Zielsetzung... 9 Aufbau Lernen lernen Vorwort zur 3. Auflage... 12

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1 Inhalt Vorbemerkungen Zielsetzung... 9 Aufbau Lernen lernen Vorwort zur 3. Auflage Einführung 1.1 Gegenstand der Physik Vorgehensweise der Physik Theorie und Experiment Reproduzierbarkeit Wie arbeitet ein Physiker? Physikalische Größen und ihre Darstellung Größen und Einheiten Maßzahlen Grafische Darstellung Messfehler Statistische Fehler Systematische Fehler Kräfte 2.1 Kräfte und Wechselwirkungen Gravitationswechselwirkung Coulomb-Wechselwirkung oder elektrische Wechselwirkung Starke und schwache Wechselwirkung Woher kommen die elementaren Wechselwirkungen? Masse und Gewicht Kontaktwechselwirkung und Einteilung der K räfte Kräfte als Vektoren... 50

2 2.3 Kräftediagramme Die Resultierende zweier Kräfte Zerlegung einer Kraft in Komponenten Actio - Reactio Kräftegleichgewicht Statisches Gleichgewicht bei einer Punktmasse Reibungskräfte Haftkraft und Gleitreibungskraft Antriebs- und Fahrtwiderstandskräfte Hooke sches Gesetz Bewegungslehre 3.1 Einfache Bewegung einer Punktmasse Bewegung in einer Dimension Die kräftefreie Bewegung Die Bewegung mit gleichbleibender Kraft Ortsänderung im v( )-Diagramm Zusammenfassung: Elementare Bewegungen Ungleichförmige Bewegung Geschwindigkeit und Durchschnittsgeschwindigkeit Zusammenhang zwischen Beschleunigung und angreifender Kraft g-kräfte Bewegung mit Reibung Der freie Fall Anfangsbedingungen Überlagerung von Bewegungen (eindimensional) Vorbemerkung Abbremsen aus gleichförmig geradliniger Bewegung Senkrechter Wurf nach oben Modellierung von eindimensionalen Bewegungen Überlagerung von Bewegungen (zweidimensional) Horizontaler Wurf Schiefer Wurf vom Boden aus Schiefer Wurf von einer Abschusshöhe hqa u s Erhaltungsgrößen 4.1 Erhaltung von physikalischen Größen Arbeit und Energie Arbeit

3 4.2.2 Energie und Energieerhaltung Leistung Wirkungsgrad Impuls und Impulserhaltung Impuls einer Punktmasse Impulserhaltung für ein Teilchen Impuls von zwei Teilchen Abgeschlossene Systeme Warum Impuls? Stoßvorgänge Vorbemerkungen Vollkommen elastischer gerader Stoß Sonderfalle für den elastischen Stoß Vollkommen unelastischer Stoß Kreisbewegung 5.1 Einführung Winkelgeschwindigkeit Bahngeschwindigkeit und Geschwindigkeitsvektor bei Kreisbewegungen Zentripetalkraft und Zentripetalbeschleunigung Welche Kraft zwingt einen Körper in eine Kreisbahn? Gibt es die Zentrifugalkraft? Weitergehende Anwendungen für die Kreisbewegung Anwendungsbeispiel: Wann reißt das Seil? Anwendungsbeispiel: Ebene Kurvenfahrt Anwendungsbeispiel: Überhöhte Kurve Anwendungsbeispiel: Kettenkarussell Anwendungsbeispiel: Steilwandfahrt Anwendungsbeispiel: Loopingfahrt Anwendungsbeispiel: Geostationäre Umlaufbahnen Elektrizitätslehre 6.1 Elektrische Ladung Eigenschaften der Ladung Geladene und ungeladene Teilchen - ein Ausflug in die Mikrowelt Elektrische Kraft und Coulomb-Wechselwirkung

4 6.3 Das elektrische Feld Definition Vergleich Coulomb-Wechselwirkung - Gravitations-Wechselwirkung Elektrische Feldlinien Berechnung von E-Feldem Der (statisch geladene) Kondensator Das elektrische Potential Arbeit im elektrischen Feld eines Kondensators Spannung ev als Einheit der Arbeit und Energie Spannung: Vergleich Coulomb-Wechselwirkung - Gravitationswechselwirkung Das elektrische Potential Potential: Vergleich Coulomb-Wechselwirkung - Gravitationswechselwirkung Kapazität Im Kondensator gespeicherte A rbeit Bewegung im elektrischen Feld - Braun sche Röhre Anfänglich ruhendes Teilchen Longitudinales elektrisches Feld: der Beschleunigungskondensator Beschleunigungskondensator: Behandlung mit Energiesatz Transversales elektrisches Feld: Ablenkkondensator Ablenkkondensator mit einem Schirm Ausflug in die Festkörperphysik I Einfache Modelle für einen Isolator und ein M etall Leiter im elektrischen Feld Nichtleiter im elektrischen Feld: Polarisation Kapazität eines Plattenkondensators mit Dielektrikum zwischen den Platten Leiter im elektrischen Feld: Drude-Theorie der elektrischen Leitfähigkeit Stromkreise I: Gleichstromkreise Stromkreise Strom und Spannung Leistung im Stromkreis Ohm'scher Widerstand

5 7 Harmonische Bewegung 7.1 Oszillator, harmonische Bewegungen, harmonischer Oszillator Bedeutung der harmonischen Bewegung Federpendel und Fadenpendel Das Federpendel Das Fadenpendel Mathematische Behandlung von Federpendel und Fadenpendel Geschwindigkeit(Zeit)-Gesetz, Beschleunigung(Zeit)-Gesetz, Kraft(Zeit)-Gesetz Welche Kraft für welche Bewegung? Anfangsbedingungen Energie des harmonischen Oszillators Kreisbewegung als Überlagerung zweier harmonischer Bewegungen Ausblick Dämpfung Harmonischer Oszillator mit Antrieb Magnetfeld 8.1 Magnetische Teilchen im Magnetfeld Phänomenologie Speiche folgt dem Magnetfeld Magnetische Feldlinien Regeln für magnetische Feldlinien Es gibt keine magnetischen Monopole: Drehmoment statt Kraft Das Magnetfeld der Erde Eine bewegte Ladung erzeugt ein Magnetfeld Oersteds Befund Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen geraden Leiters Das magnetische Feld einer Spule Mikroskopischer Ursprung des Magnetismus Eine bewegte Ladung erfährt eine Kraft in einem Magnetfeld Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter Lorentz-Kraft Wirkung der Lorentz-Kraft Kreisbahn im Fadenstrahlrohr Klassischer Hall-Effekt Wirkung auf stromlosen Leiter: Induktion

6 9 Physik auf zwei Seiten 9.1 Einfache Bewegungen Alle realen Kräfte kommen aus Wechselwirkungen Kräfte und Bewegungen Physikalische Größen als Ableitungen Richtig oder Falsch? Anhänge A Videodaten und VIANA B Ein Beispiel für eine Veröffentlichung ( Paper ) C Auszug aus einem Laborbuch Formelsammlung Stichwortverzeichnis Abbildungsverzeichnis (Mathematische) Exkurse Exkurs: Anfertigung eines Versuchsprotokolls Exkurs: Kurven durch vorgegebene Punkte Exkurs: Einführung in die Vektorrechnung Exkurs: Trigonometrie Exkurs: Arbeiten mit VIANA Exkurs: Arbeiten mit einer Tabellenkalkulation Exkurs: Umrechnung m/s in km/h und zurück Exkurs: Steigung einer Tangente Exkurs: Verschieben von Kurven Exkurs: Quadratische Ergänzung Exkurs: Berechnen von Flächen unter Kurven - Integralrechnung Exkurs: Gleichzeitiges Lösen von Impuls- und Energiegleichung Exkurs: Winkelmessung im Bogenmaß Exkurs: Kleinwinkelnäherung Exkurs: Trigonometrische Funktionen