megumi die Grundlagen der Physik lernen werden. Mein Wunsch ist es, dass dieses Buch möglichst viele Leser anspricht, die Physik schwierig finden oder Physik nicht mögen und die ebenso wie Megumi entdecken, dass Physik Spaß machen kann und interessant ist. Schließlich möchte ich folgenden Beteiligten meinen großen Dank aussprechen: den Mitarbeitern von OHM Development Office, re_akino, der die Geschichte geschrieben hat, und Keita Takatsu, der alles in einen wunderbaren Comic umgesetzt hat. Dieses Buch hätte eine Person alleine unmöglich fertigstellen können. Nur mit vereinten Kräften konnte die Arbeit aller in solch einem Werk konzentriert werden. November 2006 Hideo Nitta v

3 Wie man dieses Buch benutzt Dieses Buch besteht aus drei Teilen: dem Comic, der Wiederholung und den Abschnitten, in denen es einen Schritt weiter geht und das zuvor Gelernte vertieft wird. Leser, die mit Physik nicht so vertraut sind, sollten zuerst den Comic lesen und den Rest auslassen. Es macht auch nichts, wenn man nicht gleich alles bis ins Detail versteht. Vielleicht hilft der Comic ein wenig, die folgenden Abschnitte auch noch lesen zu wollen. Nachdem ihr einmal ausschließlich den Comic gelesen habt, könnt ihr das wiederholen, aber diesmal auch die Abschnitte Labor lesen. Ihr werdet dort einige Gleichungen finden, die aber meist aus dem Mathematikunterricht bekannt sein werden und daher keine Probleme bereiten sollten. Aber auch, wenn ein paar Sachen nicht leicht zu verstehen sind, macht das nichts lasst diese Teile zunächst einfach aus. Je öfter ihr lest und je mehr Abschnitte ihr kennenlernt, desto vertrauter wird euch die Physik werden. Anschließend könnt ihr je nach eigenem Interesse die Abschnitte Wiederholung und Ein Schritt weiter lesen. Wendet außerdem die Gesetze der Dynamik, die ihr in diesem Buch kennenlernt, auf Phänomene in eurem Umfeld an. Versucht, auch dann über die physikalischen Gesetze hinter einem Phänomen nachzudenken, wenn die Antwort offensichtlich ist. Wer Physik auf einem etwas höheren Niveau lernen möchte, sollte sich mit den Abschnitten Wiederholung befassen und versuchen, diese zu verstehen. Hier erhaltet ihr Informationen, die über das hinausgehen, was im Comicteil vorgestellt wurde. Die Gleichungen im Buch dienen dazu, die Überlegungen und Berechnungen nachzuvollziehen. Der Schlüssel zur Physik ist aber nicht, Gleichungen auswendig zu lernen, sondern sie von Gesetzen herzuleiten. Wenn ihr Physik studieren wollt oder schon studiert, wenn ihr eine technische Ausbildung absolviert oder einfach Spaß an Physik habt, solltet ihr die Abschnitte Ein Schritt weiter gründlich lesen und verstehen. In diesen Abschnitten wird auch Differential- und Integralrechnung benutzt, um ein tieferes Verständnis der physikalischen Gesetze zu erlangen. Die Differential- und Integralrechnung ist fundamental für die Dynamik was ihr daran erkennen könnt, dass sie auf Newton, der die drei Bewegungsgesetze aufgestellt hat, zurückgeht. Mithilfe der Differential- und Integralrechnung kann man außerdem auf sehr klare Weise zeigen, wie die einzelnen Gesetze zusammenhängen. Wenn ihr den Impulserhaltungssatz, die Beziehung zwischen Arbeit und kinetischer Energie und den Energieerhaltungssatz von Newtons drei Bewegungsgesetzen ableiten könnt, ohne dieses Buch zu benutzen, würdet ihr wirklich fundamentale Fähigkeiten in der Physik zeigen. Die Geschichte in diesem Buch ist Fiktion; jede Ähnlichkeit zu realen Personen, Organisationen usw. ist zufällig. vi

4 Inhalt P r o l o g Bereitet dir Physik Kopfzerbrechen? 1 Das Prinzip von Aktion und Reaktion 1. Das Prinzip von Aktion und Reaktion 14 Wie das Prinzip von Aktion und Reaktion funktioniert 15 Das Kräftegleichgewicht 20 Das Kräftegleichgewicht und das Prinzip von Aktion und Reaktion 23 Aus Distanz wirkende Kräfte und das Prinzip von Aktion und Reaktion Die Newton'schen Gesetze 33 Dynamik ist die Grundlage der Physik 33 Wiederholung Skalare und Vektoren 37 Grundlagen von Vektoren 37 Kräftebalance und Kräftevektoren 39 Die drei Bewegungsgesetze nach Newton 41 Einen Vektor zeichnen, der die Gravitation repräsentiert 42 Ein Schritt weiter Das Prinzip von Aktion und Reaktion in einer Gleichung ausdrücken 43 Gravitation 44 vii

5 Kraft und Bewegung 1. Geschwindigkeit und Beschleunigung 48 Einfache Bewegung 48 Gleichmäßig beschleunigte Bewegung 52 Labor: Den zurückgelegten Weg herausfinden, wenn sich die Geschwindigkeit ändert Das Prinzip von Aktion und Reaktion 60 Das Trägheitsprinzip 60 Die Bewegungsgleichung F = ma 68 Labor: Den genauen Wert einer Kraft bestimmen 75 Die Bewegung eines geworfenen Balls 77 Wiederholung Drei Regeln zur gleichförmigen Beschleunigung 87 Regeln des Parallelogramms 88 Kräfte addieren und zerlegen 89 Der Zustand, in dem keine Kräfte wirken 90 Der Zustand, in dem Kräfte wirken 91 Die Richtung von Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft 92 Objekten haben keine Kraft 93 Einheit der Kraft: N (Newton) 94 Ein Schritt weiter Wie Masse und Kraft bestimmt werden 94 Die Größe eines Gewichts 96 Die Bewegung eines geworfenen Balls 98 Geschwindigkeit/Beschleunigung und Differential- und Integralrechnung 100 Der Bereich unterhalb eines v-t-graphen und die zurückgelegte Distanz 101 vi viii

6 Impuls und Kraftstoß 1. Der Impuls 104 Der Bewegungsimpuls 106 Labor: Impulsänderung durch Masseänderung 109 Impulsänderung und Kraftstoß 111 Labor: Die Stoßkraft eines Schlags Impulserhaltung 120 Aktion, Reaktion und Impulserhaltung 120 Labor: Der Weltraum und der Impulserhaltungssatz Eine nützliche Hilfe: Änderung der Wucht = Impuls 129 Den Aufprall vermindern 129 Einen schnellen Aufschlag spielen 133 Wiederholung Impuls und Kraftstoß 139 Impuls und Kraftstoß im täglichen Leben 140 Den Impulserhaltungssatz herleiten 141 Problemlösung mit dem Impulserhaltungssatz: Addition und Zerlegung 143 Die Einheit des Impulses 144 Ein Schritt weiter Das Prinzip von Aktion und Reaktion vs. Impulserhaltungssatz 145 Der Impulserhaltungssatz als Vektor 146 Der Raketenantrieb 147 ix vii