Vorwort Wie benutze ich... dieses Buch? I Klassische Mechanik

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1 Inhaltsverzeichnis Vorwort Wie benutze ich... dieses Buch? I Klassische Mechanik v xv l 1 Grundlagen Einheiten, Größenordnungen, Zahlenwerte Impuls Kraft und die Newton'schen Gesetze 10 Aufgaben 17 Lösungen 19 2 Translationsbewegung Superposition Ort und Zeit Konstante Bewegung, Durchschnittsgeschwindigkeit Gleichmäßig beschleunigte Bewegung 30 Aufgaben 35 Lösungen 36 3 Kräfte und Bewegung im Kraftfeld Schwerkraft Kräfteparallelogramme Reibung Schiefe Ebene Der schiefe Wurf Scheinkräfte 58 Aufgaben 61 Lösungen 62 4 Energie und Arbeit Der Begriff der Energie Potenziale und Kraftfelder Energieerhaltung Arbeit Leistung 75 Aufgaben 78 Lösungen 80 5 Der Stoß Der elastische Stoß Der inelastische Stoß Weiterführendes 90

2 X Inhaltsverzeichnis Aufgaben 92 Lösungen 94 6 Physik ausgedehnter Körper und Rotation Kreisbewegung von Massepunkten Schwerpunkt und kontinuierliche Massenverteilung Hebel, Drehmoment Rotationsbewegung und Drehimpuls Elastische Verformung 113 Aufgaben 116 Lösungen Schwingungen und Wellen Der harmonische Oszillator Gedämpfte und erzwungene Schwingungen, Resonanz Schwingungen to go: Wellen Schall 141 Aufgaben 159 Lösungen Physik der Fluide: Hydrostatik und -dynamik Hydrostatische Eigenschaften Statischer Auftrieb Kohäsion und Adhäsion Strömungen 179 Aufgaben 195 Lösungen Spezielle Relativitätstheorie Einführung Zeitdilatation und Längenkontraktion Weiterführendes 207 Aufgaben 211 Lösungen 212 II Thermodynamik Temperatur und Wärme Temperatur und Energie Wärmeausdehnung Wärmeleitung Wärmekapazität Aggregatzustände, Phasenübergänge und Phasendiagramme 239 Aufgaben 248 Lösungen 249

3 Inhaltsverzeichnis xi 11 Gase Zustandsgrößen Zustandsgieichungen des idealen Gases Entropie und Reversibilität 261 Aufgaben 269 Lösungen Zustandsänderungen und Kreisprozesse Zustandsänderungen Kreisprozesse I: Carnot-Prozess Kreisprozesse II: Reale Prozesse 289 Aufgaben 294 Lösungen Kinetische Gastheorie Teilchenbewegung Freiheitsgrade 306 Aufgaben 312 Lösungen 312 III Elektrizität und Magnetismus Elektrostatik Das elektrische Feld Das elektrische Potenzial Die Kapazität und der Kondensator Dielektrika Schaltungen 346 Aufgaben 355 Lösungen Elektrodynamik Der elektrische Strom Der elektrische Widerstand Der elektrische Stromkreis 371 Aufgaben 388 Lösungen Magnetismus Das magnetische Feld Die Lorentz-Kraft Magnetismus in Materie Die magnetische Induktion Wechselstrom - Elektrodynamik Revisited 425 Aufgaben 444

4 xii Inhaltsverzeichnis Lösungen Elektromagnetische Wellen Der Hertz'sche Dipol Eigenschaften elektromagnetischer Wellen Das elektromagnetische Spektrum 465 Aufgaben 471 Lösungen 471 IV Optik Geometrische Optik Das Fermat'sche Prinip Reflexion Brechung Optische Abbildungen 482 Aufgaben 505 Lösungen Welleneigenschaften des Lichts Dispersion Streuung Polarisation Interferenz Das Huygens'sche Prinzip 535 Aufgaben 541 Lösungen Beugung an Spalt und Gitter Der Doppelspalt Der Einzelspalt Das optische Gitter 552 Aufgaben 555 Lösungen Das Lichtmikroskop Aufbau Funktionsweise Beugungsphänomene bei starker Vergrößerung 563 Aufgaben 568 Lösungen 569 V Moderne Physik Quantenmechanik Grundbegriffe 574

5 Inhaltsverzeichnis xiii 22.2 Grundexperimente Materiewellen 593 Aufgaben 598 Lösungen Atom- und Molekülphysik Das Bohr'sche Atommodell Elektronenwolken und der Teilchenspin Atome mit mehr als einem Elektron Atomspektroskopie Molekülphysik 627 Aufgaben 636 Lösungen Kernphysik Nuklide Radioaktivität und Strahlung 643 Aufgaben 654 Lösungen Festkörperphysik Das Festkörpergitter Halbleiter und Supraleiter 666 Aufgaben 672 Lösungen 672 VI Das physikalische Praktikum Grundlagen Einführung Messfehler Mittelwert, Standardabweichung und die Gauß-Verteilung Fehlerrechnung Diagramme Beispielversuch: Messung der Elementarladung Versuchsbeschreibung Vorbereitung und Einleitung Durchführung Auswertung Diskussion 720 VII Anhang 723 M Mathematischer Anhang 725 M.l Wichtige Merkregeln 726

6 xiv Inhaltsverzeichnis M.2 Skalare, Vektoren und Tensoren 732 M.3 Die Ableitung - an der Uni mal anders 737 M.4 Das leidige Thema des Integrierens 748 M.5 Periodische Funktionen und komplexe Zahlen 751 M.6 Differenzialgleichungen 757 M.6.1 Klassifizierung 757 M.6.2 Lösungsmethoden 758 M.7 Die Taylor-Approximation 763 Index 765