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Dieses Lehr- und Übungsbuch ist speziell auf die Bedürfnisse der heutigen Physikausbildung an Fachhochschulen abgestimmt und ist gerade für Bachelorstudenten bestens geeignet.

Großen Wert legen die Autoren auf viele durchgerechnete Beispiele mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad sowie auf Hunderte von erprobten Klausuraufgaben mit Lösungen und Übungsaufgaben mit hohem Praxisbezug. Diese erleichtern das Verständnis, das Üben und die effiziente Vorbereitung auf Prüfungen.

Die Herleitung der Ergebnisse im Haupttext und in den Beispielen ist so ausführlich gehalten, dass sie mit allen Zwischenrechnungen rasch verstanden und nachvollzogen werden kann. Hilfreich sind auch die Zusammenfassungen der einzelnen Kapitel.

Zielgruppen: Studierende und Lehrende in Ingenieur- und Naturwissenschaften an Hochschulen.

 

 

Aus dem Inhalt:

Verzeichnis der Beispiele XII / Verzeichnis der Tabellen XV // 1 Einleitung 1 / 1.1 Physikalische Größen 1 / 1.2 Messfehler 3 / 1 Mechanik der Punktmasse und des starren Körpers 7 // 2 Vorbemerkungen 8 / 2.1 Bezugssysteme 8 / 2.2 Gegenüberstellung Translation-Rotation 8 // 3 Kinematik der geradlinigen Bewegung 10 / 3.1 Orts-Zeit-Diagramme 10 / 3.2 Geschwindigkeit 11 / 3.3 Beschleunigung 13 / 3.4 Bestimmung der Wegstrecke A* und der Geschwindigkeitsänderung At> 15 / 3.5 Spezielle Bewegungen 17 / 3.6 Senkrechter Wurf 19 / 3.7 Bewegung auf beliebigen Bahnen 22 / 3.8 Zusammenfassung 22 / 3.9 Aufgaben 23 // 4 Bewegung in einer Ebene 27 / 4.1 Vektoren - Grundbegriffe 27 / 4.2 Die Vektoren r , v und a 29 / 4.3 Das Superpositionsprinzip 31 / 4.4 Spezielle Bewegungen 32 / 4.5 Kreisbewegungen 37 / 4.6 Überlagerung von Translations- und Drehbewegung 42 / 4.7 Zusammenfassung 43 / 4.8 Aufgaben 44 // 5 Bewegung und Kraft 48 / 5.1 Newtons Gesetze 48 / 5.2 Federkräfte und Reibungskräfte 53 / 5.3 Wechsel des Bezugssystems 57 / 5.4 Zusammenfassung 60 / 5.5 Aufgaben 61 // 6 Arbeit, Energie und Leistung 63 / 6.1 Arbeit 63 / 6.2 Arbeit und Energie 67 / 6.3 Leistung und Wirkungsgrad 75 / 6.4 Zusammenfassung 76 / 6.5 Aufgaben 78 // 7 Impuls und Mehrkörperprobleme 79 / 7.1 Impuls 79 / 7.2 Impulserhaltung bei Zweikörpersystemen 80 / 7.3 Stöße 83 / 7.4 Zusammenfassung 87 / 7.5 Aufgaben 88 // 8 Dynamik der Drehbewegung des starren Körpers 90 / 8.1 Winkelgrößen als Vektoren 90 / 8.2 Grundgesetz der Dynamik für Drehungen 95 / 8.3 Arbeit, Energie und Leistung 102 / 8.4 Trägheitskräfte in rotierenden Bezugssystemen 106 / 8.5 Statisches Gleichgewicht 110 / 8.6 Drehimpulserhaltungssatz 112 / 8.7 Die Hauptachsen starrer Körper 113 / 8.8 Kreisel 115 / 8.9 Zusammenfassung 118 / 8.10 Aufgaben 119 // 9 Gravitation 122 / 9.1 Kepler'sche Gesetze 122 / 9.2 Newtons Gravitationsgesetz 123 / 9.3 Herleitung der Kepler'schen Gesetze 124 / 9.4 Gravitationsfeld 125 / 9.5 Zusammenfassung 127 / 9.6 Aufgaben 127 // II Elastomechanik und Hydrodynamik 129 / 10 Elastizität fester Körper 130 / 10.1 Grundbegriffe 130 / 10.2 Einfache Verformungen 131 / 10.3 Zusammenfassung 139 / 10.4 Aufgaben 140 // 11 Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gasen 141 / 11.1 Grundbegriffe 141 / 11.2 Ruhende Flüssigkeiten und Gase: Hydrostatik 141 / 11.3 Stationäre Strömungen: Hydrodynamik 147 / 11.4 Stationäre Strömungen mit Reibung 155 / 11.5 Zusammenfassung 158 / 11.6 Aufgaben 159 // III Schwingungen und Wellen 163 / 12 Schwingungen 164 / 12.1 Periodische Zustandsänderungen, insbesondere harmonische Schwingungen 164 / 12.2 Harmonische Oszillatoren 166 / 12.3 Viskos gedämpfte Schwingungen 173 / 12.4 Erzwungene Schwingungen, Resonanz 176 / 12.5 Überlagerung von Schwingungen und gekoppelte Schwingungen 180 / 12.6 Zusammenfassung 182 / 12.7 Aufgaben 185 // 13 Mechanische Wellen und Akustik 190 / 13.1 Wellengleichung; Ausbreitung von Störungen 190 / 13.2 Harmonische Wellen 196 / 13.3 Energietransport in Schallwellen 200 / 13.4 Reflexion von Wellen 204 / 13.5 Stehende Wellen in einseitig begrenzten Medien 206 / 13.6 Tonhöhe und Lautstärke 209 / 13.7 Doppler-Effekt, Mach-Welle 210 / 13.8 Interferenz von Wellen 214 / 13.9 Beugung und Huygens'sches Prinzip 221 / 13.10 Reflexion und Brechung von Wellen 227 / 13.11 Ultraschall 229 / 13.12 Zusammenfassung 230 / 13.13 Aufgaben 234 // 14 Lichtwellen und Optik 239 / 14.1 Elektromagnetische Wellen und Licht 239 / 14.2 Reflexion und Transmission elektromagnetischer Wellen 242 / 14.3 Dispersion und Absorption elektromagnetischer Wellen 245 / 14.4 Spektralzerlegung durch Prisma und Beugungsgitter 246 / 14.5 Interferometrie 247 / 14.6 Lichtleiter 248 / 14.7 Linsen 250 / 14.8 Zusammenfassung 254 / 14.9 Aufgaben 256 // IV Elektrodynamik 259 / 15 Elektrostatik 260 / 15.1 Elektrische Ladung 260 / 15.2 Coulomb'sches Gesetz und Elektrische Feldstärke 262 / 15.3 Elektrische Spannung und elektrisches Potenzial 265 / 15.4 Ladungsverteilung 271 / 15.5 Verschiebungsdichte und Verschiebungsfluss 272 / 15.6 Influenz 279 / 15.7 Kapazität 280 / 15.8 Dielektrikum im elektrischen Feld 283 / 15.9 Energie im elektrischen Feld 288 / 15.10 Zusammenfassung 290 / 15.11 Aufgaben 291 // 16 Das stationäre elektrische Strömungsfeld 294 / 16.1 Elektrischer Strom 294 / 16.2 Ohm'sches Gesetz 297 / 16.3 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes 299 / 16.4 Leistung und Arbeit 301 / 16.5 Einführung in die Gleichstromtechnik 302 / 16.6 Zusammenfassung 310 / 16.7 Aufgaben 312 // 17 Magnetostatik 314 / 17.1 Grundlegende Erscheinungen 314 / 17.2 Magnetische Induktion und magnetischer Fluss 316 / 17.3 Magnetische Feldstärke und Durchflutungssatz 317 / 17.4 Magnetisches Moment 320 / 17.5 Kraftwirkung auf bewegte Ladungen im magnetischen Feld 322 / 17.6 Magnetische Polarisation 326 / 17.7 Zusammenfassung 328 / 17.8 Aufgaben 329 // 18 Instationäre elektromagnetische Felder 331 / 18.1 Induktionsgesetz 331 / 18.2 Selbstinduktion und Selbstinduktivität 337 / 18.3 Der magnetische Kreis 339 / 18.4 Energie des magnetischen Feldes 342 / 18.5 Maxwell'sche Gleichungen 344 / 18.6 Zusammenfassung 345 / 18.7 Aufgaben 346 // V Thermodynamik 349 / 19 Gleichgewicht und Zustandsgrößen 350 / 19.1 Überblick 350 / 19.2 Systeme, Phasen und Zustandsgrößen 352 / 19.3 Gleichgewicht und Temperatur - Nullter Hauptsatz 354 / 19.4 Absolute Temperatur, Kelvin-und Celsius-Skala 357 / 19.5 Druck 359 / 19.6 Ideales Gas 360 / 19.7 Stoffmenge und Avogadrokonstante 363 / 19.8 Kinetische Theorie des idealen Gases 367 / 19.9 Zustandsgieichung realer Gase 370 / 19.10 Zustandsgleichung für Flüssigkeiten und Festkörper 372 / 19.11 Zusammenfassung 375 / 19.12 Aufgaben 376 // 20 Energieformen und Zustandsänderungen 378 / 20.1 Arbeit 378 / 20.2 Wärme und Wärmekapazität 379 / 20.3 Erzeugung von Wärme 387 / 20.4 Reversible und irreversible Prozesse 391 / 20.5 Spezielle Zustandsänderungen 393 / 20.6 Zusammenfassung 394 / 20.7 Aufgaben 396 // 21 Thermodynamische Hauptsätze 397 / 21.1 Nullter Hauptsatz 397 / 21.2 Erster Hauptsatz 397 / 21.3 Carnot'scher Kreisprozess und Entropie 402 / 21.4 Zweiter Hauptsatz 409 / 21.5 Entropie - mikroskopisch betrachtet 410 / 21.6 Abgeschlossenes System im Gleichgewicht 411 / 21.7 Thermodynamische Maschinen 413 / 21.8 Zusammenfassung 418 / 21.9 Aufgaben 419 // 22 Nichtgleichgewichtsprozesse 421 / 22.1 Temperaturausgleich 421 / 22.2 Wärmeübertragung 424 / 22.3 Zusammengesetzte Wärmeübertragung 430 / 22.4 Zusammenfassung 433 / 22.5 Aufgaben 434 // 23 Phasenumwandlungen 436 / 23.1 Aggregatzustände und Phasenübergänge 436 / 23.2 Klassifikation von Phasenübergängen 439 / 23.3 Phasengleichgewicht 441 / 23.4 Beispiele für Phasenübergänge 442 / 23.5 Zusammenfassung 444 / 23.6 Aufgaben 444 // Lösungen der Aufgaben 445 / Sachwortverzeichnis 452 // Verzeichnis der Beispiele / 1.1 Rechnen mit Größengleichungen 3 / 1.2 Standardabweichung des Mittelwertes 4 / 3.1 Durchschnittsgeschwindigkeit eines ICE 11 / 3.2 Durchschnittsbeschleunigung eines ICE 14 / 3.3 Berechnung von Ax aus der Fläche unter v ( t ) 16 / 3.4 Überholen von Fahrzeugen 17 / 3.5 Bremsweg und Verzögerung eines PKW 19 / 3.6 Hochspringer 21 / 4.1 Weitspringer 36 / 4.2 Kugelstoßer 36 / 4.3 Bahnkurve eines Wasserstrahls 36 / 4.4 Radialbeschleunigung bei einer Langspielplatte 40 / 4.5 Drehbewegung mit verschiedenen Winkelbeschleunigungen 41 / 4.6 Geschwindigkeit eines Randpunktes beim rollenden Rad 43 / 5.1 Gleiter auf Luftkissenbahn 49 / 5.2 Aufprall gegen ein Hindernis 49 / 5.3 Gewichtheber 51 / 5.4 Bewegung auf der schiefen Ebene 52 / 5.5 3. Newton'sches Gesetz 53 / 5.6 Verknüpfung von zwei Federn 54 / 5.7 Reibung auf der schiefen Ebene 56 / 5.8 Gehen 56 / 5.9 Antriebskraft bei Radfahrzeugen 56 / 5.10 Trägheitskraft beim Anfahren 59 / 5.11 Kräftegleichgewicht im beschleunigten System 59 / 5.12 Atwood-Maschine mit trägheitsloser Rolle 59 / 6.1 Reibungsarbeit 64 / 6.2 Hubarbeit 64 / 6.3 Verformungsarbeit 65 / 6.4 Fall eines Balls mit Reflexion am Boden 68 / 6.5 Beschleunigungsarbeit 70 / 6.6 Federkraft 72 / 6.7 Energieerhaltung bei Federn 73 / 6.8 Rutschen eines Schlittens auf einer schiefen Ebene mit Reibung 75 / 6.9 Leistung eines PKW 76 / 7.1 Zwei Gleiter auf der Luftkissenfahrbahn 82 / 7.2 Der steinschleudernde Astronaut 82 / 7.3 Fall mit anschließendem Stoß von zwei Kugeln 84 / 7.4 Ballistisches Pendel 86 / 8.1 Rad auf Kreisbahn 92 / 8.2 Fortsetzung - Rad auf Kreisbahn 94 / 8.3 Kräftepaar 96 / 8.4 Massenträgheitsmoment einer halbkreisförmigen Scheibe 100 / 8.5 Trägheitsmoment einer Hantel 101 / 8.6 Atwood-Maschine 102 / 8.7 Bestimmung von Drehmoment und Leistung mit dem Prony'sehen Zaum 103 / 8.8 Energie eines Schwungrades 104 / 8.9 Rollende Körper auf einer schiefen Ebene 105 / 8.10 Ultrazentrifuge 107 / 8.11 Überhöhte Eisenbahnkurve 108 / 8.12 Kugel in einer rotierenden Kreisrinne 108 / 8.13 Gleichgewicht einer Hantel 111 / 8.14 Drehstuhlexperiment 1 112 / 8.15 Drehstuhlexperiment 2 113 / 8.16 Scheibe auf einer Kreisbahn 117 / 9.1 Masse der Sonne 124 / 9.2 Fluchtgeschwindigkeit 126 / 10.1 Dehnung eines Drahtes 133 / 10.2 Deformation eines Gummiwürfels 135 / 10.3 Torsion eines Drahtes 137 / 11.1 Wasser im Schwerefeld an der Erdoberfläche 144 / 11.2 Füllstandsanzeiger und U-Rohr-Manometer 145 / 11.3 Senkwaage 146 / 11.4 Geschwindigkeitsbestimmung mit dem Prandtl'schen Staurohr 152 / 11.5 Schmierung 157 / 12.1 Die Dreh-oder Torsionsschwingung (Unruh einer Uhr) 170 / 12.2 Das (mathematische) Schwerependel 170 / 12.3 Das physikalische Pendel 171 / 12.4 Zeigerinstrument 176 / 12.5 Erzwungene Schwingungen in der Technik 177 / 13.1 Transversale Welle auf einem elastischen Seil 195 / 13.2 Longitudinale Welle längs eines elastischen Stabes 196 / 13.3 Schallwelle in einer Gas-oder Flüssigkeitssäule 196 / 13.4 Phasendifferenz bei einer harmonischen Welle 198 / 13.5 Auslenkungsamplitude von Luftmolekülen in einer Schallwelle 203 / 13.6 Schallpegel einer Schallwelle 210 / 13.7 Dopplereffekt eines hupenden, fahrenden Fahrzeuges 213 / 13.8 Richtung der Auslöschung, Verstärkung 220 / 15.1 Elektrische Feldstärke als Gradient der Potenzialfunktion einer Punktladung 270 / 15.2 Verschiebungsdichte und elektrische Feldstärke einer leitenden Kugel 276 / 15.3 Verschiebungsdichte und elektrische Feldstärke einer Koaxialleitung 277 / 15.4 Influenz im Plattenkondensator 280 / 15.5 Kapazität eines Kugelkondensators mit konzentrischen Kugelelektroden 286 / 15.6 Kapazität einer Koaxialleitung 288 / 16.1 Driftgeschwindigkeit der Elektronen in einem Metalldraht 296 / 16.2 Widerstand und Temperaturkoeffizient eines Metallwiderstandes bei verschiedenen Temperaturen 300 / 16.3 Ströme und Spannungen in einem Gleichstromkreis 308 / 16.4 Leistungen in einem Gleichstromkreis mit realer Spannungsquelle 309 / 17.1 Toroidspule mit Materiefüllung 319 / 17.2 Magnetische Induktion einer langen Zylinderspule 320 / 17.3 Magnetisches Moment einer langen Zylinderspule 322 / 17.4 Zeigerausschlag eines Drehspulmesswerkes 324 / 17.5 Kraft zwischen den Drähten einer zweiadrigen Leitung 325 / 18.1 Rotierende Leiterschleife im homogenen Magnetfeld 336 / 18.2 Einschaltstrom bei Spulen 338 / 18.3 Induktivität einer langen Zylinderspule 341 / 18.4 Toroidspule mit zwei Wicklungen als Transformator 341 / 18.5 Magnetische Energie einer Toroidspule 343 / 19.1 Bestimmung von Stoffmengen 364 / 19.2 Abhängigkeit der Dichte von Temperatur und Druck 365 / 19.3 Dichte von Helium bei Normbedingungen 365 / 19.4 Barometrische Höhenformel und Boltzmannfaktor 365 / 19.5 Mittlere quadratische Geschwindigkeit von H2 370 / 19.6 Plasmaphase von H2 370 / 20.1 Wärmeerzeugung mit einem Tauchsieder 388 / 20.2 Abwärme eines Widerstandes 388 / 20.3 Abstoppen einer Kugel im Sandsack 388 / 20.4 Kohlefeuerung 390 / 20.5 Aufwärmung einer Platte in der Sonne 390 / 20.6 Isotherme Expansion 392 / 20.7 Arbeit eines idealen Gases 394 / 21.1 Innere Energie und geleistete Arbeit bei Zustandsänderung des idealen Gases 399 / 21.2 Adiabatengleichung eines idealen Gases 400 / 21.3 Entropie eines idealen Gases 406 / 21.4 Zimmerheizung 417 / 22.1 Mischungstemperatur bei kleinem AT 423 / 22.2 Abkühlung eines Metallwerkstücks in Luft 427 / 22.3 Wärmedurchgang 432 / 22.4 Wärmeleitung durch eine Wand mit mehreren Schichten 432 / 23.1 Erwärmung eines Eisblocks 436