Physik. Oldenbourg Verlag München Wien 5 '

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1 Physik Mechanik und Wärme von Klaus Dransfeld Paul Kienle und Georg Michael Kalvius 10., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit fast 300 Bildern und Tabellen 5 ' Oldenbourg Verlag München Wien

2 Inhalt Tabellenverzeichnis Vorwort X XI A Newtonsche Mechanik 1 1 Einführung Historische Vorbemerkungen Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen Starke (oder Farb-)Wechselwirkung Elektromagnetische Wechselwirkung Schwache Wechselwirkung Gravitation Die Struktur der Materie Kerne Atome Moleküle Die Materie bei verschiedenen Temperaturen Grundkonzepte physikalischer Naturbeschreibung 25 Literaturhinweise zu Kapitel Grundbegriffe der Bewegung Zeitmessung Kurze Zeiten Sehr kurze Zeiten Lange Zeiten Einheiten der Zeit 45 J 2.2 Längenmessung Große Abstände Kleine Abstände Bewegungen Geschwindigkeit Beschleunigung Kreisbewegung Lineare harmonische Schwingung 63 Literaturhinweise zu Kapitel 2 65

3 VI Inhalt 3 Die beiden ersten Newtonschen Gesetze Das Trägheitsprinzip oder 1. Newtonsches Gesetz Die statische Messung einer Kraft Das Aktionsprinzip oder 2. Newtonsches Gesetz Kraft und Beschleunigung Inertialsysteme Die Maßeinheit der Masse Maßeinheit der Kraft Anwendung des 2. Newtonschen Gesetzes Kraftgesetz des harmonischen Oszillators Der ungedämpfte harmonische Oszillator Der gedämpfte harmonische Oszillator Reibungskräfte Das universelle Gravitationsgesetz Das Fallgesetz Äquivalenzprinzip Die Keplerschen Gesetze Der Mond fällt wie der Apfel Die Gravitationskonstante Einfache Anwendungen des Gravitationsgesetzes Satellitenbahnen Bestimmung der Masse und Dichte von Jupiter Numerische Berechnung von Planetenbahnen 103 Literaturhinweise zu Kapitel I 4 Die Erhaltung von Energie und Impuls Die Erhaltung der Summe von kinetischer und potentieller Energie Einfache Anwendungen des Prinzips der Energieerhaltung Äquipotentialflächen der potentiellen Energie und ihr Gradient Konservative und nichtkonservative Kräfte Reaktionsprinzip und Impulserhaltung Stoßprozesse Gesamtimpuls eines Systems mit äußeren Kräften Beispiele für die Impulserhaltung 138 Literaturhinweise zu Kapitel Die rotierende Bewegung Drehimpulserhaltung für einen Massenpunkt Die Erhaltung des Drehimpulses bei Systemen von Massenpunkten Der Drehimpuls starrer Körper 167

4 Inhalt VII 5.4 Die kleinste Einheit des Drehimpulses in der Natur Der symmetrische Kreisel Die Energie eines starren Rotators Scheinkräfte in rotierenden Bezugssystemen Schlußbemerkung: Vergleich zwischen linearer und rotierender Bewegung 189 Literaturhinweise zu Kapitel Feste Stoffe: Vom Diamant zum Wackelpudding Strukturen Makroskopisches mechanisches Verhalten fester Körper Mikroskopische Aspekte der plastischen Deformation Keramische Werkstoffe Materie im Kleinen: Tasten und bearbeiten Warum ist Gummi so dehnbar? Zwischen fest und flüssig 209 Literaturhinweise zu Kapitel Flüssigkeiten und ihre Bewegung Hydrostatische Kräfte Die Auftriebskraft Oberflächen von Flüssigkeiten Die Benetzung von festen Oberflächen Kräfte in strömenden Flüssigkeiten Trägheitskräfte in stationären Strömungen Viskosität und Reibungskräfte Strömung bei großen Geschwindigkeiten Vom Fliegen 228 Literaturhinweise zu Kapitel Schwingungen Freie ungedämpfte Schwingungen Freie gedämpfte Schwingungen Abklingzeiten für Amplitude und Energie 238»8.2.2 Der Gütefaktor Erzwungene Schwingungen Gekoppelte Schwingungen Parametrisch verstärkte Schwingungen 251 Literaturhinweise zu Kapitel Wellen Ein erstes Beispiel: Die Seilwelle Eine Störung breitet sich aus 256

5 VIII Inhalt Ableitung der Wellengleichung und ihre Lösungen Reflexion von Seilwellen am festen Ende Sinusförmige (harmonische) Wellen Reflexion harmonischer Wellen: Stehende Wellen und Schwingungen Eigenfrequenzen einer schwingenden Saite Von schwingenden Saiten zur Musik Bemerkungen zur Polarisation von Wellen Schallwellen Vorbemerkungen Longitudinale Schallwellen in Gasen und Flüssigkeiten Das Schallfeld und seine Größen Schallwellen in der Natur und Technik Wellen auf Flüssigkeitsoberflächen Frequenzspektrum, Dispersion und Energietransport 297 Literaturhinweise zu Kapitel B Grundlagen der thermischen Physik Die Temperatur und das ideale Gas Thermodynamik und statistische Mechanik Die absolute Temperatur und das Gasgesetz Der Gleichgewichtszustand und die Relaxation Temperaturmessung Brownsche Bewegung Mikroskopische Analyse des Gasdrucks und innere Energie Mittlere freie Weglänge und der Streuquerschnitt Die barometrische Höhenformel Der Boltzmann-Faktor und die thermische Energie Wichtige thermische Eigenschaften der Materie Spezifische Wärme Der Gleichverteilungssatz und das mehratomige Gas Wärmeausdehnung Wärmetransport Diffusion Ideale und reale Gase; Phasenumwandlung Die Aggregatzustände am Beispiel des Wassers Phasenumwandlungen erster und zweiter Ordnung Zustandsfläche und Zustandsänderung des idealen Gases Die Zustandsgieichung realer Gase 358

6 Inhalt IX 12.5 Der kritische Punkt, die Tripellinie und der Dampfdruck Gibbssche Phasenregel und Phasendiagramme Wärme, Energie und Entropie - die Hauptsätze Die Arbeit eines Gases Der erste Hauptsatz Reversible und irreversible Prozesse Der zweite Hauptsatz und die Entropie Der dritte Hauptsatz Der Carnot-Prozeß Einige Anwendungen der Thermodynamik Die thermodynamische Temperaturskala Der Joule-Thomson-Effekt und die Enthalpie Gasverflüssigung und Tieftemperaturtechnik Wärmekraftmaschinen - Stirling-Prozeß 396 Literaturhinweise zu den Kapiteln Ratschläge fürs Studium Sachverzeichnis Anhänge Die Nobelpreise in Physik seit Basiseinheiten und Bezeichnungen 417 Abgeleitete Einheiten 418 Fundamentale physikalische Konstanten 419 Periodensystem der Elemente hint. Umschlag