Der vorliegende erste Band enthält die Mechanik, Akustik (Schwingungen und Wellen) und Wärmelehre. Die Sammlung von Aufgaben soll dem Leser Hilfestellung beim Verständnis der dargestellten Physik geben und darüber hinaus einige ergänzende Informationen liefern.
Das Buch wendet sich an Studierende ebenso wie an Dozenten und Lehrer sowie "weitere physikalisch interessierte Kreise".
Aus dem Inhalt:
Teil I Mechanik / 1 Einführung, Längen- und Zeitmessung 3 / 1.1 Einführung 3 / 1.2 Messung von Längen, echte Längenmessung 4 / 1.3 Die Längeneinheit Meter 6 / 1.4 Unechte Längenmessung bei sehr großen Längen 7 / 1.5 Winkelmessung 9 / 1.6 Zeitmessung, echte Zeitmessung 10 / 1.7 Uhren, graphische Aufzeichnung 11 / 1.8 Messung periodischer Folgen gleicher Zeiten und Längen 13 / 1.9 Unechte Zeitmessung 15 / Aufgaben 16 // 2 Darstellung von Bewegungen, Kinematik 17 / 2.1 Definition von Bewegung, Bezugssystem 17 / 2.2 Definition der Geschwindigkeit, Beispiel einer Geschwindigkeitsmessung 18 / 2.3 Definition der Beschleunigung, die beiden Grenzfälle 20 / 2.4 Bahnbeschleunigung, gerade Bahn 22 / 2.5 Konstante Radialbeschleunigung, Kreisbahn 27 / 2.6 Die Unterscheidung physikalischer Größen und ihrerZahlenwerte 28 / 2.7 Grundgrößen und abgeleitete Größen 29 / Aufgaben 30 // 3 Grundlagen der Dynamik 33 / 3.1 Kraft und Masse 33 / 3.2 Messverfahren für Kraft und Masse, die Grundgleichung der Mechanik 36 / 3.3 Einheiten von Kraft und Masse, Größengleichungen 39 / 3.4 Dichte und spezifisches Volumen 40 / Aufgaben 40 // 4 Anwendungen der Grundgleichung 43 / 4.1 Konstante Beschleunigung auf gerader Bahn 43 / 4.2 Kreisbahn, Radialkraft 46 / 4.3 Sinusförmige Schwingungen, Schwerependel als Sonderfall 52 / 4.4 Zentralbewegungen 56 / 4.5 Ellipsenbahnen, elliptisch polarisierte Schwingungen 58 / 4.6 LissAJOUS-Bahnen 60 / 4.7 Die KEPLER-Ellipse und das Gravitationsgesetz 61 / 4.8 Die Konstante des Gravitationsgesetzes 62 / 4.9 Gravitationsgesetz und Himmelsmechanik 64 / A ufgaben 67 // 5 Drei nützliche Begriffe: Arbeit, Energie, Impuls 69 / 5.1 Vorbemerkung 69 / 5.2 Arbeit und Leistung 69 / 5.3 Energie und Energiesatz 73 / 5.4 Erste Anwendungen des mechanischen Energiesatzes 76 / 5.5 Kraftstoß und Impuls 77 / 5.6 Der Impulssatz 78 / 5.7 Erste Anwendungen des Impulssatzes 79 / 5.8 Impuls- und Energiesatz beim elastischen Stoß von Körpern 81 / 5.9 Der Impulssatz beim unelastischen Stoß zweier Körper und das Stoßpendel 82 / 5.10 Nichtzentraler Stoß 84 / 5.11 Bewegungen gegen energieverzehrende Widerstände 84 / 5.12 Erzeugung von Kräften ohne und mit Leistungsaufwand 88 / 5.13 Schlussbemerkung 89 / A ufgaben 90 // 6 Drehbewegungen fester Körper 93 / 6.1 Vorbemerkung 93 / 6.2 Definition des Drehmomentes 93 / 6.3 Herstellung bekannter Drehmomente, die Winkelrichtgröße D*. die Winkelgeschwindigkeit o> als Vektor 96 / 6.4 Trägheitsmoment, Grundgleichung für Drehbewegungen, Drehschwingungen 99 / 6.5 Das physikalische Pendel und die Balkenwaage 104 / 6.6 Der Drehimpuls 106 / 6.7 Freie Achsen 110 / 6.8 Freie Achsen bei Mensch und Tier 113 / 6.9 Definition des Kreisels und seiner drei Achsen 114 / 6.10 Die Mutation des kräftefreien Kreisels und sein raumfester Drehimpuls 116 / 6.11 Kreisel unter Einwirkung von Drehmomenten, die Präzession der Drehimpulsachse 119 / 6.12 Präzessionskegel mit Mutationen 124 / 6.13 Kreisel mit nur zwei Freiheitsgraden 126 / Aufgaben 128 // 7 Beschleunigte Bezugssysteme 131 / 7.1 Vorbemerkung, Trägheitskräfte 131 / 7.2 Bezugssystem mit reiner Bahnbeschleunigung 132 / 7.3 Bezugssystem mit reiner Radialbeschleunigung, Zentrifugalkraft und CORions-Kraft 135 / 7.4 Fahrzeuge als beschleunigte Bezugssysteme 143 / 7.5 Das Schwerependel als Lot in beschleunigten Fahrzeugen 146 / 7.6 Die Erde als beschleunigtes Bezugssystem: Zentrifugalbeschleunigung ruhender Körper 148 / 7.7 Die Erde als beschleunigtes Bezugssystem: CORious-Beschleunigung / bewegter Körper 150 / Aufgaben 153 // 8 Einige Eigenschaften fester Körper 155 / 8.1 Vorbemerkung 155 / 8.2 Elastische Verformung, Fließen und Verfestigung 155 / 8.3 HooKE'sches Gesetz und PoissoN'sche Beziehung 157 / 8.4 Scherung 158 / 8.5 Normal-, Schub- und Hauptspannung 159 / 8.6 Biegung und Verdrillung (Torsion) 162 / 8.7 Zeitabhängigkeit der Verformung, elastische Nachwirkung und Hysterese 167 / 8.8 Zerreißfestigkeit und spezifische Oberflächenarbeit fester Körper 169 / 8.9 Haft- und Gleitreibung 171 / 8.10 Rollreibung 174 / Aufgaben 175 // 9 Ruhende Flüssigkeiten und Gase 177 / 9.1 Die freie Verschiebbarkeit der Flüssigkeitsmoleküle 177 / 9.2 Druck in Flüssigkeiten, Manometer 180 / 9.3 Allseitigkeit des Drucks und Anwendungen 182 / 9.4 Druckverteilung im Schwerefeld und Auftrieb 185 / 9.5 Der Zusammenhalt der Flüssigkeiten, ihre Zerreißfestigkeit, spezifische Oberflächenarbeit und Oberflächenspannung 188 / 9.6 Gase als Flüssigkeiten geringer Dichte ohne Oberfläche, BOYLE-MARiOTTE'sches Gesetz 195 / 9.7 Modell eines Gases, der Gasdruck als Folge der ungeordneten Bewegung (¿Wärmebewegung") 198 / 9.8 Grundgleichung der kinetischen Gastheorie, Geschwindigkeit der Gasmoleküle 199 / 9.9 Die Lufthülle der Erde, der Luftdruck in Schauversuchen 201 / 9.10 Druckverteilung der Gase im Schwerefeld, barometrische Höhenformel 205 / 9.11 Der statische Auftrieb in Gasen 207 / 9.12 Gase und Flüssigkeiten in beschleunigten Bezugssystemen 209 / Aufgaben 211 // 10 Bewegungen inFlüssigkeitenund Gasen 215 / 10.1 Drei Vorbemerkungen 215 / 10.2 Innere Reibung und Grenzschicht 216 / 10.3 Laminare, unter entscheidender Mitwirkung der Reibung entstehende Flüssigkeitsbewegung 218 / 10.4 Die REYNOLDS'sche Z a h l 221 / 10.5 Reibungsfreie Flüssigkeitsbewegung, BERNOULLi'sche Gleichung 224 / 10.6 Ausweichströmung, Quellen und Senken, drehungsfreie oder Potentialströmung 230 / 10.7 Drehungen von Flüssigkeiten und ihre Messung, das drehungsfreie Wirbelfeld 233 / 10.8 Wirbel und Trennungsflächen in praktisch reibungsfreien Flüssigkeiten 237 / 10.9 Widerstand und Stromlinienprofil 239 / 10.10 Die dynamische Querkraft 242 / 10.11 Anwendungen der Querkraft 246 / Aufgaben 249 // Teil II Akustik / 11 Schwingungslehre 253 / 11.1 Vorbemerkung 253 / 11.2 Erzeugung ungedämpfter Schwingungen 253 / 11.3 Darstellung nichtsinusförmiger periodischer Vorgänge und Strukturen mithilfe von Sinuskurven 257 / 11.4 Spektraldarstellung komplizierter Schwingungsvorgänge 262 / 11.5 Elastische Transversalschwingungen gespannter linearer fester Körper 265 / 11.6 Elastische Longitudinal- und Torsionsschwingungen gespannter linearer fester Körper 269 / 11.7 Elastische Schwingungen in Säulen von Flüssigkeiten und Gasen 271 / 11.8 Eigenschwingungen starrer linearer Körper 276 / 11.9 Eigenschwingungen flächenhaft und räumlich ausgedehnter Gebilde, Wärmeschwingungen 277 / 11.10 Erzwungene Schwingungen 279 / 11.11 Durch Resonanz stimulierte Energieabgabe 284 / 11.12 Die Resonanz in ihrer Bedeutung für den Nachweis einzelner Sinusschwingungen, Spektralapparate 285 / 11.13 Die Bedeutung erzwungener Schwingungen für die verzerrungsfreie Aufzeichnung nichtsinusförmiger Schwingungen 287 / 11.14 Verstärkung von Schwingungen 288 / 11.15 Zwei gekoppelte Pendel und ihre erzwungenen Schwingungen 290 / 11.16 Gedämpfte und ungedämpfte Wackelschwingungen 293 / 11.17 Relaxations-oder Kippschwingungen 294 / Aufgaben 296 // 12 Fortschreitende Wellen und Strahlung 299 / 12.1 Fortschreitende Wellen 299 / 12.2 DOPPLER-Effekt 301 / 12.3 Interferenz 303 / 12.4 Interferenz bei zwei etwas verschiedenen Senderfrequenzen 304 / 12.5 Stehende Wellen 305 / 12.6 Ausbreitung fortschreitender Wellen 307 / 12.7 Reflexion und Brechung 310 / 12.8 Abbildung 311 / 12.9 Totalreflexion 312 / 12.10 Keilwellen beim Überschreiten der Wellengeschwindigkeit 315 / 12.11 Das HuYGHENS'sche Prinzip 316 / 12.12 Modellversuche zur Wellenausbreitung 317 / 12.13 Quantitatives zur Beugung an einem Spalt 319 / 12.14 FRESNEL'sche Zonenkonstruktion 322 / 12.15 Verschärfung der Interferenzstreifen durch gitterförmige Anordnung der Wellenzentren 325 / 12.16 Interferenz von Wellenzügen begrenzter Länge 329 / 12.17 Entstehung von Longitudinalwellen, ihre Geschwindigkeit 329 / 12.18 Hochfrequente Longitudinalwellen in Luft, Schallabdruckverfahren 331 / 12.19 Strahlungsdruck des Schalls, Schallradiometer 334 / 12.20 Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz von räumlichen Wellen 336 / 12.21 Die Entstehung von Wellen auf der Oberfläche von Flüssigkeiten 344 / 12.22 Dispersion und Gruppengeschwindigkeit 349 / 12.23 Die Umwandlung unperiodischer Vorgänge in Wellen 353 / 12.24 Energie des Schallfeldes, Schallwellenwiderstand 356 / 12.25 Schallsender 359 / 12.26 Unperiodische Schallsender und Überschallgeschwindigkeit 362 / 12.27 Schallempfänger 363 / 12.28 Vom Hören 365 / 12.29 Phonometrie 368 / 12.30 Das Ohr 370 / Aufgaben 374 // Teil III Wärmelehre / 13 Grundbegriffe 379 / 13.1 Vorbemerkungen, Definition des Begriffs Stoffmenge 379 / 13.2 Definition und Messung der Temperatur 380 / 13.3 Definition der Begriffe Wärme und Wärmekapazität 383 / 13.4 Latente Wärme 386 / Aufgaben 389 // 14 Erster Hauptsatz und Zustandsgleichung idealer Gase 391 / 14.1 Ausdehnungsarbeit und technische Arbeit 391 / 14.2 Thermische Zustandsgrößen 394 / 14.3 Innere Energie U und erster Hauptsatz 394 / 14.4 Die Zustandsgröße Enthalpie H 396 / 14.5 Die beiden spezifischen Wärmekapazitäten cp und cy 398 / 14.6 Thermische Zustandsgleichung idealer Gase, die absolute Temperatur 401 / 14.7 Addition der Partialdrücke 404 / 14.8 Kalorische Zustandsgleichungen idealer Gase, GAY-LussAC'scher Drosselversuch 405 / 14.9 Zustandsänderungen idealer Gase 408 / 14.10 Anwendungsbeispiele für polytrope und adiabatische Zustandsänderungen, Messungen von *: ¿cp/c v 414 / 14.11 Druckluftmotor und Gaskompressor 416 / Aufgaben 418 // 15 Reale Gase 419 / 15.1 Zustandsänderungen realer Gase 419 / 15.2 Unterscheidung von Gas und Flüssigkeit 421 / 15.3 Die van der WAALS'sche Zustandsgleichung realer G ase 424 / 15.4 Der JouLE-THOMSON'sche Drosselversuch 426 / 15.5 Herstellung tiefer Temperaturen und Gasverflüssigung 428 / 15.6 Technische Verflüssigung und Entmischung von Gasen 430 / 15.7 Dampfdruck und Siedetemperatur, Tripelpunkt 431 / 15.8 Behinderung des Phasenüberganges flüssig -> fest, unterkühlte Flüssigkeiten 434 / 15.9 Behinderung des Phasenüberganges flüssig o gasförmig, Zerreißfestigkeit der Flüssigkeiten 435 / Aufgaben 436 // 16 Wärme als ungeordnete Bew egung 439 / 16.1 Die Temperatur im molekularen Bild 439 / 16.2 Rückstoß der Gasmoleküle bei der Reflexion, Radiometerkraft 443 / 16.3 Geschwindigkeitsverteilung und mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle 445 / 16.4 Molare Wärmekapazitäten im molekularen Bild, das Gleichverteilungsprinzip 447 / 16.5 Osmose und osmotischer Druck 450 / 16.6 Experimentelle Bestimmung der BoiTZMANN-Konstante k aus der barometrischen Höhenformel 455 / 16.7 Statistische Schwankungen und Individuenzahl 458 / 16.8 Die BOLTZMANN-Verteilung 459 // 17 Transportvorgänge: Diffusion und Wärmeleitung 463 / 17.1 Vorbemerkung 463 / 17.2 Diffusion und Durchmischung 463 / 17.3 Erstes FiCK'sches Gesetz und Diffusionskonstante 464 / 17.4 Quasistationäre Diffusion 467 / 17.5 Nichtstationäre Diffusion 468 / 17.6 Allgemeines über Wärmeleitung und Wärmetransport 470 / 17.7 Stationäre Wärmeleitung 472 / 17.8 Nichtstationäre Wärmeleitung 474 / 17.9 Transportvorgänge in Gasen und ihre Unabhängigkeit vom Druck 475 / 17.10 Bestimmung der mittleren freien W eglänge 478 / 17.11 Wechselseitige Verknüpfung der Transportvorgänge in Gasen 480 // 18 Die Zustandsgröße Entropie 485 / 18.1 Reversible V orgänge 485 / 18.2 Irreversible Vorgänge 487 / 18.3 Messung der Irreversibilität mithilfe der Zustandsgröße Entropie S 489 / 18.4 Die Entropie im molekularen Bild 492 / 18.5 Beispiele für die Berechnung von E ntropien 494 / 18.6 Anwendung der Entropie auf reversible Zustandsänderungen in abgeschlossenen Systemen 497 / 18.7 Das HS- oder MouiER-Diagramm mit Anwendungen, Gasströmung mit Überschallgeschwindigkeit 499 / Aufgaben 503 // 19 Umwandlung von Wärme in Arbeit, zweiter Hauptsatz 505 / 19.1 Wärmekraftmaschinen und zweiter Hauptsatz 505 / 19.2 CARNOT'scher Kreisprozess 507 / 19.3 Der STiRLiNG-Motor 508 / 19.4 Technische Wärmekraftmaschinen 510 / 19.5 Wärmepumpe (Kältemaschine) 511 / 19.6 Die thermodynamische Definition der Temperatur 514 / 19.7 Druckluftmotor, freie und gebundene Energie 515 / 19.8 Beispiele für die Anwendung der freien Energie 516 / 19.9 Der Mensch als isotherme Kraftmaschine 519 // Aufgaben 520 / Lösungen der Aufgaben 522 / Sachverzeichnis 528