Inhalt. Einleitung 1. Mechanik 3

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1 Inhalt Einleitung 1 Mechanik 3 1. Raum und Zeit Stabiles, indifferentes und labiles 1.1 Physikalische Größen und Gleichgewicht; Standfestigkeit 28 Einheiten Impuls und Drehimpuls Länge als Beispiel 3 Reibung Basiseinheiten des internationalen Einheitensystems Längenmessung 7 Arbeit, Energ.e, Zeitmessung Ein Beispiel für den Begriff Winkelmaße 10 Arbeit Bewegungen im Raum 11 Energieformen Geschwindigkeit 11 Leistung, Wirkung Beschleunigung 13., Kreisbewegung Berechnung des Weges aus Energieerhaltungssatz 37 Geschwindigkeit und Impulserhaltungssatz 38 Beschleunigung 16 und Stoß Impulserhaltung als Beispiel für 39 Energie- 4.4 Drehimpulserhaltungssatz Masse und Kraft Mechanische Eigenschaften 2.1 Die träge Masse 18 von Stoffen Wirkung von Kräften Wechselwirkungen zwischen Newton'sche Axiome 19 Atomen und Molekülen Verschiedene Arten von Bindungsarten 42 Kräften Molekulares Bild der Aggregat Gravitation 20 zustände Trägheitskraft 22,, Zentripetalkraft 22 mechanische Eigenschatten von Statisches und dynamisches Gleich Homogene 47 gewicht von Schwerelosigkeit 23 Verformung von festen. unter dem von Dynamometer (Kraft einer gespannten Feder) Makroskopische mechanische Druck (Kraft auf eine Fläche) 24 Eigenschaften von Flüssigkeiten Drehmoment Grenzflächen Trägheitsmoment Hydrostatik Kräftepaar Kapillarität Hebel Druck in Flüssigkeiten Schwerpunkt Hydrodynamik Die Hebelwaage Die Kontinuitätsgleichung 61 Trautwein, Alfred Physik fã?r Mediziner, Biologen, Pharmazeuten 2014 digitalisiert durch: IDS Basel Bern

2 Zähe Flüssigkeiten Strömungsgesetze und Viskosität 63 kreislauf Laminare Strömung Nanotechnologie Turbulente Strömung 68 Mechanische Schwingungen und Wellen Schwingungen Wellen Teil I: Mechanische 6.1 Pendel als mechanisches Akustische 89 schwingungsfähiges System Ausbreitung von Schwingungen 6.2 Differentialgleichung der in Wellenfeldern 89 ungedämpften Schwingung Beschreibung von Wellenfeldern Gedämpfte Schwingungen Akustik Erzwungene Schwingungen Der Anharmonische Schwingungen 83 Gedämpfte Wellen Überlagerung von harmonischen Anharmonische Wellen: Schwingungen 83 Schallwellen als Beispiel Zerlegung anharmonischer Überlagerung von Wellen, gungen in harmonische Teilschwin- Interferenz 106 gungen 84 Das Huygens'sche Prinzip Schwebung 85 Wellen an der Grenzfläche zwischen,,, verschiedenen Medien Gekoppelte Pendel 85,,, Stehende Wellen gekoppelte Pendel 85,, Akustik von der Pendelkette zu M ausgedehnter Gehör beim Menschen Ultraschall 117 Wärmelehre 8. Wärme und Temperatur Zustandsänderungen Adiabatische Zustands- 8.2 Wärmeenergie/Wärmemenge 123 gleichungen Wärmekapazität 124 Zustandsgieichung von Gas- 8.4 Temperaturskalen Temperatur-Messgeräte Kinetische Gastheorie Ausdehnungsthermometer 126 Kinetische Energie und 128 Temperatur Freiheitsgrade und Gleichverteilungssatz Ideale Zustandsgrößen, Zustands Volumenarbeit 135 gleichung Wärmekapazität von Gasen 135

3 Inhalt IX 11. Reale Gase, Van der Zustandsgieichung Gehaltsangaben von Lösungen Echte Lösung, kolloidales System, 12. Hauptsätze der 138 grobe Dispersion Innere Energie Gesetz Der 1. Hauptsatz der Wärme Solvatation 148 lehre Diffusion Reversible und irreversible Osmose 149 Prozesse 139 Phasenübergänge Entropie Umwandlungswärmen Der 2. Hauptsatz der Wärme Lösungswärmen 152 lehre Reaktionswärmen Energiebilanz beim lebenden Orga Dampfdruck Dampfdruckerniedrigung,,.. Siedepunkterhöhung und Gefrier- 13. Eigenschaften..., von Stoffen Koexistenz von Phasen, 155 Phasengleichgewichte Thermische Ausdehnung Wärmeübergang, Wärmetransport 144 Elektrizitätslehre Elektrische und magnetische 14.7 Elektrostatisches Feld 170 Größen Kraftwirkung auf eine Ladung im 14.1 Vorbemerkung Arbeit und Energie im elektrischen 14.2 Ladung 159 Feld Ladungsmenge Kondensator und Kapazität Kraft zwischen elektrischen Kräfte auf einen Dipol im Ladungen 160 Feld Materie im Feld 175,.., Energieinhalt des elektrischen Definition der Spannung Spannungsquellen 162 und Pyroelektrizität Strom Magnetfeld Widerstand, Leitwert Feldstarke und magnetische Leiter, Nichtleiter Spezifischer spezifische..... auf einen magnetischen 165., r Dipol Lorentz-Kraft 182 von Leitern 166..,.. Induktionsvorgange Netzwerke Selbstinduktion Schaltbilder Energieinhalt des magnetischen Innenwiderstand einer Spannungs- Feldes 186 quelle Lenz'sche Regel rischen Stromes Gesetze 169 des Magnetfelder Körpers 187 des menschlichen

4 X Inhalt 14.9 Zeitabhängige Spannungen Entstehung von Spannungen an und Ströme 188 Grenzflächen Ausschaltvorgänge Summenpotentiale Ausschaltvorgang Mechanismen der Kondensator 188 leitung Ein- und Ausschaltvorgang bei der Stromleitung im Vakuum Stromleitung in Gasen Sinusförmige Wechselspannungen Stromleitung in Elektrolyten 212 und Wechselströme 190 Stromleitung in Festkörpern Dreiphasen-Spannung Halbleiterelektronik 221 Drehstrom Halbleiterdiode Nicht-sinusförmige Wechselspannungen, Transistor Feldeffekt-Transistor Wechselstrom-Kreise Elektrische Induktiver Widerstand Messgeräte 226 kapazitivem und induktivem Das 227 Widerstand Das Digital-Messgerät Resonanz-Schwingkreise Messung von Strom und Elektromagnetische Wellen 198 Spannung Wellen 201 (Oszillograph) und Bildschirm Ausbreitungsrichtung Analoge Ladungsmessung 236 tischer Wellen Messung von Wider Maxwell'sche Gleichungen 201 ständen Leistung des elektrischen Rauschen 237 Stroms 202 Technische elektrische Geräte Dynamo-Maschine Mikroskopische elektrische Vorgänge Transformator Biologische Potentiale Sender und Empfänger 241 Optik Optische Strahlung Absorption von Licht in 17.1 Einleitung 245 Atomen und Molekülen 17.2 Licht-Messgrößen 246 Absorption glühender 17.3 Strahlungsquellen Bohr'sches Atommodell Temperaturstrahlung und 17.5 Emission von Licht aus Ungleichgewicht 260 Atomen Thermische Emission und Absorp Kohärenz, spontane und induzierte Emission Das Emissionsspektrum der Fluoreszenz, Phosphoreszenz, Atome

5 Inhalt XI LASER (Light Amplification by Abbildung durch Spiegel 310 Emission of Radia Brechung 311 tion) Intensitäten von gebrochenem und Funktionsweise und Eigen- reflektiertem Strahl 312 schaffen Zerlegung von Licht in seine Spekt Laser in der Medizin 272 ralfarben mit Hilfe des Prismas Totalreflexion Wellen Teil II: Wellenoptik Optoelektronik Interferenz von Wellen Interferenzfähigkeit Anwendung der Interferenz: Abbildung durch brechende Die Holografie 280 Abbildungsgleichung für '. brechende Fläche elektromagnetischer Abbildungsgleichung Beugung an Spalten 281 Abbildungsgleichung für eine Das Beugungsgitter Beugung an kreisförmigen Blenden (Beugungsunschärfe) Abbildungsgleichung für ein Beugung Röntgen-Strahlen 287 System aus zwei Linsen Ausbreitung elektromagnetischer Kardinalelemente von dicken Wellen in Materie 288 Linsen und Linsensystemen Der Brechungsindex und das Konstruktion von Strahlen- Brechungsgesetz Das Absorptionsgesetz Optische Vergrößerung Der Zusammenhang zwischen Die Schärfentiefe Absorption und Dispersion 293 (Tiefenschärfe) und Doppel Abbildungsfehler 326 brechung Spannungsdoppelbrechung 294 Auge Optische Abbildung im Auge Spektralanalyse Gesetz Extinktion kolloidaler Systeme Polarisation elektromagnetischer Farbsehen 334 Wellen Vergrößerung bei Betrachtung mit Polarisationszustand 298 dem Auge Erzeugung und Untersuchung von linear polarisiertem Licht Einige abbildende und spektro Optische Aktivität und Faraday- skopische Instrumente Lupe Materiewellen Projektions-Apparate 337., 20.3 Lichtmikroskop Geometrische Lichtausbreitung Raster-Sonden-Mikroskopie Optische Symbole, Strahlengänge Fernrohr 350 und Bilder Adaptive Optik Reflexion und Brechung in der 20.7 Photometer 352 Geometrischen Optik Strahlungsmessgeräte Reflexion Die Kamera 357

6 XII Inhalt Atomkerne, Ionisierende Strahlung Atomkerne Kernspaltung und Kernfusion Elementarteilchen Künstliche Kernumwandlung, Aufbau der Atomkerne 360 Aktivierung Kernmagnetische Resonanz 362 Röntgen-Strahlen Radioaktivität Bremsstrahlung, charakteristische Kernumwandlungen 364 Strahlung Natürliche Radionuklide Erzeugung ultraharter Röntgen Zerfallsgesetz 369 Strahlung durch Teilchen Radioaktives Gleichgewicht 370 beschleuniger Wechselwirkung energiereicher Wechselwirkung von Röntgen- und dener Teilchen mit Materie 371 Gammastrahlung mit Materie Wechselwirkung von Neutronen mit Röntgenbildaufnahmen 390 Materie Dosimetrie Strahlungsdetektoren 373,, 21.5 Bemerkungen zum Strahlen Medizinische Anwendung von Radionukliden; techniken 377 Regelung, Steuerung, Informationsübertragung Regelung und Steuerung Computergestützte Informationsübertragung in der Medizin 399 Aufgaben und Lösungen 24.1 Aufgaben Lösungen 419 Anhang Mathematische Beschreibung physi Messfehler der Einzelgröße 446 kalischer Zusammenhänge Fehlerfortpflanzung Fehler einer Funktion 448 A.2 Fehlerabschätzung Signifikanz-Tests Größenordnungsmäßige Angabe von Messfehlern 443 A.3 Rechnen mit Vektoren Ursachen von Fehlern 444 A.4 Das Exponentialgesetz Fehler durch die Mess- A.5 Weitere mathematische apparatur 444 Beziehungen Fehler durch das Messobjekt 444 A.6 Einige Naturkonstanten Methoden der Fehler- A.7 Angelsächsisches A abschätzung 446 Einheitensystem. Register