Messung und Maßeinheiten Kraft und Bewegung I Geradlinige Bewegung Kraft und Bewegung II Vektoren Kinetische Energie und Arbeit

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1 1 Messung und Maßeinheiten 1.1 GrundsätzlicheszuMessungen Zeit Masse Zusammenfassung Aufgaben Geradlinige Bewegung 2.1 Ort, Verschiebung und mittlere Geschwindigkeit Momentangeschwindigkeit Beschleunigung KonstanteBeschleunigung DerfreieFall Zusammenfassung Fragen Aufgaben Vektoren 3.1 VektorenundihreEigenschaften EinheitsvektorenundVektoraddition DieMultiplikationvonVektoren Felder PartielleAbleitungen Vektorableitungen KomplexeZahlenundFunktionen Zusammenfassung Fragen Aufgaben Bewegung in zwei und drei Dimensionen 4.1 OrtundVerschiebung Durchschnittsgeschwindigkeit undmomentangeschwindigkeit Durchschnittsbeschleunigung undmomentanbeschleunigung Wurfbewegungen DiegleichförmigeKreisbewegung RelativbewegungineinerDimension Relativbewegung in zwei Dimensionen Zusammenfassung Fragen Aufgaben Kraft und Bewegung I 5.1 DasersteunddaszweiteNewtonsche Gesetz EinigebesondereKräfte Die Newtonschen Gesetze in der Praxis Zusammenfassung Fragen Aufgaben Kraft und Bewegung II 6.1 Reibung Strömungswiderstand undendgeschwindigkeit GleichförmigeKreisbewegung Scheinkräfte Zusammenfassung Fragen Aufgaben Kinetische Energie und Arbeit 7.1 Energie ArbeitundkinetischeEnergie Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit Von einer Federkraft verrichtete Arbeit Von einer allgemeinen veränderlichen KraftverrichteteArbeit Leistung Zusammenfassung Fragen Aufgaben

2 8 Potenzielle Energie und Energieerhaltung 8.1 PotenzielleEnergie Der Energieerhaltungssatz der Mechanik Grafische Darstellung der potenziellen Energie Von einer äußeren Kraft an einem SystemverrichteteArbeit Energieerhaltung Zusammenfassung Fragen Aufgaben Systeme von Teilchen 9.1 DerSchwerpunkt Das zweite Newtonsche Gesetz füreinteilchensystem DerImpuls Stoßprozesse:DerKraftstoß DieImpulserhaltung InelastischeeindimensionaleStöße ElastischeeindimensionaleStöße ZweidimensionaleStöße Systeme mit veränderlicher Masse: EineRakete Äußere Kräfte und Änderungen derinnerenenergie Zusammenfassung Fragen Aufgaben Die Rotation ausgedehnter Körper 10.1 DieVariablenderRotation Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung Beziehungen zwischen den Variablen fürlinearebewegungundrotation DiekinetischeEnergiederRotation Die Berechnung des Trägheitsmoments DasDrehmoment Das zweite Newtonsche Gesetz fürdierotation Arbeit und kinetische Energie derrotation Zusammenfassung Fragen Aufgaben Rollbewegung, Drehmoment und Drehimpuls 11.1 DieRollbewegung Kräfte und die kinetische Energie derrollbewegung DasJo-Jo Eine erweiterte Definition desdrehmoments DerDrehimpuls Das zweite Newtonsche Gesetz inwinkelschreibweise DerDrehimpulseinesstarrenKörpers DieErhaltungdesDrehimpulses DiePräzessioneinesKreisels Zusammenfassung Fragen Aufgaben Gleichgewicht und Elastizität 12.1 Gleichgewicht BeispielefürstatischeGleichgewichte Elastizität Zusammenfassung Fragen Aufgaben Gravitation 13.1 DasNewtonscheGravitationsgesetz Gravitation und das Superpositionsprinzip Die Gravitation in der Nähe dererdoberfläche DieGravitationinnerhalbderErde Die potenzielle Energie der Gravitation Planeten und Satelliten: DieKeplerschenGesetze Satelliten:UmlaufbahnenundEnergie EinsteinunddieGravitation Zusammenfassung Fragen Aufgaben Fluide 14.1 Fluide,DichteundDruck RuhendeFluide Druckmessung DasPascalschePrinzip DasarchimedischePrinzip DieKontinuitätsgleichung DieBernoulli-Gleichung Zusammenfassung Fragen Aufgaben Schwingungen 15.1 HarmonischeSchwingungen VIII

3 15.2 Die Energie einer harmonischen Schwingung DasTorsionspendel PendelundKreisbewegungen Gedämpfte harmonische Schwingungen Erzwungene Schwingungen undresonanz DasFoucaultschePendel Zusammenfassung Fragen Aufgaben Wellen I 16.1 Transversalwellen Die Wellengeschwindigkeit eines gespanntenseils Energie und Leistung einer sich ausbreitendenseilwelle DieWellengleichung DieInterferenzvonWellen DarstellungvonWellendurchZeiger StehendeWellenundResonanz Zusammenfassung Fragen Aufgaben Wellen II 17.1 DieSchallgeschwindigkeit DieAusbreitungvonSchallwellen Interferenz SchallintensitätundSchallpegel MusikalischeTöne Schwebungen Der Doppler-Effekt Überschallgeschwindigkeit undstoßwellen Zusammenfassung Fragen Aufgaben Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik 18.1 Temperatur DieCelsius-unddieFahrenheit-Skala Wärmeausdehnung DieAbsorptionvonWärme Der erste Hauptsatz derthermodynamik Mechanismen der Wärmeübertragung Zusammenfassung Fragen Aufgaben Inhaltsverzeichnis 19 Die kinetische Gastheorie 19.1 EinneuerBlickaufGase IdealeGase Druck, Temperatur und gemittelte Geschwindigkeiten KinetischeTranslationsenergie DiemittlerefreieWeglänge Die Verteilungsfunktion dermolekülgeschwindigkeiten Die molare Wärmekapazität idealer Gase Freiheitsgrade und molare Wärmekapazität Die adiabatische Expansion einesidealengases RealeGase Zusammenfassung Fragen Aufgaben Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 20.1 Entropie Entropie in Aktion: ThermodynamischeMaschinen KältemaschinenundrealeMaschinen Eine statistische Interpretation derentropie Zusammenfassung Fragen Aufgaben Elektrische Ladung 21.1 Elektromagnetismus DieelektrischeLadungistquantisiert Die elektrische Ladung ist eine Erhaltungsgröße Zusammenfassung Fragen Aufgaben Elektrische Felder 22.1 DaselektrischeFeld Das elektrische Feld einer Punktladung DaselektrischeFeldeinesDipols Elektrisches Feld einer linearen Ladungsverteilung Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe PunktladungimelektrischenFeld EinDipolineinemelektrischenFeld IX

4 22.8 Zusammenfassung Fragen Aufgaben Der Gaußsche Satz 23.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht DerGaußscheSatz Eigenschaften eines geladenen, isoliertenleiters Eine Anwendung des Gaußschen Satzes:Zylindersymmetrie Eine Anwendung des Gaußschen Satzes:EbeneSymmetrie Eine Anwendung des Gaußschen Satzes:Kugelsymmetrie Zusammenfassung Fragen Aufgaben Das elektrische Potenzial 24.1 DaselektrischePotenzial Äquipotenzialflächen DasPotenzialvonPunktladungen Das Potenzial eines elektrischen Dipols Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung Die Berechnung des elektrischen Felds ausdemelektrischenpotenzial Die elektrische potenzielle Energie einessystemsvonpunktladungen Das Potenzial eines geladenen, isoliertenleitendenkörpers Zusammenfassung Fragen Aufgaben Kapazität 25.1 Kondensatoren und ihre Anwendungen DieBerechnungderKapazität Parallel- und Reihenschaltung vonkondensatoren In einem elektrischen Feld gespeicherteenergie KondensatormitDielektrikum DielektrikaundGaußscherSatz Zusammenfassung Fragen Aufgaben Elektrischer Strom und Widerstand 26.1 Ladung in Bewegung: Elektrischer Strom DieStromdichte Widerstand und spezifischer Widerstand DasOhmscheGesetz ElektrischeLeistunginStromkreisen Zusammenfassung Fragen Aufgaben Stromkreise 27.1 UnverzweigteStromkreise VerzweigteStromkreise AmperemeterundVoltmeter RC-Kreise Zusammenfassung Fragen Aufgaben Magnetfelder 28.1 Magnetfelder und die Definition von B Gekreuzte Felder: Die Entdeckung deselektrons GekreuzteFelder:DerHall-Effekt Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn ZyklotronundSynchrotron Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenendraht Das Drehmoment auf eine stromdurchflossenedrahtschleife DasmagnetischeDipolmoment Zusammenfassung Fragen Aufgaben Magnetfelder aufgrund von Strömen 29.1 DasMagnetfeldumeinenStrom Die Kraft zwischen parallelen Strömen DasAmpèrescheGesetz Zylinder-undRingspulen Eine stromführende Spule alsmagnetischerdipol Zusammenfassung Fragen Aufgaben Induktion und Induktivität 30.1 Das Faradaysche Gesetz unddielenzscheregel InduktionundEnergietransfer InduzierteelektrischeFelder Induktivität X

5 30.5 Selbstinduktion RL-Kreise EnergiespeicherungimMagnetfeld DieEnergiedichteeinesMagnetfelds Gegeninduktion Zusammenfassung Fragen Aufgaben Elektromagnetische Schwingkreise und Wechselstrom 31.1 LC-Schwingungen Gedämpfte Schwingungen in einem RLC-Kreis ErzwungeneSchwingungen Der Reihen-RLC-Kreis LeistunginWechselstromkreisen Transformatoren Zusammenfassung Fragen Aufgaben Magnetismus und Materie 32.1 DerGaußscheSatzfürMagnetfelder InduziertemagnetischeFelder Der Verschiebungsstrom unddiemaxwell-gleichungen Magnete DerMagnetismusvonElektronen Diamagnetismus Paramagnetismus Ferromagnetismus Zusammenfassung Fragen Aufgaben Elektromagnetische Wellen 33.1 ElektromagnetischeWellen Energietransport und Poynting-Vektor DerStrahlungsdruck Polarisation ReflexionundBrechung Totalreflexion PolarisationdurchReflexion Zusammenfassung Fragen Aufgaben Abbildungen 34.1 BilderundebeneSpiegel Kugelspiegel SphärischebrechendeFlächen DünneLinsen OptischeInstrumente DreiHerleitungen Zusammenfassung Fragen Aufgaben Interferenz 35.1 LichtalsWelle BeugungamDoppelspalt InterferenzundIntensität InterferenzandünnenSchichten DasMichelson-Interferometer Zusammenfassung Fragen Aufgaben Beugung 36.1 BeugungamEinzelspalt Intensitäten bei der Beugung ameinzelspalt Beugung an einer kreisrunden Öffnung BeugungamDoppelspalt Beugungsgitter Beugungsgitter: Dispersion undauflösungsvermögen Röntgenbeugung Zusammenfassung Fragen Aufgaben Relativitätstheorie 37.1 GleichzeitigkeitundZeitdilatation DieRelativitätderLänge DieLorentz-Transformation DieRelativitätderGeschwindigkeiten Der Doppler-Effekt für Lichtwellen ImpulsundEnergie Zusammenfassung Fragen Aufgaben Photonen und Materiewellen 38.1 DasPhoton:TeilchendesLichts DerphotoelektrischeEffekt Photonenimpuls, Compton- VerschiebungundLichtinterferenz Die Geburtsstunde der Quantenphysik ElektronenundMateriewellen DieSchrödinger-Gleichung XI

6 38.7 Die Heisenbergsche Unschärferelation ReflexionaneinerPotenzialschwelle DerTunneleffekt Zusammenfassung Fragen Aufgaben Mehr über Materiewellen 39.1 Die Energie eines Elektrons ineinerelektronenfalle Die Wellenfunktionen eines Elektrons ineinemkastenpotenzial Das eindimensionale endliche Kastenpotenzial Zwei- und dreidimensionale Elektronenfallen DasWasserstoffatom Zusammenfassung Fragen Aufgaben Atome 40.1 EigenschaftenvonAtomen DasStern-Gerlach-Experiment Kernspinresonanz DasPauli-Prinzip DerAufbaudesPeriodensystems Röntgenstrahlung Laser Zusammenfassung Fragen Aufgaben Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern 41.1 Die elektrischen Eigenschaften vonmetallen Halbleiter und Dotierung pn-übergängeundtransistoren Zusammenfassung Fragen Aufgaben Kernphysik 42.1 DieEntdeckungdesAtomkerns Einige Eigenschaften vonatomkernen DerradioaktiveZerfall DerAlpha-Zerfall DerBeta-Zerfall RadiometrischeAltersbestimmung MaßefürStrahlungsdosen Kernmodelle Zusammenfassung Fragen Aufgaben Kernenergie 43.1 Kernspaltung Kernreaktoren EinnatürlicherKernreaktor Thermonukleare Fusion: DergrundlegendeProzess Thermonukleare Fusion in der Sonne undanderensternen KontrolliertethermonukleareFusion Zusammenfassung Fragen Aufgaben Quarks, Leptonen und der Urknall 44.1 GrundzügederTeilchenphysik Leptonen,HadronenundStrangeness QuarksundAustauschteilchen Kosmologie Zusammenfassung Fragen Aufgaben Anhang A Das Internationale Einheitensystem (SI) B AstronomischeDaten C Umrechnungsfaktoren D MathematischeFormeln E EigenschaftenderElemente F Antworten auf die Kontrollfragen und Fragen G Stichwortverzeichnis XII