Grundlagen, Versuche, Aufgaben, Lösungen. Unter Mitarbeit von Gert Böge, Wolfgang Böge und Walter Schlemmer

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1 Alfred Böge PHYSIK Grundlagen, Versuche, Aufgaben, Lösungen Unter Mitarbeit von Gert Böge, Wolfgang Böge und Walter Schlemmer mit 389 Bildern, 24 Tafeln, 340 Aufgaben und Lösungen sowie einer Formelsammlung 8., überarbeitete und verbesserte Auflage vieweg

2 Inhaltsverzeichnis 1. Physikalische Größen und Einheiten 1.1. Was ist eine physikalische Größe? Wie schreibt man physikalische Größen richtig? Skalare und Vektoren Basisgrößen und abgeleitete Größen Einheiten, Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohärente Einheiten Größengleichungen 7 2. Bewegungen fester Körper 2.1. Eine Übersicht Geschwindigkeit v und Beschleunigung a Das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm hilft immer Ordnung und Gesetze der Bewegungsarten Wie löst man Aufgaben der gleichmäßig beschleunigten oder verzögerten Bewegung nach Plan? Die speziellen Größen der Kreisbewegung Kraft und Masse Die Gleitreibkraft F R Fahrwiderstand Mechanische Arbeit und Energie, Energieerhaltungssatz Leistung und Wirkungsgrad Ruhende Flüssigkeiten und Gase 3.1. Der Druckbegriff Die Druckeinheiten Besondere Druck-Kennzeichnungen Normzustand, Normvolumen, Normdichte Das Druck-Ausbreitungsgesetz für Flüssigkeiten Einfluß der Schwerkraft auf den Druck in Flüssigkeiten Der Auftrieb F a in Flüssigkeiten Die Druck-Volumengesetze für Gase Strömende Flüssigkeiten und Gase 4.1. Strömungsgeschwindigkeit w, Volumenstrom q v, Massenstrom q m 73

3 VI Inhaltsverzeichnis 4.2. Die Kontinuitätsgleichung Gilt die Kontinuitätsgleichung auch für Gase? Der Energieerhaltungssatz der Strömung (Bernoullische Druckgleichung) Wärmelehre 5.1. Wärmeausdehnung Wärme und Arbeit Spezifische Wärmekapazität c und Wärme Q bei festen und... flüssigen Stoffen Spezifische Wärmekapazität c, c v und Wärme Q bei Gasen Die Mischungsregel Die thermodynamische Temperatur T Die Gaszustandsgleichung (allgemeine Gasgleichung) Die Übertragung der Wärme Q Mechanische Schwingungen 6.1. Was ist eine mechanische Schwingung? Die Rückstellkraft F R Das Rückstellmoment M R Die harmonische Schwingung Das Schraubenfederpendel Das Torsionspendel Das Schwerependel (Fadenpendel) Schwingung einer Flüssigkeitssäule Analogiebetrachtung zum Schraubenfederpendel, Torsionspendel, Schwerependel und zur schwingenden Flüssigkeitssäule Dämpfung, Energiezufuhr, erzwungene Schwingung, Resonanz Koppelschwingungen Überlagerung von Schwingungen Schwebungen Mechanische Wellen 7.1. Formen, Entstehung und Ausbreitung linearer Wellen Gleichung der harmonischen Welle Polarisation von Querwellen Entstehung und Ausbreitung flächenhafter Wellen (Oberflächenwellen) Entstehung und Ausbreitung der Wellen im Raum 131

4 VII 7.6. Überlagerung gleichfrequenter Wellen (Interferenz) Huygenssches Prinzip Beugung Reflexion Brechung von Wellen Doppler-Effekt Stehende Wellen Eigenschwingungen (stehende Wellen auf begrenztem Wellenträger) Kennzeichen und Bedingungen fortschreitender und stehender Wellen Mathematische Behandlung stehender Wellen Akustik 8.1. Begriffsbestimmung und Einschränkung Schallempfindungen Die Tonhöhe Die Schallschnelle v Der Schalldruck p Die Schallstärke J Die Schallgeschwindigkeit c Das Schalldruck-Frequenz-Schaubild Die Lautstärke L Stehende Schallwellen Schallsender, Lautsprecher, Mikrophone Ultraschall Optik 9.1. Einordnung und Ausbreitung des Lichtes Wellenoptik Geometrische Optik (Strahlenoptik) Ausgewählte Versuche zu den physikalischen Grundlagen Parallelogrammsatz, Gleichgewicht beim zentralen Kräftesystem Trägheitskraft T=ma Haft- und Gleitreibzahlen trockener Flächen Federrate R zylindrischer Schraubenfedern Elastizitätsmodul E Wärmekapazität WK eines Kalorimeters Schmelzenthalpie (Schmelzwärme) q s von Wasser 191

5 VIII Inhaltsverzeichnis Mechanisches Wärmeäquivalent Elektrisches Wärmeäquivalent Periodendauer T eines Federpendels Federrate R (Richtgröße D) einer zylindrischen Schraubenfeder Trägheitsmoment J Aufnahme eines Amplituden-Frequenz-Schaubildes (Resonanzkurve) Querwellen auf der Schraubenfeder Polarisation mechanischer Querwellen Stehende Schallwellen Aufgaben Physikalische Größen und Einheiten Bewegungen fester Körper Ruhende Flüssigkeiten und Gase Strömende Flüssigkeiten und Gase Wärmelehre Mechanische Schwingung Mechanische Wellen und Akustik Optik Lösungen Physikalische Größen und Einheiten Bewegungen fester Körper Ruhende Flüssigkeiten und Gase Strömende Flüssigkeiten und Gase Wärmelehre Mechanische Schwingungen ' 7 ' } Mechanische Wellen und Akustik I Optik 280 Sachwortverzeichnis 284 Formelsammlung als Anlage 22^3^2^! ab Seite 205 ITrfiTTiTTTHil ab Seite 236