P. Deus/W. Stolz. Physik in Übungsaufgaben

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1 P. Deus/W. Stolz Physik in Übungsaufgaben

2 Physik in Ubu ngsaufgaben Von Dr. rer. nat. Peter Deus Freiberg Prof. Dr. rer. nat. Werner Stolz Technische Universität Bergakademie Freiberg B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart. Leipzig 1994

3 Hochschuldozent Dr. rer. nat. Peter Deus Geboren 1938 in Jena. Ab 1956 Physikstudium in Jena. Diplom Von 1961 bis 1964 wissenschaftlicher Mitarbeiter bei earl Zeiss Jena. Von 1964 bis 1988 wissenschaftlicher Assistent an der Bergakademie Freiberg. Promotion Habilitation in Freiberg. Von 1988 bis 1992 Hochschuldozent am Fachbereich Physik der TU Bergakademie Freiberg. Prof. Dr. rer. nat. Werner Stolz Geboren 1934 in Reichenberg/Nordböhmen. Ab 1954 Physikstudium in Leipzig. Diplom Promotion Von 1960 bis 1969 wissenschaftlicher Assistent, anschließend bis 1978 Hochschuldozent für Experimentalphysik an der Technischen Universität Dresden Habilitation in Dresden. Seit 1978 o. Professor für Angewandte Physik an der TU Bergakademie Freiberg. Direktor des Instituts für Angewandte Physik. Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Deus, Peter: Physik in Übungsaufgaben I von Peter Deus und Werner Stolz. - Stuttgart ; Leipzig: Teubner, 1994 ISBN DOI / NE: Stolz, Werner: ISBN (ebook) Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt besonders für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1994 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1994 Satz und Druck: Druckerei "G. W. Leibniz" GmbH, Gräfenhainichen Umschlaggestaltung : E. Kretschmer, Leipzig

4 Vorwort Die vorliegende Sammlung von Fragen und Aufgaben ist das Ergebnis von Übungen zur Experimentalphysik, die über viele Jahre hinweg an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften gehalten wurden. Sie berührt alle Gebiete der Physik und dient der Festigung und Vertiefung des in den Vorlesungen gebotenen Stoffes. Durch diese Übungen soll das Selbststudium angeregt und eine Anleitung zur effektiven Vorbereitung auf das Physikexamen im Rahmen des Vordiploms gegeben werden. Am Anfang jedes Übungskomplexes informieren Stichworte über die jeweiligen thematischen Schwerpunkte. Die wichtigsten physikalischen Formeln sind ebenfalls vorangestellt. Es schließen sich jeweils etwa zehn Prüfungsfragen und zehn Aufgaben an, wobei innerhalb dieser Abschnitte in der Regel der Schwierigkeitsgrad steigt. Der letzte Teil enthält zu allen 1100 Fragen und Aufgaben knappe Antworten und Lösungshinweise. Bei einfachen Aufgaben wird nur das Ergebnis genannt. Der Student hat somit die Möglichkeit, durch ein gezielt es Studium der einschlägigen Lehrbuchliteratur das Wissen zu vertiefen sowie sich selbst zu kontrollieren. Für alle physikalischen Größen werden die von der IUPAP empfohlenen Formelzeichen verwendet. Durchgehend findet das Internationale Einheitensystem (SI) Berücksichtigung. Herr Dr. Peter Kirsten hat das Manuskript durchgesehen. Für Korrekturen und Vorschläge zur Verbesserung gebührt ihm besonderer Dank. Weitere Vorschläge und Hinweise zur Vervollkommnung des Buches sind den Autoren jederzeit willkommen. Sehr herzlich danken wir Frau Andrea Heinrich für die Bewältigung der mühevollen Schreibarbeiten sowie Frau Margitta Pawlik für die sorgf"altige Anfertigung aller Zeichnungen. Der B.G. Teubner Verlagsgesellschaft sprechen wir für die verständnisvolle Zusammenarbeit unseren Dank aus. Freiberg, November 1993 Peter Deus Werner Stolz

5 Inhalt Mechanik Geradlinige Bewegung Kreisbewegung Uberlagerung von Bewegungen N ewtonsche Axiome Arbeit, Energie, Leistung Impuls Träge und schwere Masse, Gravitation Trägheitskräfte Reibung Ruhende Fluide Strömende Fluide Dynamik der Rotationsbewegung Drehimpuls Freie ungedämpfte mechanische Schwingungen Gedämpfte und erzwungene mechanische Schwingungen Überlagerung harmonischer Schwingungen Mechanische Wellen Relativistische Mechanik Thermodynamik Temperatur und Wärme... Kinetische Gastheorie.... Zustandsänderung der Gase. Hauptsätze der Thermodynamik Kreisprozesse.... Wärmeübertragung '

6 8 Inhalt S Elektrizität und Magnetismus Elektrisches Feld im Vakuum.... Leiter und Nichtleiter im elektrischen Feld.. Geladene Teilchen im elektrischen Feld Ohmsches Gesetz, elektrischer Widerstand Kirchhoffsche Gesetze Arbeit und Leistung elektrischer Ströme Magnetisches Feld im Vakuum Materie im Magnetfeld Bewegte Ladungsträger im Magnetfeld Elektromagnetische Induktion Wechselstrom Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Optik Reflexion und Brechung Abbildung durch Linsen Auge und optische Instrumente Interferenz und Beugung Polarisation und Doppelbrechung Photonenstrahlung Materiewellen Photometrie, Strahlungsgesetze Atom- und Kernphysik 1 Tl 5.1 Atomhülle Atomkern Radioaktivität Kernreaktionen Ionisierende Strahlung Elementarteilchen

7 Inhalt festkörperphysik Kristallgitter... Elastische Deformation fester Körper. Gitterschwingungen.... Elektrische Leitfähigkeit in Metallen Halbleiter Lösungen Mechanik.... Geradlinige Bewegung Kreisbewegung... Überlagerung von Bewegungen. Newtonsche Axiome... Arbeit, Energie, Leistung.... Impuls.... Träge und schwere Masse, Gravitation Trägheitskräfte.. Reibung.... Ruhende Fluide Strömende Fluide.... Dynamik der Rotationsbewegung... Drehimpuls Freie ungedämpfte mechanische Schwingungen. Gedämpfte und erzwungene mechanische Schwingungen Überlagerung harmonischer Schwingungen Mechanische Wellen Relativistische Mechanik.... Thermodynamik Temperatur und Wärme..... Kinetische Gastheorie Zustandsänderung der Gase... Hauptsätze der Thermodynamik Kreisprozesse Wärmeübertragung.... Elektrizität und Magnetismus.. Elektrisches Feld im Vakuum Leiter und Nichtleiter im elektrischen Feld. Geladene Teilchen im elektrischen Feld

8 10 Inhalt Ohmsches Gesetz, elektrischer Widerstand. Kirchhoffsche Gesetze Arbeit und Leistung elektrischer Ströme. Magnetisches Feld im Vakuum.... Materie im Magnetfeld Bewegte Ladungsträger im Magnetfeld.. Elektromagnetische Induktion Wechselstrom Elektromagnetische Schwingungen und Wellen. Optik.... Reflexion und Brechung Abbildung durch Linsen.... Auge und optische Instrumente.... Interferenz und Beugung Polarisation und Doppelbrechung. Photonenstrahlung Materiewellen Photometrie, Strahlungsgesetze. Atom- und Kernphysik.. Atomhülle... Atomkern.... Radioaktivität Kernreaktionen. Ionisierende Strahlung Elementarteilchen Festkörperphysik Kristallgitter Elastische Deformation fester Körper. Gitterschwingungen.... Elektrische Leitfähigkeit in Metallen Halbleiter Physikalische Konstanten Astronomische Daten Sachverzeichnis