Physik mit einer Prise Mathe

Transkript

1 Rainer Dohlus Physik mit einer Prise Mathe Basiswissen für Studierende technischer Fachrichtungen 4 } Springer Vieweg

2 egal aber 1 Mechanik 1 11 Wie es sich bewegt warum Zwei unmittelbar im Alltag erlebbare Größen: Entfernung und Zeit Wenn es nur geradeaus geht Geschwindigkeiten können addiert werden Eine geradlinige Bewegung ungleichförmig Nicht immer, aber häufig der Fall: Die geradlinige Bewegung mit konstanter Beschleunigung Wenn eine Masse auf Kurvenfahrt geht Aufgaben Warum es sich bewegt Ohne Kraft keine Beschleunigung Wenn sich trotz Kraftwirkung gar nichts tut: das Gleichgewicht 123 Das zweite Newtonsche Axiom und die Sache mit der Reibung Was es noch so für Kräfte gibt Noch einige Bemerkungen zur Trägheit Einiges bleibt unverändert: die Erhaltungssätze Die gespeicherte Arbeit Da ist noch die Reibung Geht vielleicht doch Energie verloren? Kurz, aber heftig: der Kraftstoß Was es so für Stöße gibt einige Spezialfälle Nun endlich: die exakte Definition des Schwerpunktes Von fundamentaler Bedeutung in der Physik: der Feldbegriff Zunächst noch ein Wort zur Schwerebeschleunigung Ein schweres Feld Aufgaben Nun geht's rund: Drehbewegungen Wenn der Weg zum Winkel wird: Grundgrößen der Drehbewegung Das Wichtigste: die Drehachse Zentrifugalkraft und Zentripetalkraft oder ist das nicht das Gleiche? Die Sache mit der kinetischen Energie bei der Rotation 74 IX

3 zwei X 155 Und wenn es sich nun doch nicht um eine Schwerpunktsachse dreht t * 0> und warum? 80 at 157 Wenn es sich nicht bewegen soll: die Probleme mit der Statik Auch ein Sekundenzeiger arbeitet und leistet etwas Etwas bleibt auch bei der Drehung immer erhalten! Eine weitere Scheinkraft: die Corioliskraft Fluch oder Segen: Unwuchten in der Technik Aufgaben 97 2 Thermodynamik Wenn ein Körper die Form verliert: Einiges über Fluide Die Bewegung des Formlosen: die Strömung Wenn ein Rohr dicht ist, geht nichts verloren Drücke und nichts als Drücke Wenn die Strömung nicht ideal ist Wenn Körper umströmt werden Warum es kein Perpetuum Mobile zweiter Art gibt Temperatur und Volumen unzertrennliche Freunde Wie ist das mit dem Energiesatz in der Wärmelehre Keine Zustandsänderung ohne Energieaustausch Nun endlich: die Wirkungsgrade der Wärmekraftmaschinen Wirkungsgrad 100 % schön wär's Sehr merkwürdig: die Entropie Wenn aus Festkörpern Flüssigkeiten und aus Flüssigkeiten Gase werden Aufgaben Schwingungen und Wellen Wenn man nach kurzer Zeit wieder am Anfang steht: periodische Bewegung Wann schwingt etwas harmonisch? Schon realistischer: das physikalische Pendel Die Schwingung und der Energiesatz Noch realistischer: Berücksichtigung der Dämpfung Gewollt oder ungewollt: Oszillator mit fremder" Erregung Wenn viele Oszillatoren zusammenwirken: Wellen Was man weiß, was man wissen sollte zu Wellenerscheinungen Die Sache mit dem Energietransport Echos gibt es nicht nur in den Bergen: die Reflexion von Wellen 324 Ein Zugeständnis an die Eigenheiten des menschlichen Gehörs: 182 die Schallpegel 184

4 423 Von der Schwierigkeit, eine Ladung im Magnetfeld zu bewegen Die XI db + 50 db = 100 db, oder nicht? db + 50 db kann auch Null ergeben Interferenz Emittierte Tonhöhe und wahrgenommene Tonhöhe sind unterschiedlich? Wenn die Schallquelle ihren eigenen Schall überholt Aufgaben Elektrizität Die Ladung, das Feld und was daraus folgt Ein Strom von Ladungen Was die Elektronen antreibt: die Coulombkraft Zwei etwas abstraktere Größen: elektrisches Feld und Potential Was den Strom begrenzt: der elektrische Widerstand Ein Netzwerk aus Spannungsquellen und Widerständen Elektrische Ladungen als Quellen und Senken des elektrischen Feldes Ein Speicher für Ladungen: der Plattenkondensator Im elektrischen Feld steckt Energie Aufgaben Der Strom, das Feld und was daraus folgt Der stromführende Draht und was ihn umgibt Wenn der Strom im Kreis herum fließt 231 und was die magnetischen Eigenschaften von Materie damit zu tun haben Wie Strom auch im Großen die Dinge bewegt Kann man Magnetfelder messen? Einen Fluss gibt's auch beim Magnetfeld Aufgaben Was zeitliche Änderungen der Felder bewirken Wie man außer mit Batterien noch Strom machen kann Effizienter als einphasiger Wechselstrom: Drehstrom Wie eine Spule beim Einschalten ihren eigenen Strom begrenzt Auch im Magnetfeld steckt Energie Wenn Strom und Spannung nicht mehr synchron sind: Kapazitäten und Induktivitäten in der Wechselstromtechnik Was leistet eigentlich ein Wechselstromkreis? Widerstände können komplex sein Viel Wirbel bei den Feldern: elektromagnetische Wellen Die Welle und ihre Energie Aufgaben 279

5 und XII 5 Optik Von der Welle zum Strahl Spieglein, Spieglein an der Wand Licht lässt sich brechen Gebrochenes Licht und trotzdem schöne Bilder Geräte, die die Grenzen menschlichen Sehens erweitern nun doch wieder zurück zur Welle Also kann man mit dem Mikroskop auch Atome sehen? Licht + = Licht Dunkelheit? Ein Gitter, um Licht zu zerlegen Aufgaben Lösungen Lösungen zu den Aufgaben Abschn 11 (Kinematik) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 12 bis 14 (Kräfte, Energie, Impuls) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 15 (Drehbewegungen) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 21 bis 22 (Thermodynamik) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 31 bis 32 (Schwingungen und Wellen) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 41 (Elektrische Felder) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 42 (Magnetische Felder) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 43 (Zeitabhängige Felder) Lösungen zu den Aufgaben Abschn 51 bis 52 (Optik) 364 Sachverzeichnis 369