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Der reich bebilderte Band bietet einen schnellen Einstieg in die moderne Physik – bis hin zu den neuesten Erkenntnissen über das Universum. Dem Autor gelingt es, einen intuitiven Zugang zum physikalischen Denken zu eröffnen. Er verbindet jede wichtige mathematische Formel mit Beispielen, die die Anwendung veranschaulichen. So liefert er seinen Lesern die Basis, um selbst physikalische Probleme lösen zu können. Der Band richtet sich an Studienanfänger im Bereich Naturwissenschaften ebenso wie an Gymnasial- und Fachschullehrer und an Abiturienten. (Verlagstext)/ AUS DEM INHALT: / / / 1 Hors d'Oeuvre 1 1.1 Wissenschaftliche Revolution 1 1.2 Physik im 20. Jahrhundert 3 1.3 Struktur der Materie 4 1.4 Die fundamentalen Wechselwirkungen 6 1.5 Einheiten 8 1.6 Messfehler 9 2 Kinematik 13 2.1 Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung 13 2.2 Addition zweier Geschwindigkeiten 16 2.3 Kreisbewegung 19 3 Dynamik 21 3.1 Masse, Impuls und Impulserhaltung 22 3.2 Kraft 26 3.2.1 Proton im elektrischen Feld 27 3.2.2 Schwere Masse 27 3.3 Drehimpuls und Drehimpulserhaltung 29 3.3.1 Schwerpunkt 32 3.4 Drehmoment 34 3.4.1 Bewegungsgleichung der Rotation 36 3.5 Energie und Arbeit 36 3.6 Mechanik und Sport 38 3.6.1 Stabhochsprung 38 3.6.2 Peitscheneffekt im Sport 39 4 Stoß, Oszillator und Kreisel 43 4.1 Elastischer und inelastischer Stoß 43 4.2 Federpendel, Harmonischer Oszillator 46 4.2.1 Potential des Harmonischen Oszillators 47 4.3 Quantenmechanischer Harmonischer Oszillator 49 4.4 Klassischer Kreisel 51 4.5 Quantenmechanischer Kreisel 53 5 Gravitation 55 5.1 Sonne-Erde-Mond 55 5.1.1 Erde auf einer Kreisbahn 56 5.1.2 Ortsgebundener Satellit 57 5.1.3 Mondanziehung 59 5.1.4 Gezeiten 59 5.2 Sonnensystem 61 5.3 Milchstraße 63 5.3.1 Schwarzes Loch in der Mitte der Milchstraße 65 5.4 Determinismus und Deterministisches Chaos 67 5.5 Die Masse des Lichts: E = mc2 69 5.5.1 Schwarzschildradius und Ereignishorizont 72 6 Flüssigkeit und Gas 75 6.1 Druck als Folge der Erdanziehung 75 6.1.1 Wasserdruck 75 6.1.2 Barometrische Höhenformel 77 6.1.3 Archimedisches Prinzip 79 6.2 Strömung nach Bernoulli und Venturi 80 6.2.1 Blutkreislauf 82 6.2.2 Physik des Fliegens 84 6.2.3 Wind-Druck-Abhängigkeit 86 6.3 Kohäsion und Adhäsion 87 7 Kinetische Theorie der Wärme 91 7.1 Ideales Gas 91 7.2 Reales Gas 95 7.3 Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung 96 7.4 Spezifische Molwärme von Gasen 98 7.4.1 Spezifische Molwärme bei konstantem Volumen cy oo 98 7.4.2 Spezifische Molwärme bei konstantem Druck cp 100 7.5 Spezifische Molwärmen kristalliner Substanzen 101 7.6 Spezifische Molwärme von Flüssigkeiten 102 7.7 Phasenübergänge 103 7.8 Wärmemaschinen 105 7.8.1 Wärmepumpe 109 7.9 Diffusion und Osmose 109 7.10 Wärmetransport 113 7.10.1 Wärmeleitung 114 7.10.2 Konvektion 115 7.10.3 Strahlung 115 8 Entropie 117 8.1 Abgeschlossene Systeme 117 8.1.1 Zeitrichtung 122 8.2 Offene Systeme 123 8.2.1 Selbstorganisation 126 9 Mechanische Wellen 129 9.1 Eindimensionale, longitudinale und transversale Wellen 130 9.1.1 Phasengeschwindigkeit 131 9.2 Energie und Impuls der Welle 133 9.3 Reflexion, Transmission und Absorption 134 9.4 Stehende Wellen 135 9.5 Wasserwellen 137 9.6 Interferenz und Beugung der Wasserwellen 138 9.7 Schall 140 9.7.1 Schallwellen im Gas 140 9.7.2 Dopplereffekt 141 9.7.3 Schockwellen 143 9.7.4 Ultraschall 143 9.7.5 Infraschall 145 10 Elektromagnetische Wechselwirkung 149 10.1 Elementarladung 149 10.2 Das magnetische Feld und das magnetische Moment des Elektrons 153 10.3 Elektrische Spannung und elektrischer Strom 155 10.3.1 Elektrischer Strom in Metallen 156 10.3.2 Strom in Lösungen 158 10.3.3 Batterie 159 10.3.4 Widerstand 161 10.3.5 Kondensator 162 10.4 Elektrizität in der Biologie 164 10.4.1 Elektrische Eigenschaften der Zellmembran 166 10.5 Magnetfeld und magnetische Induktion 170 10.5.1 Spule 173 10.5.2 Transformator 174 10.5.3 Elektromagnetischer Schwingkreis 175 10.5.4 Stromgenerator 176 10.5.5 Elektromotor 178 10.6 Maxwellgleichungen 178 10.7 Energietransport 181 11 Elektromagnetische Wellen 183 11.1 Lichtgeschwindigkeit 184 11.2 Relativitätstheorie 187 11.2.1 Es gibt keinen absoluten Raum 187 11.2.2 Es gibt keine absolute Zeit 189 11.2.3 Längenkontraktion 190 11.2.4 Äquivalenz von Masse und Energie 191 11.3 Experimentelle Bestätigung von Dilatation und Kontraktion.. 192 11.4 Strahlungsquellen 194 11.5 Atomspektren 195 11.6 Laser 199 11.7 Röntgenstrahlung 201 11.7.1 Bremsstrahlung 201 11.7.2 Charakteristische Röntgenstrahlung 203 11.7.3 Röntgenspektroskopie 204 11.8 Wärmestrahlung 207 12 Optik 211 12.1 Reflexion und Brechung 211 12.2 Geometrische Optik 213 12.2.1 Linse 213 12.2.2 Auge 215 12.2.3 Lupe und Mikroskop 216 12.2.4 Spiegelteleskop 218 12.3 Das Sehen 220 13 Quantenmechanik - Die wesentlichen Begriffe 221 13.1 Photon 221 13.1.1 Photoeffekt 221 13.1.2 Comptonstreuung 223 13.1.3 Ist das Photon ein Teilchen oder eine Welle? 224 13.2 Elektron 225 13.2.1 Das Elektron ist ein Teilchen 225 13.2.2 Das Elektron ist eine Welle 226 13.3 Heisenbergsche Unschärferelation 229 13.4 Das virtuelle Photon 231 13.5 Wellenfunktion 232 13.5.1 Unendliches Kastenpotential 234 13.5.2 Harmonisches Potential 235 13.5.3 Endliches Kastenpotential 236 13.5.4 Tunneln durch eine Potentialbarriere 237 13.6 Strahlungsübergänge 239 13.7 Elektronen sind Fermionen, Photonen sind Bosonen 239 14 Atome 241 14.1 Wasserstoffatom 243 14.2 Die vier Quantenzahlen des Wasserstoffatoms 245 14.3 Periodensystem der Elemente 248 15 Moleküle 253 15.1 Starke chemische Bindung 253 15.1.1 Kovalente Bindung 253 15.1.2 Metallische Bindung 254 15.1.3 Ionische Bindung 255 15.1.4 Geometrie der Moleküle 256 15.2 Wasserstoffbrückenbindung 258 15.3 Van-der-Waals-Bindung 260 15.4 Bindungscocktails 261 15.4.1 Graphit 261 15.4.2 Faltung 262 16 Kondensierte Materie 265 16.1 Kovalente Kristalle 265 16.2 Ionische Kristalle 269 16.3 Eis 270 16.4 Van-der-Waals-Kristalle 270 16.5 Metalle 271 17 Quarks, Nukleonen und Kerne 275 17.1 Starke Wechselwirkung 276 17.2 Schwache Wechselwirkung 278 17.2.1 Beta-Zerfall 278 17.2.2 Quarkspektroskopie 278 17.3 Kernbindungsenergie 280 17.3.1 Stabile Isotope 282 17.4 Fusionsreaktor Sonne 284 17.5 Elementsynthese 286 17.6 Spaltung 289 17.7 Radioaktivität 289 17.7.1 Geothermale Energiequellen 291 17.7.2 Das Alter des Sonnensystems 293 17.7.3 Umweltradioaktivität 294 18 Expandierendes Universum 297 18.1 Kosmische Rotverschiebung und Expansion 297 18.2 Das Big-Bang/Urknall-Modell 300 Weiterführende Literatur 305 Sachverzeichnis 307