Seit mehr als 60 Jahren hat sich der „Stuart/Klages" als Lehrbuch bewährt. Das Erfolgskonzept der Autoren gilt auch für die 19. Auflage: Umfassend, klar und verständlich führen sie in die klassische Physik ein und vermitteln dabei auf anschauliche Art und Weise ein Verständnis für die physikalischen Zusammenhänge. Der Band enthält über 200 Aufgaben mit ausführlichen Lösungen und wurde für die aktuelle Auflage aktualisiert. Das Lehrbuch richtet sich insbesondere an Studierende im Nebenfach Physik.
Gerhard Klages hat in Freiburg und Berlin Physik, Mathematik und Chemie studiert. Er war Hochschulprofessor und langjähriger Abteilungsleiter im Institut für Physik der Universität Mainz.
/ AUS DEM INHALT: / / /
1 Einleitung 1
1.1 Abgrenzung und Aufgaben der Physik 1
1.2 Die Methodik der Physik 1
1.3 Bedeutung des Messens in der Physik 2
1.4 Fehlerangaben, Fehlerrechnung 3
Aufgaben 4
2 Allgemeine Mechanik 7
2.1 Messen und Maßeinheiten 7
2.1.1 Basisgrößen 7
2.1.2 Längen-und Winkelmessung 7
2.1.3 Basiseinheit von Zeit und Masse 9
Aufgaben 10
2.2 Bewegungslehre (Kinematik) 10
2.2.1 Geschwindigkeit 10
2.2.2 Beschleunigung 12
Aufgaben 13
2.3 Bewegung unter dem Einfluss von Kräften (Dynamik) 14
2.3.1 Träge Masse und Kraft 14
2.3.2 Schwere Masse und Gewicht 15
2.3.3 Wechselwirkungssatz, Impuls 16
2.3.4 Trägheitskräfte 17
2.3.5 Arbeit und Leistung 18
2.3.6 Mechanische Energie 19
Aufgaben 21
2.4 Einige besondere Bewegungsformen 21
2.4.1 Wurfbewegung 21
2.4.2 Gleichförmige Bewegung auf der Kreisbahn 22
2.4.3 Stoßvorgänge 23
Aufgaben 25
2.5 Kräfte am starren Körper (Statik) 25
2.5.1 Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften 25
2.5.2 Hebel, Drehmoment 26
2.5.3 Parallele Kräfte, Kräftepaar 27
2.5.4 Schwerpunkt 27
2.5.5 Gleichgewichtslagen 28
2.5.6 Die Waage 28
Aufgaben 29
2.6 Drehbewegung eines starren Körpers 29
2.6.1 Winkelbeschleunigung, Trägheitsmoment 29
2.6.2 Dynamisches Grundgesetz der Drehbewegung 30
2.6.3 Satz von der Erhaltung des Drehimpulses 31
2.6.4 Freie Drehachsen 32
2.6.5 Der Kreisel 32
Aufgaben 34
2.7 Allgemeine Gravitation 34
2.7.1 Gravitationsgesetz 34
2.7.2 Planetenbewegung 36
Aufgaben 36
3 Die mechanischen Eigenschaften der Stoffe und ihre molekulare Struktur 37
3.1 Der molekulare Aufbau der Stoffe und die molekularen Kräfte 37
3.1.1 Vorbemerkung 37
3.1.2 Allgemeines über Moleküle, Stoffmengen 37
3.1.3 Größe, Form und Kerngerüst der Moleküle 38
3.1.4 Einiges über die zwischenmolekularen Kräfte 40
3.1.5 Völumenbezogene Materiemengen 40
Aufgaben 42
3.2 Festkörper 42
3.2.1 Molekularer Bau, Kristallgitter 42
3.2.2 Elastische und plastische Körper 43
3.2.3 Hooke'sches Gesetz 43
3.2.4 Überelastische Beanspruchung 45
Aufgaben 46
3.3 Ruhende Flüssigkeiten (Hydrostatik) 47
3.3.1 Allgemeines, Ordnungszustand der Moleküle in Flüssigkeiten 47
3.3.2 Einstellung der Flüssigkeitsoberfläche 47
3.3.3 Der Druck in Flüssigkeiten 48
3.3.4 Auftrieb, Schwimmen 50
3.3.5 Oberflächenspannung 51
3.3.6 Benetzung, Kapillarität 52
Aufgaben 54
3.4 Ruhende Gase 54
3.4.1 Dichte, Druck und Volumen 54
3.4.2 Die Lufthülle der Erde und der Luftdruck 55
Aufgaben 57
3.5 Bewegungen in Flüssigkeiten und Gasen (Hydro-und Aerodynamik) 57
3.5.1 Stromfäden, laminare Strömung 57
3.5.2 Zähe Flüssigkeit, innere Reibung 58
3.5.3 Strömung von zähen Flüssigkeiten durch Rohre, Kugelfall 59
3.5.4 Geschwindigkeit und Druck in idealen Flüssigkeiten 61
3.5:5 Reale Flüssigkeiten, turbulente Strömung 63
Aufgaben 65
4 Schwingungs- und Wellenlehre, Akustik 67
4.1 Mechanische Schwingungen 67
4.1.1 Freie harmonische Schwingung, Pendel 67
4.1.2 Überlagerung von Schwingungen 69
4.1.3 Erzwungene Schwingungen, Resonanz 71
Aufgaben 72
4.2 Mechanische Wellen 72
4.2.1 Fortschreitende Wellen 72
4.2.2 Interferenz von Wellen 74
4.2.3 Stehende Wellen, Eigenschwingungen von Seilen und Luftsäulen 75
4.2.4 Interferenz und Beugung von Oberflächenwellen 78
4.2.5 Kugelwellen im Raum 80
Aufgaben 80
4.3 Akustik 81
4.3.1 Schallstärke, Schalldruck 81
4.3.2 Gehörempfindungen 82
4.3.3 Ausbreitung von Schallwellen 83
4.3.4 Ultraschall 86
Aufgaben 86
5 Wärmelehre 87
5.1 Thermometrie, Wärmeausdehnung, ideales Gas 87
5.1.1 Temperaturskala 87
5.1.2 Praktische Temperaturmessung 88
5.1.3 Wärmeausdehnung 89
5.1.4 Thermische Zustandsgieichung des idealen Gases 90
Aufgaben 92
5.2 Wärme und Arbeit 92
5.2.1 Wärmemenge, erster Hauptsatz der Wärmelehre 92
5.2.2 Wärmekapazität, Kalorimetrie 93
5.2.3 Spezifische Wärmekapazitäten und Energieinhalt von Gasen 95
5.2.4 Isotherme und adiabatische Kompression von Gasen 96
5.2.5 Camot'scher Kreisprozess 96
5.2.6 Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre, Entropie 98
Aufgaben 99
5.3 Wärme als ungeordnete Molekularbewegung 100
5.3.1 Ideale Gase, Druckformel, Boltzmann-Beziehung 100
5.3.2 Kinetische Wärmetheorie 101
5.3.3 Brown'sche Bewegung 103
5.3.4 Maxwell'sehe Geschwindigkeitsverteilung 104
5.3.5 Diffusion 105
5.3.6 Osmotischer Druck 106
Aufgaben 107
5.4 Änderungen des Aggregatzustandes 107
5.4.1 Schmelzen, Schmelzpunkt, Schmelzwärme 107
5.4.2 Flüssige Mischungen und Lösungen 108
5.4.3 Verdampfung, Sättigungsdruck, Sieden 109
5.4.4 Sublimation, Tripelpunkt 112
5.4.5 Feuchtigkeit der Luft, Absorption von Luft in Wasser 112
5.4.6 Isotherme Verflüssigung von realen Gasen 113
5.4.7 Tiefe Temperaturen 115
Aufgaben 116
5.5 Wärmeübertragung 117
5.5.1 Wärmeleitung 117
5.5.2 Konvektion 118
5.5.3 Wärmestrahlung 119
Aufgaben 119
6 Elektrizitätslehre 121
6.1 Elektrische Gleichströme 121
6.1.1 Elektrische Spannung und Stromstärke 121
6.1.2 Ohm'sches Gesetz 123
6.1.3 Stromverzweigung 124
6.1.4 Schaltungen und Messmethoden 125
Aufgaben 127
6.2 Das elektrische Feld 128
6.2.1 Elektrometer 128
6.2.2 Ladung und Spannung, Influenz 128
6.2.3 Elektrische Feldstärke 130
6.2.4 Elektrische Verschiebung 132
6.2.5 Kapazität eines Kondensators 133
6.2.6 Kugelkondensator, Coulomb'sches Gesetz 135
6.2.7 Elektrische Ladungen in der Materie 136
6.2.8 Materie im elektrischen Felde, dielektrische Eigenschaften der Moleküle 137
Aufgaben 139
6.3 Elektrische Leitungsvorgänge in Flüssigkeiten und Festkörpern 140
6.3.1 Elektrische Energie und Stromwärme 140
6.3.2 Elektrolytische Dissoziation, Ionenleitung 141
6.3.3 Faraday'sche Gesetze der Elektrolyse 143
6.3.4 Ionenwanderung und Ohm'sches Gesetz 143
6.3.5 Elektronenleitung der Metalle 144
6.3.6 Halbleiter 145
6.3.7 Transistor 147
Aufgaben 147
6.4 Herstellung elektrischer Spannungen durch Ladungstrennung 148
6.4.1 Prinzipielles 148
6.4.2 Lösungsdruck, Galvanische Elemente 148
6.4.3 Elektrolytische Polarisation, Akkumulator 150
6.4.4 Diffusions-und Membranspannungen 151
6.4.5 Kontaktspannungen 152.
6.4.6 Elektrokinetische Vorgänge 153
6.4.7 Thermospannungen 154
Aufgaben 155
6.5 Elektrizitätsleitung in Gasen und im Vakuum 155
6.5.1 Unselbstständige Leitung 155
6.5.2 Elektronenaustritt aus Metallen 156
6.5.3 Triode 157
6.5.4 Elektronenstrahlen, Braun'sche Röhre, Oszillograph 158
6.5.5 Glimmentladung 160
6.5.6 Elektrizitätsleitung bei höheren Drücken 162
Aufgaben 163
6.6 Das magnetische Feld 164
6.6.1 Magnetische Grundeigenschaften 164
6.6.2 Magnetfeld eines Stromes 165
6.6.3 Kraftwirkungen auf Ströme im Magnetfeld 167
6.6.4 Anwendung der magnetischen Kraft
bei Messinstrumenten 170
6.6.5 Grundtatsachen der elektromagnetischen Induktion 171
6.6.6 Das Induktionsgesetz 172
6.6.7 Induktionsströme, Wirbelströme 174
6.6.8 Gegenseitige Induktion und Selbstinduktion 175
6.6.9 Magnetische Eigenschaften der Stoffe 176
Aufgaben 179
6.7 Wechselspannungen und Wechselströme 179
6.7.1 Wechselstromkreis mit Ohm'schem Widerstand 179
6.7.2 Induktiver und kapazitiver Widerstand 181
6.7.3 Transformator 183
6.7.4 Starkstrommaschinen 184
6.7.5 Elektroakustische Geräte 186
Aufgaben 187
6.8 Hochfrequente Schwingungen und Wellen 188
6.8.1 Elektrischer Schwingkreis 188
6.8.2 Erzeugung von hochfrequenten Schwingungen 189
6.8.3 Wellen auf Leitungen 190
6.8.4 Elektromagnetische Wellen im freien Raum 191
6.8.5 Elektrischer Strahlungsdipol 194
6.8.6 Anwendung elektromagnetischer Schwingungen und Wellen 194
Aufgaben 196
7 Optik und allgemeine Strahlungslehre 197
7.1 Die Natur des Lichtes und die Grundgesetze der Lichtausbreitung 197
7.1.1 Die Natur des Lichtes 197
7.1.2 Grundlagen der geometrischen Optik 197
7.1.3 Lichtgeschwindigkeit 199
7.1.4 Reflexion des Lichtes 200
7.1.5 Brechung des Lichtes 201
7.1.6 Totalreflexion 202
7.1.7 Dispersion 203
7.1.8 Farben 204
Aufgaben 205
7.2 Optische Abbildungen 205
7.2.1 Sphärische Spiegel 205
7.2.2 Abbildung durch dünne Linsen 207
7.2.3 Brechkraft von Linsen und Linsensystemen 210
7.2.4 Dicke Linsen 211
7.2.5 Abbildung durch eine einzige Kugelfläche 212
7.2.6 Abbildungsfehler 213
Aufgaben 214
7.3 Optischeinstrumente 215
7.3.1 Vorbemerkung über den Einfluss der Beugung und über die Bündelbegrenzung durch Blenden 215
7.3.2 Photoapparat 216
7.3.3 Projektor 217
7.3.4 Das Auge als optisches System 217
7.3.5 Die Lupe 219
7.3.6 Das Mikroskop 220
7.3.7 Das Femrohr 224
7.3.8 Spektrometer 226
Aufgaben 226
7.4 Wellenoptik 226
7.4.1 Interferenzversuche mit kohärentem Licht 226
7.4.2 Farben dünner Blättchen, Newton'sche Ringe 228
7.4.3 Beugung am Gitter 229
7.4.4 Beugung an kleinen Öffnungen und Hindernissen 231
7.4.5 Linear polarisiertes Licht 235
7.4.6 Polarisation durch Reflexion und Streuung 236
7.4.7 Doppelbrechung 238
7.4.8 Drehung der Polarisationsebene, optische Aktivität 240
7.4.9 Elliptisch polarisiertes Licht 241
Aufgaben 242
7.5 Elektromagnetisches Spektrum 242
7.5.1 Übersicht über das gesamte Spektrum 242
7.5.2 Infrarotes Licht (IR) 244
7.5.3 Gesetze der Temperaturstrahlung 244
7.5.4 Strahlungsleistung, Photometrie 246
7.5.5 Fluoreszenz und Phosphoreszenz 248
7.5.6 Ultraviolettes Licht (UV) 249
7.5.7 Röntgenstrahlung 250
7.5.8 Röntgeninterferenzen an Kristallen 253
Aufgaben 255
7.6 Korpuskulareigenschaften des Lichtes 255
7.6.1 Der lichtelektrische Effekt, Photoeffekt 255
7.6.2 Das Photon 256
7.6.3 Ionisation durch Röntgenstrahlen, Strahlungsdosis 258
7.6.4 Laser 260
7.6.5 Dualismus von Korpuskel und Welle 261
Aufgaben 263
8 Grundzüge der Atom- und Molekülphysik 265
8.1 Die Spektren und die Elektronenhülle der Atome 265
8.1.1 Emissions- und Absorptionsspektren 265
8.1.2 Linienspektren der Atome 266
8.1.3 Atombau und periodisches System der Elemente 268
8.1.4 Röntgenspektren 269
8.1.5 Das Atom in wellenmechanischer Darstellung 271
Aufgaben 272
8.2 Molekülspektren 272
8.2.1 Rotationsspektren 273
8.2.2 Molekülschwingungen 276
8.2.3 Rotationsschwingungsspektren 278
8.2.4 Elektronenübergänge, Bandenspektren 279
8.2.5 Raman-Streuung 281
Aufgaben 282
8.3 Der Atomkern und seine Umwandlungen 282
8.3.1 Aufbau der Atomkerne 282
8.3.2 Natürliche Radioaktivität, Nebelkammer, Zählrohr 284
8.3.3 Der radioaktive Zerfall 286
8.3.4 Paarbildung, Massendefekt der Kerne 288
8.3.5 Kernreaktionen und künstliche Radioaktivität 290
8.3.6 Kernspaltung, Transurane 293
8.3.7 Kernreaktor, Neutronen 295
8.3.8 Teilchenbeschleuniger 297
8.3.9 Elementarteilchen 298
Aufgaben 301
8.4 Einiges zur Relativitätstheorie 301
8.4.1 Das Relativitätsprinzip 301
8.4.2 Raum und Zeit 303
8.4.3 Masse und Energie 306
8.4.4 Photon im homogenen Schwerefeld 307
8.4.5 Zur allgemeinen Relativitätstheorie 309
Aufgaben 310
Anhang 313
Wichtige Konstanten der Physik 313
Basisgrößen und -einheiten des Internationalen Einheitensystems
(SI: Systeme international d'unites) 314
Ergänzende SI-Einheiten 314
Abgeleitete SI-Einheiten,
für die besondere Bezeichnungen eingeführt worden sind 314
Periodisches System der Elemente 315
Lösungen der Aufgaben 316
Sachverzeichnis 325