Verzeichnis der Beispiele. Verzeichnis der Tabellen. 1 Einleitung Physikalische Größen Messfehler 3

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1 Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Beispiele Verzeichnis der Tabellen XII XV 1 Einleitung Physikalische Größen Messfehler 3 1 Mechanik der Punktmasse und des starren Körpers 7 2 Vorbemerkungen Bezugssysteme Gegenüberstellung Translation-Rotation 8 3 Kinematik der geradlinigen Bewegung Orts-Zeit-Diagramme Geschwindigkeit Beschleunigung Bestimmung der Wegstrecke A* und der Geschwindigkeitsänderung At> Spezielle Bewegungen Senkrechter Wurf Bewegung auf beliebigen Bahnen Zusammenfassung Aufgaben 23 4 Bewegung in einer Ebene Vektoren - Grundbegriffe Die Vektoren r, v und a Das Superpositionsprinzip Spezielle Bewegungen Kreisbewegungen Überlagerung von Translations- und Drehbewegung Zusammenfassung Aufgaben 44 5 Bewegung und Kraft Newtons Gesetze Federkräfte und Reibungskräfte Wechsel des Bezugssystems Zusammenfassung Aufgaben 61 6 Arbeit, Energie und Leistung Arbeit Arbeit und Energie Leistung und Wirkungsgrad Zusammenfassung Aufgaben 78

2 VIII Inhaltsverzeichnis 7 Impuls und Mehrkörperprobleme Impuls Impulserhaltung bei Zweikörpersystemen Stöße Zusammenfassung Aufgaben 88 8 Dynamik der Drehbewegung des starren Körpers Winkelgrößen als Vektoren Grundgesetz der Dynamik für Drehungen Arbeit, Energie und Leistung Trägheitskräfte in rotierenden Bezugssystemen Statisches Gleichgewicht Drehimpulserhaltungssatz Die Hauptachsen starrer Körper Kreisel Zusammenfassung Aufgaben Gravitation Kepler'sche Gesetze Newtons Gravitationsgesetz Herleitung der Kepler'schen Gesetze Gravitationsfeld Zusammenfassung Aufgaben 127 II Elastomechanik und Hydrodynamik Elastizität fester Körper Grundbegriffe Einfache Verformungen Zusammenfassung Aufgaben Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen Grundbegriffe Ruhende Flüssigkeiten und Gase: Hydrostatik Stationäre Strömungen: Hydrodynamik Stationäre Strömungen mit Reibung Zusammenfassung Aufgaben 159 III Schwingungen und Wellen Schwingungen Periodische Zustandsänderungen, insbesondere harmonische Schwingungen Harmonische Oszillatoren Viskos gedämpfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen, Resonanz Überlagerung von Schwingungen und gekoppelte Schwingungen Zusammenfassung Aufgaben 185

3 Inhaltsverzeichnis IX 13 Mechanische Wellen und Akustik Wellengleichung; Ausbreitung von Störungen Harmonische Wellen Energietransport in Schallwellen Reflexion von Wellen Stehende Wellen in einseitig begrenzten Medien Tonhöhe und Lautstärke Doppler-Effekt, Mach-Welle Interferenz von Wellen Beugung und Huygens'sches Prinzip Reflexion und Brechung von Wellen Ultraschall Zusammenfassung Aufgaben Lichtwellen und Optik Elektromagnetische Wellen und Licht Reflexion und Transmission elektromagnetischer Wellen Dispersion und Absorption elektromagnetischer Wellen Spektralzerlegung durch Prisma und Beugungsgitter Interferometrie Lichtleiter Linsen Zusammenfassung Aufgaben 256 IV Elektrodynamik Elektrostatik Elektrische Ladung Coulomb'sches Gesetz und Elektrische Feldstärke Elektrische Spannung und elektrisches Potenzial Ladungsverteilung Verschiebungsdichte und Verschiebungsfluss Influenz Kapazität Dielektrikum im elektrischen Feld Energie im elektrischen Feld Zusammenfassung Aufgaben Das stationäre elektrische Strömungsfeld Elektrischer Strom Ohm'sches Gesetz Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes Leistung und Arbeit Einführung in die Gleichstromtechnik Zusammenfassung Aufgaben Magnetostatik Grundlegende Erscheinungen Magnetische Induktion und magnetischer Fluss 316

4 X Inhaltsverzeichnis 17.3 Magnetische Feldstärke und Durchflutungssatz Magnetisches Moment Kraftwirkung auf bewegte Ladungen im magnetischen Feld Magnetische Polarisation Zusammenfassung Aufgaben Instationäre elektromagnetische Felder Induktionsgesetz Selbstinduktion und Selbstinduktivität Der magnetische Kreis Energie des magnetischen Feldes Maxwell'sche Gleichungen Zusammenfassung Aufgaben 346 V Thermodynamik Gleichgewicht und Zustandsgrößen Überblick Systeme, Phasen und Zustandsgrößen Gleichgewicht und Temperatur - Nullter Hauptsatz Absolute Temperatur, Kelvin-und Celsius-Skala Druck Ideales Gas Stoffmenge und Avogadrokonstante Kinetische Theorie des idealen Gases Zustandsgieichung realer Gase Zustandsgieichung für Flüssigkeiten und Festkörper Zusammenfassung Aufgaben Energieformen und Zustandsänderungen Arbeit Wärme und Wärmekapazität Erzeugung von Wärme Reversible und irreversible Prozesse Spezielle Zustandsänderungen Zusammenfassung Aufgaben Thermodynamische Hauptsätze Nullter Hauptsatz Erster Hauptsatz Carnot'scher Kreisprozess und Entropie Zweiter Hauptsatz Entropie - mikroskopisch betrachtet Abgeschlossenes System im Gleichgewicht Thermodynamische Maschinen Zusammenfassung Aufgaben 419

5 Inhaltsverzeichnis XI 22 Nichtgleichgewichtsprozesse Temperaturausgleich Wärmeübertragung Zusammengesetzte Wärmeübertragung Zusammenfassung Aufgaben Phasenumwandlungen Aggregatzustände und Phasenübergänge Klassifikation von Phasenübergängen Phasengleichgewicht Beispiele für Phasenübergänge Zusammenfassung Aufgaben 444 Lösungen der Aufgaben 445 Sachwortverzeichnis 452

6 Verzeichnis der Beispiele 1.1 Rechnen mit Größengleichungen Standardabweichung des Mittelwertes Durchschnittsgeschwindigkeit eines ICE Durchschnittsbeschleunigung eines ICE Berechnung von Ax aus der Fläche unter v(t) Überholen von Fahrzeugen Bremsweg und Verzögerung eines PKW Hochspringer Weitspringer Kugelstoßer Bahnkurve eines Wasserstrahls Radialbeschleunigung bei einer Langspielplatte Drehbewegung mit verschiedenen Winkelbeschleunigungen Geschwindigkeit eines Randpunktes beim rollenden Rad Gleiter auf Luftkissenbahn Aufprall gegen ein Hindernis Gewichtheber Bewegung auf der schiefen Ebene Newton'sches Gesetz Verknüpfung von zwei Federn Reibung auf der schiefen Ebene Gehen Antriebskraft bei Radfahrzeugen Trägheitskraft beim Anfahren Kräftegleichgewicht im beschleunigten System Atwood-Maschine mit trägheitsloser Rolle Reibungsarbeit Hubarbeit Verformungsarbeit Fall eines Balls mit Reflexion am Boden Beschleunigungsarbeit Federkraft Energieerhaltung bei Federn Rutschen eines Schlittens auf einer schiefen Ebene mit Reibung Leistung eines PKW Zwei Gleiter auf der Luftkissenfahrbahn Der steinschleudernde Astronaut Fall mit anschließendem Stoß von zwei Kugeln Ballistisches Pendel Rad auf Kreisbahn Fortsetzung - Rad auf Kreisbahn Kräftepaar Massenträgheitsmoment einer halbkreisförmigen Scheibe Trägheitsmoment einer Hantel Atwood-Maschine Bestimmung von Drehmoment und Leistung mit dem Prony'sehen Zaum Energie eines Schwungrades Rollende Körper auf einer schiefen Ebene 105

7 Verzeichnis der Beispiele XIII 8.10 Ultrazentrifuge Uberhöhte Eisenbahnkurve Kugel in einer rotierenden Kreisrinne Gleichgewicht einer Hantel Drehstuhlexperiment Drehstuhlexperiment Scheibe auf einer Kreisbahn Masse der Sonne Fluchtgeschwindigkeit Dehnung eines Drahtes Deformation eines Gummiwürfels Torsion eines Drahtes Wasser im Schwerefeld an der Erdoberfläche Füllstandsanzeiger und U-Rohr-Manometer Senkwaage Geschwindigkeitsbestimmung mit dem Prandtl'schen Staurohr Schmierung Die Dreh-oder Torsionsschwingung (Unruh einer Uhr) Das (mathematische) Schwerependel Das physikalische Pendel Zeigerinstrument Erzwungene Schwingungen in der Technik Transversale Welle auf einem elastischen Seil Longitudinale Welle längs eines elastischen Stabes Schallwelle in einer Gas-oder Flüssigkeitssäule Phasendifferenz bei einer harmonischen Welle Auslenkungsamplitude von Luftmolekülen in einer Schallwelle Schallpegel einer Schallwelle Dopplereffekt eines hupenden, fahrenden Fahrzeuges Richtung der Auslöschung, Verstärkung Elektrische Feldstärke als Gradient der Potenzialfunktion einer Punktladung Verschiebungsdichte und elektrische Feldstärke einer leitenden Kugel Verschiebungsdichte und elektrische Feldstärke einer Koaxialleitung Influenz im Plattenkondensator Kapazität eines Kugelkondensators mit konzentrischen Kugelelektroden Kapazität einer Koaxialleitung Driftgeschwindigkeit der Elektronen in einem Metalldraht Widerstand und Temperaturkoeffizient eines Metallwiderstandes bei verschiedenen Temperaturen Ströme und Spannungen in einem Gleichstromkreis Leistungen in einem Gleichstromkreis mit realer Spannungsquelle Toroidspule mit Materiefüllung Magnetische Induktion einer langen Zylinderspule Magnetisches Moment einer langen Zylinderspule Zeigerausschlag eines Drehspulmesswerkes Kraft zwischen den Drähten einer zweiadrigen Leitung Rotierende Leiterschleife im homogenen Magnetfeld Einschaltstrom bei Spulen Induktivität einer langen Zylinderspule Toroidspule mit zwei Wicklungen als Transformator Magnetische Energie einer Toroidspule 343

8 XIV Verzeichnis der Beispiele 19.1 Bestimmung von Stoffmengen Abhängigkeit der Dichte von Temperatur und Druck Dichte von Helium bei Normbedingungen Barometrische Höhenformel und Boltzmannfaktor Mittlere quadratische Geschwindigkeit von H Plasmaphase von H Wärmeerzeugung mit einem Tauchsieder Abwärme eines Widerstandes Abstoppen einer Kugel im Sandsack Kohlefeuerung Aufwärmung einer Platte in der Sonne Isotherme Expansion Arbeit eines idealen Gases Innere Energie und geleistete Arbeit bei Zustandsänderung des idealen Gases Adiabatengleichung eines idealen Gases Entropie eines idealen Gases Zimmerheizung Mischungstemperatur bei kleinem AT Abkühlung eines Metallwerkstiicks in Luft Wärmedurchgang Wärmeleitung durch eine Wand mit mehreren Schichten Erwärmung eines Eisblocks 436