Inhalt
Vorwort---- V
1 Einführung — 1
1.1 Moderne Physik---1 1.2 Klassische Mechanik---2
1.2.1 Zerlegungvon Bewegungen und das Konzept des Massenpunkts — 1.2.2 Eine kleine Ahnengalerie — 4
1.2.3 Wärmelehre---7
1.3 Physikalische Größen — 8 1.3.1 Messen von Observablen — 8 1.3.2 Basiseinheiten - Metrologie — 9
1.3.3 Abgeleitete Größen und Naturkonstanten — 14 1.4 Messfehler — 17
2 Kinematik eines Massenpunkts — 18 2.1 Geradlinige Bewegungen — 18 2.1.1 Observablen — 18
2.1.2 Freier Fall — 21 2.1.3 Senkrechter Wurf— 24
2.2 Bewegungen in Ebene und Raum — 25 2.2.1 Physikalische Größen als Vektoren — 25 2.2.2 Wurfbewegungen---31
2.2.3 Kreisbewegungen — 36
2.3 Bezugssysteme in der klassischen newtonschen Mechanik— 42 3 Dynamik eines Massenpunkts — 47
3.1 Gleichheit von träger und schwerer Masse — 47 3.2 Die newtonschen Axiome — 48
3.2.1 Impuls---48
3.2.2 Axiom I: Trägheitsgesetz---48
3.2.3 Axiom II: Bewegungsgesetz - Grundgleichung der Mechanik — 49 3.2.4 Axiom III: Wechselwirkungsgesetz - actio = reactio — 50
3.3 Anwendungen der newtonschen Gesetze — 51 3.3.1 Messung von Kräften — 51
3.3.2 Kräfte als Vektoren — 51
3.4 Kräfte im Sinne der newtonschen Axiome — 58 3.4.1 Gravitationskraft---58
3.4.2 Coulomb-Kraft---59
3.4.3 Harmonische Federkraft — 61
3.4.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.6 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.7.1 5.7.2 6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2
Reibungskräfte---63
Trägheitskräfte — 68 Trägheitskräfte bei gleichmäßiger Beschleunigung---68
Trägheitskräfte bei kreisförmigen Bewegungen---71
Impulserhaltungssatz---77
Arbeit, Energie und Leistung— 83 Arbeit---83
Definition---83
Beispiele für Arbeitsformen---84
Energie---86
Definition---86
Energieformen---87
Energieerhaltungssatz---93
Die goldene Regel der Mechanik---98
Hebelgesetz---98
Starr gekoppelte Rollen, schiefe Ebenen und Flaschenzug — 100 Leistung---102
Dynamik von Drehbewegungen eines Massenpunkts — 105 Radial- und Azimutalgeschwindigkeit---105
Kreisbewegung eines Massenpunkts - kurze Wiederholung---106
Drehimpuls---106
Drehmoment und Bewegungsgleichung der Drehbewegung— 108 Drehimpulserhaltungssatz — 110 Zentrifugalpotenzial---111
Anwendungen---113
Pirouetten---113
Streuung im Zentralkraftfeld---114
Gravitation und Planetenbewegung— 118 Die Kepler-Gesetze---118
Erstes Kepler-Gesetz: Ellipsensatz---118
Zweites Kepler-Gesetz: Flächensatz---121
Drittes Kepler-Gesetz: Umlaufzeiten und große Halbachsen---122
Bewegungsformen im zentralen Gravitationsfeld---124
Feldlinien und Äquipotenzialflächen---125
Bahnkurven---126
Anwendungen: Satelliten im Schwerefeld der Erde---131
Kosmische Geschwindigkeiten---131
Satellitenbahnen---133
7 Mechanische Schwingungen — 135
7.1 Freie harmonische Schwingungen — 135 7.1.1 Eindimensionale Bewegungen — 135 7.1.2 Energiebilanz---140
7.1.3 Mehrdimensionale Schwingungen — 141
7.1.4 Anmerkung zu anharmonischen Schwingungen — 142 7.2 Gedämpfte harmonische Schwingungen — 143 7.3 Erzwungene Schwingungen und Resonanz — 149 7.3.1 Resonanz bei harmonischer Anregung — 150 7.3.2 Aufgenommene Energie---153
7.4 Parametrisch verstärkte Oszillatoren — 154 8 Bewegungen mehrerer Massenpunkte — 158 8.1 Innere und äußere Kräfte — 158
8.2 Schwerpunkt---159
8.3 Zerlegung der Bewegung — 161 8.4 Zweikörper-Systeme — 163 8.4.1 Reduzierte Masse — 163 8.4.2 Mond und Erde---164 8.4.3 Streuung und Stöße---167 9 Mechanik starrer Körper — 174 9.1 Rotation des starren Körpers — 174 9.1.1 Begriffsdefinition — 174
9.1.2 Schwerpunkt---175
9.1.3 Translation und Rotation — 175
9.1.4 Drehachse und Bestimmung von Schwerpunkten — 177 9.1.5 Stabilität und Gleichgewicht — 179
9.2 Rotationsdynamik des starren Körpers mit ortsfester Drehachse — 180 9.2.1 Bewegungsgleichung— 180
9.2.2 Trägheitsmoment und Satz von Steiner — 182 9.2.3 Rotationsenergie — 185
9.3 Roll- und Pendelbewegungen — 186 9.3.1 Rollen---186
9.3.2 Pendelbewegungen — 190 9.4 Kreiselbewegungen — 192 9.4.1 Hauptträgheitsachsen — 193 9.4.2 Kräftefreier Kreisel — 193
9.4.3 Präzession schwerer Kreisel — 196
10 Temperatur und Wärme — 201
10.1 Ideales Gas---201
10.2 Temperatur---202
10.2.1 Kinematische Definition---202
10.2.2 Innere Energie eines idealen Gases — 205 10.2.3 Temperaturskalen---206
10.2.4 Temperaturmessung---207
10.3 Ideales Gasgesetz---210
10.3.1 Flächenstoßrate — 210 10.3.2 Druck---211
10.4 1. Hauptsatz der Thermodynamik--- 212
10.4.1 Arbeit---212
10.4.2 Wärme---214
10.4.3 Energieerhaltung— 215 10.5 Wärmekapazität---216
10.5.1 Molare Wärmekapazität und spezifische Wärme — 216 10.5.2 Wärmekapazität eines idealen Gases — 218 10.5.3 Umwandlungswärmen---220
11 Thermische Prozesse — 224 11.1 Zustände eines thermischen Systems und ihre Veränderung — 224 11.1.1 Zustandsgrößen---224
11.1.2 Klassifizierung von thermische Veränderungen---225
11.2 Wärme-Kraft-Maschinen und Wärmepumpen — 231 11.2.1 Kreisprozesse und ihr Wirkungsgrad---231
11.2.2 Carnotscher Kreisprozess---236
11.3 Entropie - eine neue Zustandsgröße — 240 11.3.1 Thermodynamische Definition---240
11.3.2 Statistische Deutung der Entropie---241
11.4 2. Hauptsatz der Thermodynamik---243
11.4.1 Irreversible Vorgänge---243
11.4.2 2. Hauptsatz---244
12 Mechanische Wellen — 247 12.1 Gekoppelte Schwingungen---247
12.2 Eigenschaften von Wellen---249
12.2.1 Wellengleichung---250
12.2.2 Harmonische Wellen---251
12.3 Wellen im Raum---255
12.3.1 Wellenvektor und Wellenfronten---255
12.3.2 Schallwellen---257
12.4 Superpositionsprinzip---259
12.4.1 Interferenz — 259
12.4.2 Stehende Wellen und Resonatoren---261
12.4.3 Schwebung---266
12.4.4 Wellenpakete---268
12.5 Wellenphänomene---269
12.5.1 Prinzip von Huygens---269
12.5.2 Beugung---270
12.5.3 Reflexion---270
12.5.4 Brechung---272
12.6 Bewegte Sender und Empfänger---273
12.6.1 Doppler-Effekt---273
12.6.2 Stoß- und Kopfwellen---275
12.7 Energietransport---277 Bildnachweis — 281
Stichwortverzeichnis — 283
