Physik für Einsteiger

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1 Physik für Einsteiger Ein Lehr- und Übungsbuch für Studienanfäng von Friedrich Luhe Mit 320 Bildern und 161 Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen \ Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 7 Inhaltsverzeichnis 1 Größen, Einheiten und Gleichungen in der Physik Physikalische Größen und Einheiten Internationales Maßsystem SI Gleichungen in der Physik Zugeschnittene Größengleichungen Ebener Winkel und Raumwinkel Diagrammdarstellung physikalischer Vorgänge Anleitung zur Lösung physikalischer Aufgaben 23 2 Kinematik - Translation Physikalische Größen zur Beschreibung einer Translation Herleitung der Bewegungsgesetze Herleitung der Bewegungsgesetze aus den Diagrammdarstellungen Freier Fall Senkrechter Wurf Horizontaler Wurf Schräger Wurf Übungsaufgaben 35 3 Kinematik - Rotation Physikalische Größen zur Beschreibung einer Rotation Analogie zwischen Translation und Rotation Herleitung der Rotationsgesetze aus den Diagrammdarstellungen Die gleichförmige Rotation Die gleichmäßig beschleunigte Rotation Übungsaufgaben 47 4 Dynamik - Translation Masse und Kraft Kräfte aus dem Bereich der Mechanik Kraftstoß und Impuls Arbeit und Energie Leistung Wirkungsgrad Übungsaufgaben 62 5 Dynamik - Rotation Drehmoment Massenträgheitsmoment Zentrifugalkraft und Radialkraft, Grundgesetz der Rotation Arbeit, Energie und Leistung rotierender Körper Drehimpuls Analogiebetrachtungen zur Dynamik Übungsaufgaben 72

3 8 6 Grundlagen der Speziellen Relativitätstheorie Transformation von Geschwindigkeiten Galilei-Transformation Lorentz-Transformation Einige Ergebnisse der Relativitätstheorie Übungsaufgaben 85 7 Mechanik der Flüssigkeiten und Gase Zustandsformen und Eigenschaften der Stoffe Druck in ruhenden Flüssigkeiten und Gasen Volumen, Druck und Dichte in Gasen Druckmessung in ruhenden Medien Kompressibilität Auftrieb Oberflächenspannung Kapillarität Strömende Flüssigkeiten und Gase Druck in strömenden Medien Druckmessung in strömenden Medien Strömung unter Reibungseinfluß Laminare und turbulente Strömungen Einige Beispiele für Strömungen unter Reibungseinfluß Übungsaufgaben Schwingungen Begriffe, Definitionen und Gleichungen Harmonische Schwingungen Bewegungsgesetze der harmonischen Schwingung Formen mechanischer Schwinger Federschwinger Drehschwinger Physikalisches Pendel Mathematisches Pendel Beschreibung der harmonischen Schwingungen durch Differentialgleichungen Energie bei harmonischen Schwingungen Gedämpfte mechanische Schwingung infolge Reibungskraft F R = /Sv Elektrische Schwingungen Analogiebeziehung bei Schwingungsvorgängen Erzwungene Schwingungen Überlagerung von Schwingungen gleicher Richtung Übungsaufgaben 129

4 9 Wellen Zusammenhang von Schwingung und Welle Physikalische Größen zur Beschreibung einer Welle Wellenarten und Wellenformen, Ausbreitungsgeschwindigkeit Gleichung einer linearen harmonischen Welle Interferenz linearer Wellen - Stehende Wellen Interferenz ebener Wellen Schallwellen Übungsaufgaben Doppler-Effekt und Überschallgeschwindigkeit Doppler-Effekt bei Schallwellen Doppler-Effekt bei elektromagnetischen Wellen Anwendung des Doppler-Effektes in der Astronomie Bewegung mit Überschallgeschwindigkeit Übungsaufgaben Physikalische Eigenschaften des Lichtes Bestimmung der Eigenschaften des Lichtes Dualismus Welle-Korpuskel Zerlegung weißen Lichtes mit dem Prisma Vorgänge, die mit der Teilcheneigenschaft des Lichtes erklärt werden Absorption und Emission von Licht Äußerer Photoeffekt Innerer Photoeffekt Compton-Effekt Paarbildung und Paarzerstrahlung Gravitationswirkung auf Lichtquanten Vorgänge, die mit der Welleneigenschaft des Lichtes erklärt werden Interferenz Polarisation Reflexion, Brechung, Totalreflexion Beugung des Lichtes Streuung des Lichtes Übungsaufgaben. j Physik der Atomhülle Zur historischen Entwicklung der Atomtheorie Aufbau der Atome Wasserstoff-Atommodell nach Niels Bohr Spektrallinien des Wasserstoffs Quantenzahlen zur Beschreibung des atomaren Energiezustandes Spektren der Alkaliatome Aufbau der Atomhülle und Periodensystem der Elemente Quantenstruktur für Drehimpuls und magnetisches Moment des Elektrons Quantisierte physikalische Elementargrößen 1% Übungsaufgaben 197 9

5 10 13 Röntgenstrahlen und Masse-Energie-Äquivalenz Erzeugung und Eigenschaften der Röntgenstrahlen Dämpfung von Röntgenstrahlen Äquivalenz von Masse und Energie Übungsaufgaben Physik der Atomkerne Aufbau der Atomkerne Massendifferenz und Bindungsenergie Systematik der Nuklide Teilchen und Antiteilchen Natürliche Radioaktivität Mathematische Beschreibung der radioaktiven Umwandlung Reichweite ionisierender Strahlen Umwandlungsreihen, radioaktives Gleichgewicht Künstliche Kernumwandlungen Wirkung der ionisierenden Strahlen Kernreaktionen in der kosmischen Strahlung Natürliche und zivilisatorische Strahlenbelastung Übungsaufgaben Fehlerrechnung im physikalischen Praktikum Zufällige und systematische Meßunsicherheiten Erfassung der zufälligen Meßunsicherheiten Behandlung physikalischer Naturkonstanten und Materialwerte in der Fehlerrechnung Gesetze der Fehlerfortpflanzung Anwendung der logarithmischen Differentiation zur Fehlerberechnung Gesetze der Fehlerfortpflanzung in elementarer Betrachtung Systematische Meßunsicherheiten einiger im physikalischen Praktikum eingesetzter Meßmittel Gleichungen zur Fehlerrechnung Übungsaufgaben 247 Quellenverzeichnis und Literaturhinweise 252 Sachwortverzeichnis 253 Anhang: Vorsätze für Einheiten und Sl-fremde Einheiten 255 Umrechnungsbeziehungen für Druck- und Energieeinheiten 256 Internationales Maßsystem SI 2. Umschlagseite Physikalische Konstanten 3. Umschlagseite