Physik für Techniker

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1 Physik für Techniker Von Dr. Fritz Heywang Professor an der Fachhochschule Nürnberg Erwin Nucke Studiendirektor in Dortmund Jochen Timm Studiendirektor in Hamburg Walter Timm Oberstudienrat in Hamburg 21. Auflage Mit Versuchen, Aufgabenbeispielen und zahlreichen, z.t. zweifarbigen Abbildungen Handwerk und Technik * Hamburg HTH26

2 Inhalt 1 Mechanik fester Körper Physik - eine Naturwissenschaft Hinweise für physikalische und technische Erläuterungen sowie für Berechnungen Physikalische Größen Basisgrößen und Basiseinheiten Abgeleitete Größen Größengleichung Einheitengleichung Dezimale Teile und Vielfache von Einheiten Physikalische Größen und ihre Messung Länge, Fläche, Volumen Zeit Masse Dichte Bewegungslehre Gleichförmige, geradlinige Bewegung Ungleichförmige Bewegung Gleichförmige Drehbewegung Gleichmäßig beschleunigte Bewegung Gleichmäßig verzögerte Bewegung Freier Fall, Fallbeschleunigung Geschwindigkeit als Vektor Zusammengesetzte Geschwindigkeiten, Relativbewegung Wurf Kräfte Masse und Trägheitsgesetz Grundeigenschaften einer Kraft Grundgesetz der Dynamik Gewichtskraft Vektoreigenschaft und Darstellung einer Kraft Reibungskraft Gegenkraft und Gleichgewicht Mehrere in einem Punkt angreifende Kräfte Zerlegung einer Kraft Mehrere nicht in einem Punkt angreifende Kräfte Von der Beobachtung zum Gesetz - Arbeitsweise der Physik Federkraft und Hookesches Gesetz Drehmoment, Hebelgesetz, Hebelarten Drehmoment bei senkrecht angreifender Kraft Hebelgesetz Drehmoment bei schräg angreifender Kraft Drehmomentengleichung - Gleichgewicht am Hebel Wirkung einer Einzelkraft Wirkung eines Kräftepaares Hebelarten, Anwendung der Hebel Auflagerkräfte Schwerpunkt Gleichgewichtsarten, Standfestigkeit - Kippsicherheit Arbeit, Energie und Leistung Mechanische Arbeit Potentielle und kinetische Energie Satz von der Erhaltung der Energie Leistung Wirkungsgrad 80

3 1.8 Einfache und zusammengesetzte Maschinen Waagen Geneigte (schiefe) Ebene Keil Schraube Feste und lose Rolle Wellrad Räderwerke Flaschenzüge Ergänzung der Dynamik Newtonsche Axiome der Mechanik Impulssatz und Stoß Kräfte bei einer gleichförmigen Kreisbewegung Gravitation Gravitationsgesetz Wirkung der Gravitation Materialeigenschaften der festen Stoffe Teilbarkeit und molekularer Aufbau Kohäsion, Adhäsion und Härte Wirkungen äußerer Kräfte auf den inneren Aufbau fester Körper Druck Gleichgewicht bei Flüssigkeiten - Hydrostatik 2.1 Grundeigenschaften der Flüssigkeiten und daraus gezogene Folgerungen Grundeigenschaft und Gesetz der Druckausbreitung Hydrostatischer Druck Boden-, Seiten- und Aufdruckkraft Kommunizierende Gefäße Auftrieb in Flüssigkeiten und seine Anwendung Auftrieb Bestimmung des Volumens und der Dichte mit Hilfe des Auftriebs Sinken, Schweben und Schwimmen eines Körpers Kohäsion und Adhäsion bei Flüssigkeiten Gleichgewicht bei Gasen - Aerostatik 3.1 Allgemeine Eigenschaften der Gase Atmosphärendruck Größe des Atmosphärendruckes, Druckeinheiten und ihre Umrechnung Barometer Vakuum, Luftpumpen und Kompressoren Wirkungen und Anwendungen des Atmosphärendruckes Manometer Druck einer eingeschlossenen Gasmenge Auftrieb in Gasen Diffusion 143 5

4 4 Dynamik der Flüssigkeiten und Gase 4.1 Druck und Strömungsgeschwindigkeit bei Vernachlässigung der Reibung Vergleich der Strömung einer Flüssigkeit und eines Gases Zusammenhang zwischen Druck und Strömungsgeschwindigkeit (Gesetz von Bernoulli) Anwendungen der Kontinuitätsgleichung und des Bernoullischen Gesetzes Einfluß der Reibung auf die Strömung von Flüssigkeiten Innere Reibung und laminare Strömung Turbulenz und Strömungswiderstand Dynamischer Auftrieb und Anwendung auf die Luftfahrt Ausflußvorgänge Ausfluß aus Gefäßen Ausfluß aus Röhren Energie strömender Flüssigkeiten Wärmelehre 5.1 Temperatur und ihre Messung Temperatur und ihre Einheiten Flüssigkeitsthermometer Andere Temperaturmeßverfahren Wärmeausdehnung Ausdehnung fester Körper Ausdehnung von Flüssigkeiten Ausdehnung der Gase bei gleichbleibendem Druck Gleichzeitige Änderungen von Druck, Volumen und Temperatur bei Gasen Wärme als Energie Wärmemenge und erster Hauptsatz Mischungsversuche Wärmequellen Kinetische Theorie der Wärme Änderung des Aggregatzustandes Schmelzpunkt und Schmelzwärme Siedepunkt und Verdampfungswärme Naßdampf, gesättigter Dampf und Heißdampf Verflüssigung der Gase und kritischer Punkt Luftfeuchtigkeit Ausbreitung der Wärme Wärmeströmung oder -konvektion Wärmeleitung Wärmeübergang und Wärmedurchgang Wärmestrahlung Umwandlung von Wärme in mechanische Energie 193

5 6 Mechanische Schwingungen und Wellen 6.1 Schwingungen Entstehung von Schwingungen und ihre Eigenschaften Pendel Dämpfung und Resonanz Wellen Entstehung und Eigenschaft einer Welle Transversal- und Longitudinalwellen Ausbreitung linearer Wellen Ausbreitung von Wellenfronten Interferenz Schall Wesen und Eigenschaften des Schalls Stehende Schallwellen und Tonerreger Größen der Schallmessung Lärm und Lärmabwehr Nachhall und Raumakustik Wohlklang und Schallwahrnehmung Optik 7.1 Licht als Energieform Licht und seine Ausbreitung Größen und Einheiten der Optik und Beleuchtungstechnik Geometrische Optik Reflexion des Lichtes Abbildung mit Spiegeln Brechung des Lichtes (Refraktion) Abbildung durch brechende Flächen Optische Instrumente Licht als Wellenerscheinung Wesen des Lichtes Farben Elektrizitätslehre 8.1 Grunderscheinungen der Elektrizität Grunderscheinung des elektrischen Stromes Elektrische Ladung Wesen der Elektrizität Ruhende Ladungen und elektrisches Feld Wirkungen ruhender Ladungen Elektrisches Feld Elektrische Spannung Kondensatoren Elektrischer Stromkreis Elektrizitätsleitung in Metallen Ohmsches Gesetz Elektrischer Widerstand Reihen-, Parallel- und Gruppenschaltung von Verbrauchern Arbeit und Leistung des elektrischen Stromes 283 7

6 8.4 Stromdurchgang durch Flüssigkeiten, Gase und Halbleiter Chemische Wirkungen beim Stromdurchgang durch Elektrolyt^ Galvanische Spannungsquellen Stromdurchgang durch Gase Elektronenstrahlen Halbleiter Halbleitergleichrichter und Transistoren Magnetismus Erscheinungsformen des Magnetismus Größen des magnetischen Feldes Elektromagnetische Induktion Generatoren für Gleichstrom und Einphasenwechselstrom Drehstromgenerator Transformatoren Gewinnung mechanischer Arbeit aus elektrischer Energie Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld Elektromotoren Wechselstromlehre Selbstinduktion in einer Spule Induktiver Widerstand Kapazitiver Widerstand Leistung des Wechselstromes Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Elektromagnetische Schwingungen Entstehung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen Nachweis und Eigenschaften elektromagnetischer Wellen Umwandlung von Schallschwingungen in elektromagnetische Schwingungen Nachrichtenübertragung mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen Überblick über die elektromagnetischen Wellen Atom- und Kernphysik 9.1 Atomphysik Masse und Größe der Atome Atomkern und Elektronenhülle Bau der Elektronenhülle Bindung der Atome zu Molekülen und Festkörpern Kernphysik Radioaktivität Bau der Atomkerne Kernreaktionen Atomkernenergie Radioaktive Isotope und Strahlungsgefahren 351 Verwendete Formelzeichen und Einheiten 353 Lösungen der Aufgaben 354 Sachwortverzeichnis 357 Bildquellenverzeichnis 359 Bedeutende Physiker 360