Inhaltsverzeichnis. Inhalt. Vorbemerkung Einleitung

Transkript

1 Inhalt Inhaltsverzeichnis Vorbemerkung Einleitung 1.1 Gegenstand der Physik Teilgebiete der Physik Maßsysteme, Einheiten und physikalische Größen Grober Überblick über die Entstehung des Messwesens und der Maßsysteme Die Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems SI Physikalische Größen Übungsaufgaben Fragen zur Wiederholung des Stoffes Umgang mit Einheiten-Präfixen Besondere Einheiten Umrechnung zusammengesetzter Einheiten Größenordnungen Auswertung von Messungen 2.1 Ursachen von Messungenauigkeiten Statistische Kenngrößen Allgemeine Definitionen Beispiel für die statistische Auswertung von Messungen Hinweise zur Ergebnisangabe Fehlerfortpflanzung Fehlerfortpflanzung für Potenzfunktionen Fehlerfortpflanzung für Linearkombinationen Kombinationen aus Potenzfunktionen und Linearkombinationen Fehlerfortpflanzung für Exponentialfunktionen und Logarithmen Regression Lineare Regression Polynomiale Regression Potenzgesetze und Logarithmische Auftragung Exponentialfunktionen und einfach-logarithmische Auftragungen Tabellarischer Überblick über wichtige Auftragungsarten Englische Fachbegriffe Übungsaufgaben Wiederholungsfragen Fehlerfortpflanzung am Beispiel der Bestimmung der Erdbeschleunigung... 58

2 4 Physik Fehlerfortpflanzung am Beispiel der Bestimmung der Dichte Fehlerfortpflanzung am Beispiel der Bestimmung des spezifischen Widerstands Wirkungsgrad eines Wasserkochers Regression zur Bestimmung der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Signalen auf einem Kabel Regression zur Bestimmung der Kabeldämpfung Zusammenhang zwischen Umlaufzeit und Bahnradien von Satelliten Kinematik 3.1 Zeitmessung und Zeitnormale Methoden der Längen- und Positionsbestimmung Längenmessung Methoden der Positionsbestimmung Koordinatensysteme Kenngrößen der eindimensionalen Bewegung Weg-Zeit-Diagramme Geschwindigkeit Beschleunigung Einfache Bewegungsformen in einer Dimension Gleichmäßige Geschwindigkeit Gleichmäßige Beschleunigung Exponentiell abklingende Beschleunigung Schwingungen Harmonische Schwingungen Überlagerung harmonischer Schwingungen mit Vielfachen der Grundfrequenz Überlagerung von Schwingungen mit geringem Frequenzunterschied Gekoppelte Schwingungen Gedämpfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen und Resonanz Bewegungen in zwei und drei Dimensionen Kenngrößen Wurfparabel Rotationen und Kreisbewegungen Zusammenhang: Schwingung Kreisbewegung Übersicht über wichtige Bewegungsformen Grundzüge der Wellenlehre Englische Fachbegriffe Übungsaufgaben Fragen zur Wiederholung des Stoffes Geografische Koordinaten

3 Inhalt Trilateration Bewegung eines ICEs Hammerwerfer Ungedämpftes Fadenpendel Gedämpfter Schwingkreis Waschmaschine CD-Spieler Wellenlängen und Frequenzen Bahnkurven Mechanik 4.1 Masse und Impuls Masse Massenmittelpunkt Impuls Impulserhaltung Die Newtonschen Gesetze Beispiele für Kräfte und Bewegung Fundamentale Kräfte in der Physik Gravitation Das Newtonsche Gravitationsgesetz Das Gravitationsfeld der Erde Planeten- und Satellitenbewegung Gravitation in der Nähe der Erdoberfläche Elektrische und magnetische Kräfte Ein geschichtlicher Überblick Elektrostatische Anziehungskraft Magnetische Kräfte Druck, Schweredruck und Auftrieb Druckdefinition Kompressibilität Schweredruck in (annähernd) inkompressiblen Flüssigkeiten Auftrieb Luftdruck Reibungskräfte Reibung zwischen Festkörpern Reibung in Flüssigkeiten und Gasen Elastische Kräfte Mechanik des starren Körpers Das Drehmoment Das Trägheitsmoment Der Drehimpuls Drehimpuls und magnetisches Moment Vergleich zwischen Translation und Rotation

4 6 Physik Englische Fachbegriffe Übungsaufgaben Fragen zur Wiederholung des Stoffes Kräfte und deren Richtung Satelliten Vereinfachtes Modell des Wasserstoff-Atoms Elektrische und magnetische Felder Drucke Bremswege Skispringer Fahrradfahrer Windlast bei einer Antenne Spiralfedern und Schwingungen Trägheitsmomente und Drehimpulse Antenne auf Stativ Wasser-Molekül Arbeit, Energie und Leistung 5.1 Einleitung Mechanische Beispiele für Arbeit, Energie und Leistung sowie elektrische Entsprechungen Hubarbeit Elektrische Arbeit und Leistung: Ladungstransport im Plattenkondensator Arbeit gegen Reibung Heben auf einer schiefen Ebene Arbeit beim Dehnen einer Feder Arbeit im Gravitationsfeld und elektrischen Feld einer Punktladung Beschleunigungsarbeit und kinetische Energie Windenergie Das Potenzial und der Erhaltungssatz zur mechanischen Energie Energieerhaltung beim freien Fall Energieerhaltung bei harmonischen Schwingungen Allgemeine Definition der Arbeit und des Potenzials Beispiel für Potenziale Erhaltungssatz für mechanische Energie Elastischer Stoß Wärmeenergie Gase Zustandsgleichung idealer Gase Kinetische Gastheorie Gleichverteilungssatz Spezifische Wärmekapazität von Gasen

5 Inhalt Wärmeenergie von Elektronen in Bauelementen Rauschen Wärmekapazität von Festkörpern und Flüssigkeiten Phasenübergänge Wärmekraftmaschinen Mechanismen der Wärmeübertragung Weitere Energieformen und der allgemeine Energieerhaltungssatz Chemische Energie Kernenergie Energie elektromagnetischer Strahlung Energieformen und der allgemeine Energieerhaltungssatz Statistiken zur Energieerzeugung und zum Energieverbrauch Englische Fachbegriffe Übungsaufgaben Fragen zur Wiederholung des Stoffes Energie und Leistung bei einer Bergetappe Leistung bei der mobilen Kommunikation Wasserkraftwerk PKW-Leistung Energie bei Federschwingungen Gravitationspotential und Satelliten Windkraft Energie und Stoßprozesse Wasserdampf Heizung Solarkraftanlage Aufbau der Materie 6.1 Ein historischer Überblick Genereller Aufbau der Materie Überblick Zusammensetzung von Atomen und Atomkernen Atome und Moleküle in makroskopischen Körpern Unzulänglichkeiten der Mechanik und Elektrodynamik im atomaren Bereich Der äußere Foto-Effekt Der Compton-Effekt Einfache Atommodelle Welleneigenschaften atomarer Teilchen Quantenmechanik und Wahrscheinlichkeiten Beispiele für die Anwendung der Wellenmechanik Diskrete Energieniveaus im Potenzialtopf Diskrete Energieniveaus beim harmonischen Oszillator Wasserstoff-Atom Der Tunnel-Effekt

6 8 Physik Atomare Drehimpulse und Magnetismus Drehimpulse und magnetische Momente Quantenzahlen beim Bahndrehimpuls Bahndrehimpulse und Molekülrotationen Der Spin Das Pauli-Prinzip Spin-Resonanz Magnetische Eigenschaften von Substanzen Paramagnetismus Diamagnetismus Ferromagnetismus Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus Spintronik Atombau und Struktur der Elektronenhülle Das Periodensystem der Elemente Quantenzahlen beim Wasserstoffatom Energieniveaus bei anderen Elementen Moleküle und Festkörper Chemische Bindung Ionenbindung Kovalente Bindung Metallische Bindung Dipol-Bindungen Energiebänder in Festkörpern und die elektrische Leitfähigkeit Übungsaufgaben Fragen zur Wiederholung des Stoffes Atomabstände und Dichten Energieniveaus beim Laser Rotation von Stickstoff-Molekülen Spin-Resonanz Wasserstoff-Spektrum Chemische Verbindungen Anhang A: Lösungen zu den Übungsaufgaben A.1 Lösungen zu den Übungsaufgaben zu Kapitel A.2 Lösungen zu den Übungsaufgaben zu Kapitel A.3 Lösungen zu den Übungsaufgaben zu Kapitel A.4 Lösungen zu den Übungsaufgaben zu Kapitel A.5 Lösungen zu den Übungsaufgaben zu Kapitel A.6 Lösungen zu den Übungsaufgaben zu Kapitel Anhang B: Wichtige physikalische Konstanten Anhang C: Ergänzende Literatur