Alfred Böge Jürgen Eichler Physik für technische Berufe Physikalisch-technische Grundlagen, Formelsammlung, Versuchsbeschreibungen, Aufgaben mit ausführlichen Lösungen 11., aktualisierte und erweiterte Auflage Mit über 400 Abbildungen, 35 Tabellen sowie 350 Aufgaben und Lösungen Unter Mitarbeit von Walter Schlemmer und Gert Böge, STUDIUM VIEWEG+ TEUBNER
VII 1. Physikalische Größen und Einheiten 1.1. Definition der physikalischen Größe 1 1.2. Schreibweise physikalischer Größen 2 1.3. Skalare und Vektoren... 2 1.4. Basisgrößen (Grundgrößen) und abgeleitete Größen 5 1.5. Einheiten, Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohärente Einheiten 5 1.6. Größengleichungen : 7 2. Bewegungen fester Körper 2.1. Eine Übersicht 9 2.2. Geschwindigkeit vund Beschleunigung a 10 2.3. Das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm 14 2.4. Ordnung und Gesetze der Bewegungsarten 15 2.5. Lösen von Aufgaben der gleichmäßig beschleunigten oder verzögerten Bewegung nach Plan 18 2.6. Die speziellen Größen der Kreisbewegung 19 2.7. Kraft und Masse 30 2.8. Die Gleitreibkraft F R 44 2.9. Fahrwiderstand 48 2A0f Mechanische Arbeit und Energie, Energieerhaltungssatz 49 2.11. Leistung und Wirkungsgrad 62 3. Ruhende Flüssigkeiten und Gase 3.1. Der Druckbegriff 65 3.2. Die Druckeinheiten 65 3.3. Besondere Druck-Kennzeichnungen 67 3.4. Normzustand, Normvolumen V n, Normdichte Q n 67 3.5. Das Druck-Ausbreitungsgesetz für Flüssigkeiten 68 3.6. Einfluss der Schwerkraft auf den Druck in Flüssigkeiten 69 3.7. Der Auftrieb F a in Flüssigkeiten 69 3.8. Die Druck-Volumengesetze für Gase 70 4. Strömende Flüssigkeiten und Gase 4.1. Strömungsgeschwindigkeit w, Volumenstrom q v, Massenstrom q m 71 4.2. Die Kontinuitätsgleichung 71 4.3. Gültigkeitsbereich der Kontinuitätsgleichung 72 4.4. Der Energieerhaltungssatz der Strömung (Bemoulli'sche Druckgleichung) 72 5. Wärmelehre 5.1. Wärmeausdehnung 77 5.2. Wärme und Arbeit 81 5.3. Spezifische Wärmekapazität c und Wärme Q bei festen und flüssigen Stoffen 82 5.4. Spezifische Wärmekapazität c p, c v und Wärme Q bei Gasen 83 5.5. Die Mischungsregel 84 5.6. Die thermodynamische Temperatur T 84
VIII 5.7. Die Gaszustandsgleichung (allgemeine Gasgleichurig) 86 5.8. Die Übertragung der Wärme Q 91 6. Mechanische Schwingungen 6.1. Beschreibung der mechanischen Schwingung 102 6.2. Die Rückstellkraft F R 102 6.3. Das Rückstellmoment M R 103 6.4. Die harmonische Schwingung 103 6.5. Das Schraubenfederpendel 109 6.6. Das Torsionspendel 112 6.7. Das Schwerependel (Fadenpendel) 114 6.8. Schwingung einer Flüssigkeitssäule 115 6.9. Analogiebetrachtung zum Schraubenfederpendel, Torsionspendel, Schwerependel und zur schwingenden Flüssigkeitssäule 116 6.10. Dämpfung, Energiezufuhr, erzwungene Schwingung, Resonanz 116 6.11. Koppelschwingungen 120 6.12. Überlagerung von Schwingungen 121 6.13. Schwebungen 123 7. Mechanische Wellen 7.1. Formen, Entstehung und Ausbreitung linearer Wellen 124 7.2. Gleichung der harmonischen Welle 125 7.3. Polarisation von Querwellen 127 JA. ) Entstehung und Ausbreitung flächenhafter Wellen (Oberflächenwellen) 128 tf.5. Entstehung und Ausbreitung der Wellen im Raum 129 7.6. Überlagerung gleich frequenter Wellen (Interferenz) 130 7.7. Huygens'sches Prinzip 134 7.8. Beugung 134 7.9. Reflexion 135 7.10. Brechung von Wellen 136 7.11. Doppler-Effekt : 137 7.12. Stehende Wellen 141 7.13. Eigenschwingungen (stehende Wellen auf begrenztem Wellenträger) 142 7.14. Kennzeichen und Bedingungen fortschreitender und stehender Wellen 143 7.15. Mathematische Behandlung stehender Wellen 144 8. Akustik 8.1. Begriffsbestimmung und Einschränkung 145 8.2. Schallempfindungen 145 8.3. Die Tonhöhe : 146 8.4.. Die Schallschnelle v 146 8.5. Der Schalldruck p 146 8.6. Die Schallstärke J 146 8.7. Die Schallgeschwindigkeit c 148 8.8. Das Schalldruck-Frequenz-Schaubild 151 8.9. Die Lautstärke L 152 8.10. Stehende Schallwellen 152 8.11. Schallsender, Lautsprecher, Mikrophone 153 8.12. Ultraschall 154
IX 9. Optik > 9.1. Einordnung und Ausbreitung des Lichts 157 9.2. Wellenoptik 163 9.3. Geometrische Optik (Strahlenoptik) 169 10. Elektrizitätslehre 10.1. Elektrische.Ladung 176 10.2. Elektrischer Gleichstromkreis 178 10.3. Elektrisches Feld 189 10.4. Magnetisches Feld 194 10.5. Elektromagnetische Induktion 201 10.6. Wechselstromkreis 205 10.7. Elektromagnetische Schwingungen und Wellen 214 10.8. Stromleitung in Vakuum, Gasen und Flüssigkeiten 219 10.9. Halbleiterbauelemente 223 10.10 Supraleiter 233 11. Atomphysik 11.1. Bestandteile der Atome 234 11.2. Aufbau der Atome 238 11.3. Licht und Laserstrahlung 241 11.4. Hinweise zur Relativitätstheorie 245 4 ' 12. Ausgewählte Versuche zu den physikalischen Grundlagen 12.1. Parallelogrammsatz, Gleichgewicht beim zentralen Kräftesystem 246 12.2. Trägheitskraft T=ma 248 12.3. Haft- und Gleitreibzahlen trockener Flächen 250 12.4. Federrate R zylindrischer Schraubenfedern 252 12.5. Elastizitätsmodul (Hooke'sches Gesetz), 255 12.6. Wärmekapazität WK eines Kalorimeters 257 12.7. Schmelzenthalpie (Schmelzwärme) q s von Wasser 259 12.8. Mechanisches Wärmeäquivalent 260 12.9. Elektrisches Wärmeäquivalent 263 12.10. Periodendauer 7 eines Federpendels 264 12.11. Federrate R (Richtgröße D) einer zylindrischen Schraubenfeder 265 12.12. Trägheitsmoment J 266 12.13. Aufnahme eines Amplituden-Frequenz-Diagramms (Resonanzkurve) 267 12.14. Querwellen auf der Schraubenfeder 269 12.15. Polarisation mechanischer Querwellen 271 12.16. Stehende Schallwellen 272 12.17. Elektrische Feldlinienbilder 273 12.18. Magnetische Feldlinienbilder 274 12.19. Elektrischer Widerstand R 275 12.20. Elektrische Kapazität C 276 12.21. Induktionsgesetz 278 13. Aufgaben 13.1. Physikalische Größen und Einheiten 280
X 13.2. Bewegungen fester Körper 281 13.3. Ruhende Flüssigkeiten und Gase 294 13.4. Strömende Flüssigkeiten und Gase 1. 295 13.5. Wärmelehre 297 13.6. Mechanische Schwingung.'. 301 13.7. Mechanische Wellen 306 13.8. Akustik : 306 13.9. Optik.. 307 13.10. Elektrizitätslehre...' 310 14. Lösungen 14.1. Physikalische Größen und Einheiten 313 14.2. Bewegungen fester Körper 314 14.3. Ruhende Flüssigkeiten und Gase 339 14.4. Strömende Flüssigkeiten und Gase 341 14.5. Wärmelehre 344 14.6. Mechanische Schwingungen 350 14.7. Mechanische Wellen 355 14.8. Akustik 355 14.9. Optik 357 14.10 Elektrizitätslehre 360 15. Formelsammlung A5AJ Beschleunigte geradlinige Bewegung 364 /15.2. Verzögerte geradlinige Bewegung 365 15.3. Gleichförmige Kreisbewegung 366 15.4. Beschleunigte Kreisbewegung 367 15.5. Verzögerte Kreisbewegung 368 15.6. Kraft, Masse, Reibung 369 15.7. Mechanische Arbeit und Energie 370 15.8. Leistung und Wirkungsgrad ". 371 15.9. Flüssigkeiten und Gase (Hydrostatik und Hydrodynamik) 372 15.10. Wärmeausdehnung, Wärme und Arbeit, Mischungsregel, Kelvintemperatur 373 15.11. Gaszustandsgleichung (allgemeine Gasgleichung), Gaskonstante 374 15.12. Wärmeübertragung der Wärme Q 375 15.13. Mechanische Schwingung (harmonische Schwingung) 376 15.14. Mechanische Welle (harmonische Welle) 377 15.15. Akustik 378 15.16. Optik 379 15.17. Elektrizitätslehre 380 Sachwortverzeichnis 381 Aufgaben ab Seite 280 Lösungen- ab Seite 313 Formelsammlung ab Seite 364