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(Verlagstext)

Tipler Physik dient bereits Generationen von Studierenden der Natur- und Ingenieurwissenschaften als Lern-, Lehr- und Nachschlagewerk. Angehende oder sich bereits im Studium befindliche Bachelorstudierende mit Physik, Ingenieurwissenschaften oder verwandter Gebiete, egal ob im Haupt- oder Nebenfach profitieren von ausführlichen und leicht nachvollziehbaren Erklärungen. Schritt für Schritt werden Beispiele vorgerechnet, zusätzlich oft auch mithilfe der Software MATLAB®. Zudem werden die physikalischen Inhalte mit wertvollen Tipps und Tricks vervollständigt. Alle Gebiete der Physik werden behandelt und zwar genau richtig – nicht zu viel um einen guten Einstieg zu ermöglichen und nicht zu wenig, um einen soliden Überblick zu erhalten.

 

Wer im Studium, Schule oder Beruf sich mit physikalischen Fragestellungen befasst, dem sollte Tipler Physik in Bücherregal nicht fehlen.

 

Aus dem Inhalt:

I Physikalische Größen und Messungen/ / 1 Physikalische Größen und Messungen 3/ 1.1 Vom Wesen der Physik 5/ 1.2 Maßeinheiten 7/ 1.3 Dimensionen physikalischer Größen 11/ 1.4 Signifikante Stellen und Größenordnungen 13/ 1.5 Messgenauigkeit und Messfehler 16/ Im Kontext: Naturkonstanten und das Internationale Einheitensystem (Sl) 25/ Zusammenfassung 27/ Aufgaben 28/ / II Mechanik/ / 2 Mechanik von Massenpunkten 33/ 2.1 Verschiebung 35/ 2.2 Geschwindigkeit 37/ 2.3 Beschleunigung 49/ 2.4 Gleichförmig beschleunigte Bewegung in einer Dimension 53/ 2.5 Gleichförmig beschleunigte Bewegung in mehreren Dimensionen 62/ Im Kontext: Nutzung von GNSS in der Landwirtschaft - der Schlüssel zu Precision/ Farming, Smart Farming und Digital Farming 72/ Zusammenfassung 74/ Aufgaben 75/ / 3 Die Newton’schen Axiome 79/ 3.1 Das erste Newton’sche Axiom: Das Trägheitsgesetz 81/ 3.2 Kraft und Masse 82/ 3.3 Das zweite Newton’sche Axiom 86/ 3.4 Gravitationskraft und Gewicht 89/ 3.5 Kräftediagramme und ihre Anwendung 90/ 3.6 Das dritte Newton’sche Axiom 96/ 3.7 Kräfte bei der Kreisbewegung 96/ Im Kontext: Achterbahnen auf Geschwindigkeitsjagd 102/ Zusammenfassung 103/ Aufgaben 104/ / 4 Weitere Anwendungen der Newton’schen Axiome 107/ 4.1 Reibung 109/ 4.2 Widerstandskräfte 119/ 4.3 Trägheits- oder Scheinkräfte 123/ 4.4 Die Gravitationskraft und die Kepler’schen Gesetze 128/ 4.5 Das Gravitationsfeld 138/ Im Kontext: Bremsenquietschen und Erdbeben - Probleme von Reibungsinstabilitäten 145/ Zusammenfassung 146/ Aufgaben 147/ / 5 Energie und Arbeit 151/ 5.1 Arbeit 153/ 5.2 Leistung 161/ 5.3 Kinetische Energie 162/ 5.4 Potenzielle Energie 167/ 5.5 Energieerhaltung 175/ Im Kontext: Pumpspeicherkraftwerke (PSpKW) - Energie auf Abruf im Kontext/ der Energiewende 187/ Zusammenfassung 189/ Aufgaben 190/ / 6 Der Impuls 193/ 6.1 Impulserhaltung 195/ 6.2 Stoßarten 199/ 6.3 Kraftstoß und zeitliches Mittel der Kraft 200/ 6.4 Inelastische Stöße 203/ 6.5 Elastische Stöße 205/ Im Kontext: Der Impuls im Fahrzeugcrash 212/ Zusammenfassung 214/ Aufgaben 215/ / 7 Teilchensysteme 219/ 7.1 Mehrkörperprobleme 221/ 7.2 Der Massenmittelpunkt 224/ 7.3 Massenmittelpunktsbewegung und Impulserhaltung 230/ 7.4 Massenmittelpunktsarbeit und Energieerhaltung 233/ 7.5 * Stöße im Schwerpunktsystem 238/ 7.6 Systeme mit veränderlicher Masse und Strahlantrieb 240/ Im Kontext: Neuheiten bei Strahltriebwerken 245/ Zusammenfassung 248/ Aufgaben 249/ / 8 Drehbewegungen 253/ 8.1 Kinematikder Drehbewegung: Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung 255/ 8.2 Die kinetische Energie der Drehbewegung 260/ 8.3 Berechnung von Trägheitsmomenten 261/ 8.4 Das Drehmoment 269/ 8.5 Gleichgewicht und Stabilität 279/ 8.6 Der Drehimpuls 283/ 8.7 Die Drehimpulserhaltung 290/ 8.8 Rollende Körper 296/ 8.9 Der Kreisel 302/ Im Kontext: Die Kunst, Pulsare zu recyceln 306/ Zusammenfassung 308/ Aufgaben 310/ / 9 Mechanikdeformierbarer Körper 315/ 9.1 Spannung und Dehnung 317/ 9.2 Kompression 320/ 9.3 Scherung 321/ 9.4 Zusammenhang zwischen E, K, G und u 322/ 9.5 Elastische Energie und Hysterese 324/ 9.6 Biegung 324/ Im Kontext: Kohlenstoffnanoröhrchen: Klein und kräftig 331/ Zusammenfassung 333/ Aufgaben 334/ / 10 Fluide 337/ 10.1 Dichte 339/ 10.2 Druck in einem Fluid 341/ 10.3 Auftrieb und archimedisches Prinzip 348/ 10.4 Molekulare Phänomene 353/ 10.5 Bewegte Fluide ohne Reibung 354/ 10.6 Bewegte Fluide mit Reibung 361/ 10.7 *Turbulenz 367/ Im Kontext: Coil-Rope-Effekt - Weshalb sich Honig wickelt wie ein Seil 370/ Zusammenfassung 372/ Aufgaben 374/ / III Schwingungen und Wellen/ 11 Schwingungen 379/ 11.1 Harmonische Schwingungen 381/ 11.2 Energie des harmonischen Oszillators 388/ 11.3 Beispiele für schwingende Systeme 391/ 11.4 Gedämpfte Schwingungen 401/ 11.5 Erzwungene Schwingungen und Resonanz 406/ Im Kontext: Erdbebengerechtes Bauen in Japan-Von der Pagode zum Hochhaus 413/ Zusammenfassung 415/ Aufgaben 416/ / 12 Wellen 421/ 12.1 Einfache Wellenbewegungen 423/ 12.2 Periodische Wellen, harmonische Wellen 431/ 12.3 Energietransport und Intensität 435/ 12.4 Der Doppler-Effekt 440/ 12.5 Wellenausbreitung an Hindernissen 445/ 12.6 Überlagerung von Wellen 452/ 12.7 Stehende Wellen 460/ 12.8 *Harmonische Zerlegung und Wellenpakete 468/ Im Kontext: Die Physik der Musikinstrumente 474/ Zusammenfassung 476/ Aufgaben 480/ / IV Thermodynamik/ 13 Temperatur und der Nullte Hauptsatz der Thermodynamik 487/ 13.1 Temperatur und der Nullte Hauptsatz 489/ 13.2 Temperaturmessgeräte und Temperaturskalen 490/ 13.3 Thermische Ausdehnung 494/ Im Kontext: Negative absolute Temperaturen 499/ Zusammenfassung 500/ Aufgaben 501/ / 14 Die kinetische Gastheorie 503/ 14.1 Die Zustandsgleichung für das ideale Gas 505/ 14.2 Druck und Teilchengeschwindigkeit 511/ 14.3 Der Gleichverteilungssatz 517/ 14.4 Die mittlere freie Weglänge 517/ 14.5 *Die Van-der-Waals-Gleichung und Flüssigkeits-Dampf-Isothermen 519/ Im Kontext: Stau - Ein Beispiel für ein Vielteilchensystem 522/ Zusammenfassung 525/ Aufgaben 526/ / 15 Wärme und der Erste Hauptsatz der Thermodynamik 529/ 15.1 Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität 531/ 15.2 Phasenübergänge und latente Wärme 534/ 15.3 Phasendiagramme 536/ 15.4 Joules Experiment und der Erste Hauptsatz der Thermodynamik 537/ 15.5 Die innere Energie eines idealen Gases 539/ 15.6 Volumenarbeit und das p-V-Diagramm eines Gases 540/ 15.7 Wärmekapazitäten von Festkörpern 544/ 15.8 Wärmekapazitäten von Gasen 545/ 15.9 Die reversible adiabatische Expansion eines Gases 550/ Im Kontext: Bleibt bei der Expansion des Universums die Gesamtenergie erhalten? 554/ Zusammenfassung 556/ Aufgaben 558/ / 16 Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik 561/ 16.1 Wärmekraftmaschinen und der Zweite Hauptsatz 563/ 16.2 Kältemaschinen und der Zweite Hauptsatz 568/ 16.3 Der Carnot’sche Kreisprozess 570/ 16.4 *Wärmepumpen 575/ 16.5 Irreversibilität, Unordnung und Entropie 576/ 16.6 Entropie und die Verfügbarkeit der Energie 582/ 16.7 Entropie und Wahrscheinlichkeit 582/ 16.8 *Der Dritte Hauptsatz 583/ Im Kontext: Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik - warum es kein Patent/ auf ein Perpetuum mobile geben kann 585/ Zusammenfassung 587/ Aufgaben 588/ / 17 Wärmeübertragung 591/ 17.1 Wärmeübertragungsarten 593/ 17.2 Wärmeleitung 593/ 17.3 Konvektion 599/ 17.4 Wärmestrahlung 599/ Im Kontext: Die städtische Wärmeinsel 602/ Zusammenfassung 604/ Aufgaben 605/ / V Elektrizität und Magnetismus/ 18 Das elektrische Feld I: Diskrete Ladungsverteilungen 609/ 18.1 Die elektrische Ladung 611/ 18.2 Leiter und Nichtleiter 614/ 18.3 Das Coulomb’sche Gesetz 615/ 18.4 Das elektrische Feld 619/ 18.5 Elektrische Feldlinien 627/ 18.6 Wirkung von elektrischen Feldern auf Ladungen 631/ Im Kontext: Das elektrische Feld und die Verbrechensaufklärung 637/ Zusammenfassung 639/ Aufgaben 640/ / 19 Das elektrische Feld II: Kontinuierliche Ladungsverteilungen 643/ 19.1 Das Konzept der Ladungsdichte 645/ 19.2 Berechnung von E mit dem Coulomb’schen Gesetz 645/ 19.3 Das Gauß’sche Gesetz 651/ 19.4 Berechnung von E mit dem Gauß’schen Gesetz 655/ 19.5 Diskontinuität von En 660/ / 19.6 Ladung und Feld auf Leiteroberflächen 661/ 19.7 *Die Äquivalenz des Gauß'schen und des Coulomb'schen Gesetzes 664/ Im Kontext: Warum Gewitter nicht überall gleich häufig auftreten 666/ Zusammenfassung 668/ Aufgaben 669/ / 20 Das elektrische Potenzial 673/ 20.1 Die Potenzialdifferenz 675/ 20.2 Das Potenzial eines Punktladungssystems 678/ 20.3 Die Berechnung des elektrischen Felds aus dem Potenzial 684/ 20.4 Die Berechnung des elektrischen Potenzials dkontinuierlicher Ladungsverteilungen 687/ 20.5 Äquipotenzialflächen 695/ 20.6 Die elektrische Energie 701/ Im Kontext: Blitze am Saturn 704/ Zusammenfassung 706/ Aufgaben 708/ / 21 Die Kapazität 711/ 21.1 Die Kapazität 713/ 21.2 Speicherung elektrischer Energie 717/ 21.3 Kondensatoren, Batterien und elektrische Stromkreise 721/ 21.4 Dielektrika 729/ 21.5 Molekulare Betrachtung von Dielektrika 735/ Im Kontext: „Kapazität" - von der Schwierigkeit, elektrische Energie zu speichern 740/ Zusammenfassung 742/ Aufgaben 743/ / 22 Elektrischer Strom - Gleichstromkreise 747/ 22.1 Elektrischer Strom und die Bewegung von Ladungsträgern 749/ 22.2 Widerstand und Ohm'sches Gesetz 753/ 22.3 Energetische Betrachtung elektrischer Stromkreise 757/ 22.4 Zusammenschaltung von Widerständen 762/ 22.5 Die Kirch hoff ‘schen Regeln 768/ 22.6 RC-Stromkreise 778/ Im Kontext: Elektromobilität -ein Thema in Bewegung 785/ Zusammenfassung 787/ Aufgaben 788/ / 23 Das Magnetfeld 793/ 23.1 Die magnetische Kraft 795/ 23.2 Die Bewegung einer Punktladung in einem Magnetfeld 801/ 23.3 Das auf Leiterschleifen und Magnete ausgeübte Drehmoment 809/ 23.4 *Der Hall-Effekt 813/ Im Kontext: Wie geomagnetische Stürme die Orientierung von Pottwalen stören können 817/ Zusammenfassung 819/ Aufgaben 820/ / 24 Quellen des Magnetfelds 823/ 24.1 Das Magnetfeld bewegter Punktladungen 825/ 24.2 Das Magnetfeld von Strömen: Das Biot-Savart’sche Gesetz 826/ 24.3 Der Gauß’sche Satz für Magnetfelder 841/ 24.4 Das Ampere'sche Gesetz 842/ 24.5 Magnetismus in Materie 847/ Im Kontext: Magnetfelder für die Forschung 857/ Zusammenfassung 859/ Aufgaben 861/ / 25 Die magnetische Induktion 865/ 25.1 Der magnetische Fluss 867/ 25.2 Induktionsspannung und Faraday'sches Gesetz 868/ 25.3 Die Lenz’sche Regel 872/ 25.4 Induktion durch Bewegung 876/ 25.5 Wirbelströme 881/ 25.6 Induktivität 882/ 25.7 Die Energie des Magnetfelds 884/ 25.8 RL-Stromkreise 886/ Im Kontext: Energiesparen mit dem Induktionsherd 890/ Zusammenfassung 892/ Aufgaben 893/ / 26 Wechselstromkreise 897/ 26.1 Wechselspannung an einem Ohm’schen Widerstand 899/ 26.2 Wechselstromkreise 902/ 26.3 Der Transformator 905/ 26.4 LC- und RLC-Stromkreise ohne Wechselspannungsquelle 908/ 26.5 "Zeigerdiagramme 913/ 26.6 *Erzwungene Schwingungen in RLC-Stromkreisen 914/ Im Kontext: Smart Grids - Herausforderungen an das Stromnetz durch die Energiewende 922/ Zusammenfassung 924/ Aufgaben 925/ / 27 Die Maxwell’schen Gleichungen - Elektromagnetische Wellen 931/ 27.1 Der Maxwell’sche Verschiebungsstrom 933/ 27.2 Die Maxwell’schen Gleichungen 936/ 27.3 Die Wellengleichung für elektromagnetische Wellen 937/ 27.4 Elektromagnetische Strahlung 941/ Im Kontext: Kreisel im Magnetfeld 951/ Zusammenfassung 952/ Aufgaben 953/ / VI Optik/ 28 Eigenschaften des Lichts 957/ 28.1 Die Lichtgeschwindigkeit 959/ 28.2 Die Ausbreitung des Lichts 962/ 28.3 Reflexion und Brechung 962/ 28.4 *Herleitung des Reflexions- und des Brechungsgesetzes 972/ 28.5 Polarisation 975/ 28.6 Lichtspektren 982/ Im Kontext: Licht als Werkzeug in der Biophysik 984/ Zusammenfassung 986/ Aufgaben 987/ / 29 Geometrische Optik 991/ 29.1 Spiegel 992/ 29.2 Linsen 1002/ 29.3 Abbildungsfehler 1015/ 29.4 Optische Instrumente 1016/ Im Kontext: Hieroglyphen aus Licht 1024/ Zusammenfassung 1026/ Aufgaben 1028/ / 30 Interferenz und Beugung 1033/ 30.1 Phasendifferenz und Kohärenz 1035/ 30.2 Interferenz an dünnen Schichten 1036/ 30.3 Interferenzmuster beim Doppelspalt 1039/ 30.4 Beugungsgitter 1042/ 30.5 Fraunhofer’sche und Fresnel'sche Beugung 1044/ 30.6 Beugungsmuster beim Einzelspalt 1046/ 30.7 *Vektoraddition harmonischer Wellen 1050/ 30.8 Beugung und Auflösung 1056/ Im Kontext: Interferenz in der optischen Messtechnik 1060/ Zusammenfassung 1062/ Aufgaben 1063/ / VII Einsteins Relativitätstheorien/ / 31 Die Relativitätstheorien 1069/ 31.1 Das Relativitätsprinzip 1071/ 31.2 Die Einstein’schen Postulate 1072/ 31.3 Die Lorentz-Transformation 1073/ 31.4 Uhrensynchronisation und Gleichzeitigkeit 1080/ 31.5 Die Geschwindigkeitstransformation 1086/ 31.6 *Der relativistische Impuls 1089/ 31.7 *Die relativistische Energie 1091/ 31.8 *Minkowski-Diagramme 1096/ 31.9 *Die allgemeine Relativitätstheorie 1098/ Im Kontext: Die Glocken des Universums - Neutronensterne und Schwarze Löcher 1102/ Zusammenfassung 1105/ Aufgaben 1107/ / VIII Quantenmechanik/ / 32 Einführung in die Quantenphysik 1111/ 32.1 Wellen und Teilchen 1113/ 32.2 Licht als Teilchen: Photonen 1113/ 32.3 Teilchen als Materiewellen 1118/ 32.4 Die Schrödinger-Gleichung 1121/ 32.5 Der Welle-Teilchen-Dualismus 1124/ 32.6 *Erwartungswerte und klassischer Grenzfall 1125/ Im Kontext: Zwischen Quantenmechanik und klassischer Mechanik 1130/ Zusammenfassung 1131/ Aufgaben 1132/ / 33 Anwendungen der Schrödinger-Gleichung 1135/ 33.1 Ein Teilchen im Kasten mit unendlich hohem Potenzial 1137/ 33.2 Ein Teilchen im Kasten mit endlich hohem Potenzial 1140/ 33.3 Der harmonische Oszillator 1142/ 33.4 Reflexion und Transmission von Elektronenwellen an Potenzialbarrieren 1145/ 33.5 *Die Schrödinger-Gleichung in drei Dimensionen 1150/ 33.6 Die Schrödinger-Gleichung für zwei identische Teilchen 1153/ Im Kontext: Spinnetzwerke und -schäume: Auf der Suche nach einer Quantisierung der / Relativitätstheorie 1155/ Zusammenfassung 1157/ Aufgaben 1158/ / IX Atome und Moleküle/ / 34 Atome 1163/ 34.1 Das Atom und die Atomspektren 1165/ 34.2 Das Bohr’sche Modell des Wasserstoffatoms 1166/ 34.3 Quantentheorie der Atome 1170/ 34.4 Quantentheorie des Wasserstoffatoms 1172/ 34.5 *Spin-Bahn-Kopplung und Feinstruktur 1179/ 34.6 Das Periodensystem der Elemente 1181/ 34.7 Spektren im sichtbaren und im Röntgenbereich 1190/ 34.8 Laser 1194/ Im Kontext: Superschwere Elemente 1198/ Zusammenfassung 1200/ Aufgaben 1202/ / 35 Moleküle 1205/ 35.1 Die chemische Bindung 1206/ 35.2 *Mehratomige Moleküle 1213/ 35.3 *Energieniveaus und Spektren zweiatomiger Moleküle 1215/ 35.4 *Freiheitsgrade und der Gleichverteilungssatz 1221/ Im Kontext: Molekülschwingungen und Infrarotspektroskopie 1225/ Zusammenfassung 1227/ Aufgaben 1228/ / X Festkörperphysik/ / 36 Festkörper 1233/ 36.1 Die Struktur von Festkörpern 1234/ 36.2 Kristallgitter 1234/ 36.3 Streuung an periodischen Strukturen 1238/ Im Kontext: Die Wunderwelt des Kohlenstoffs 1240/ Zusammenfassung 1242/ Aufgaben 1242/ / 37 Elektrische Eigenschaften von Festkörpern 1245/ 37.1 Eine mikroskopische Betrachtung der elektrischen Leitfähigkeit 1247/ 37.2 Freie Elektronen im Festkörper 1249/ 37.3 Die Quantentheorie der elektrischen Leitfähigkeit 1255/ 37.4 Das Bändermodell der Festkörper 1256/ 37.5 Halbleiter 1259/ 37.6 *Halbleiterübergangsschichten und Bauelemente 1260/ 37.7 *Supraleitung 1265/ 37.8 *Die Fermi-Dirac-Verteilung 1268/ Im Kontext: Supraleitung und Magnetismus 1271/ Zusammenfassung 1272/ Aufgaben 1274/ / XI Kern- und Teilchenphysik/ / 38 Kernphysik 1279/ 38.1 Eigenschaften der Kerne 1281/ 38.2 Radioaktivität 1284/ 38.3 Kernreaktionen 1290/ 38.4 Kernspaltung und Kernfusion 1292/ 38.5 Dosimetrie 1299/ Im Kontext: Energie aus der Fusion schwerer Wasserstoffkerne - das Großexperiment/ Wendelstein 7-X 1302/ Zusammenfassung 1304/ Aufgaben 1305/ / 39 *Teilchenphysik 1309/ 39.1 *Hadronen und Leptonen 1311/ 39.2 *Spin und Antiteilchen 1313/ 39.3 "Erhaltungssätze 1315/ 39.4 *Quarks 1318/ 39.5 *Feldquanten 1321/ 39.6 *Die Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung 1321/ 39.7 *Das Standardmodell 1323/ 39.8 *Moderne Teilchenbeschleuniger und Detektoren 1324/ Im Kontext: Die Suche nach dem Higgs 1332/ Im Kontext: Auf Neutrinosuche mit dem weltgrößten Eiswürfel 1334/ Zusammenfassung 1336/ Aufgaben 1337