Repetitorium der Physik

Mit den bisherigen drei Auflagen hat sich das Repetitorium der Physik bewährt als Basis des allgemeinen Physikunterrichts an Hochschulen sowie als Handbuch in Idustrie, an Universitäten, Technischen Hochschulen und Fachhochschulen. Dies bestätigt die russische Übersetzung dieses Buches, welche 1981 von einem Moskauer Verlag in großer Auflage erstellt und verbreitet wurde. Es wurde verfaßt aufgrund langjähriger Erfahrung im propädeutischen Physikunterricht für Physiker, Mathematiker, Elektro­ ingenieure, Chemiker und Naturwissenschafter. Dabei halfen mir zahlreiche Kommentare und Hinweise von Studenten, Assistenten und Kollegen. Es bildet ein Konzentrat von Konzepten und Aspekten der Grundlagen der heutigen Physik. Entsprechend seinem Charakter als Lehr- und Handbuch des Hochschulunterrichts stellt es höhere Anforderun­ gen als Lehrbücher für den Physikunterricht an Höheren Technischen Lehranstalten und Fachhochschulen, wie z. B. Physik für Ingenieure von P. Dobrinski, G. Krakau und A. Vogel, B. G. Teubner, Stuttgart. Unter diesem Gesichtspunkt empfiehlt es sich jedoch auch als Handbuch für Fachhochschuldozenten und Gymnasiallehrer. Das Repetitorium umfaßt zehn Kapitel über die maßgebenden Themen der propädeuti­ schen Physik, deren Reihenfolge sich im Unterricht bewährt hat. Text und Formeln wer­ den ergänzt durch Figuren und physikalische Tabellen, welche den gebotenen Stoff ver­ anschaulichen und konkretisieren. Für den Benützer des Buches ebenso wichtig ist der Anhang mit umfassenden Tabellen über physikalische Einheiten und Konstanten, mathe­ matische Funktionen und Beziehungen. Zusätzlich enthält er ein Fachwörterverzeichnis Englisch-Deutsch-Französisch sowie eine umfangreiche Liste der aktuellen Fachliteratur. Dadurch dient dasRepetitorium der Physik dem Studenten als Ausgangspunkt für weitere Explorationen im weiten Bereich der modernen Physik.

1 Mechanik des Massenpunktes.- 1.1 Grundbegriffe.- 1.1.1 Mechanik.- 1.1.2 Masse und Massenpunkt.- 1.1.3 Die Länge.- 1.1.4 Die Zeit.- 1.2 Kinematik des Massenpunktes.- 1.2.1 Der Massenpunkt auf der Geraden.- 1.2.2 Der Massenpunkt im dreidimensionalen Raum.- 1.2.3 Die Kreisbewegung.- 1.2.4 Kinematik bezogen auf die Bahn des Massenpunktes.- 1.3 Die Newtonschen Axiome.- 1.3.1 Das Prinzip vom Parallelogramm der Kräfte.- 1.3.2 Das Reaktionsprinzip.- 1.3.3 Das Trägheitsgesetz.- 1.3.4 Das Grundgesetz der Dynamik.- 1.3.5 Integralform des Grundgesetzes.- 1.4 Arbeit und Energie.- 1.4.1 Die Arbeit.- 1.4.2 Die Leistung.- 1.4.3 Kraftfelder.- 1.4.4 Konservative Kraftfelder.- 1.4.5 Die potentielle Energie.- 1.4.6 Die kinetische Energie.- 1.5 Die Gravitation.- 1.5.1 Die Keplerschen Gesetze.- 1.5.2 Das universelle Gravitationsgesetz von Newton.- 1.5.3 Gravitationsfeld eines Massenpunktes.- 1.5.4 Gravitationsfeld eines Systems von Massenpunkten.- 1.5.5 Massenverteilung und Dichte.- 1.5.6 Gravitationsfeld einer kontinuierlichen Massenverteilung.- 1.5.7 Gravitationsfeld einer homogenen Kugel.- 1.5.8 Gravitationsfeld einer kugelsymmetrischen Massenverteilung.- 1.5.9 Das Gewicht.- 1.5.10 Gewichtsbedingte Bewegungen.- 1.5.11 Identität von schwerer und träger Masse.- 1.6 Zentralbewegungen.- 1.6.1 Mechanisches Drehmoment und Drall.- 1.6.2 Bewegungen bedingt durch Zentralkräfte.- 1.7 Rückstoß und Raketenantrieb.- 1.7.1 Der Rückstoß eines Geschützes.- 1.7.2 Der Schub der Düse.- 1.7.3 Die allgemeine Raketengleichung.- 1.7.4 Die Bewegung der kräftefreien Rakete.- 1.8 Systeme von Massenpunkten.- 1.8.1 Der Impulssatz.- 1.8.2 Impulserhaltung.- 1.8.3 Der Schwerpunktsatz.- 1.8.4 Der Drallsatz.- 1.8.5 Erhaltung des Dralls.- 1.8.6 Der Energiesatz.- 1.9 Stöße.- 1.9.1 Das Stoßproblem.- 1.9.2Erhaltungssätze.- 1.9.3 Stoßtypen.- 1.9.4 Der Stoß auf der Geraden.- 1.9.5 Der ebene elastische Stoß von gleichen Massen.- 1.10 Gleichgewicht und Stabilität.- 1.10.1 Gleichgewichtslagen.- 1.10.2 Klassifizierung des Gleichgewichts.- 1.10.3 Strukturelle Stabüität.- 1.10.4 Katastrophen.- 1.10.5 Der Wattsche Zentrifugalregulator.- 1.11 Darstellungen der klassischen Mechanik.- 1.11.1 Newton-Mechanik.- 1.11.2 Lagrange-Mechanik.- 1.11.3 Hamilton-Mechanik.- 1.11.4 Hamilton-Jacobi-Mechanik.- 2 Relativität.- 2.1 Klassische Relativität gleichförmig bewegter Bezugssysteme.- 2.1.1 Das Relativitätsprinzip.- 2.1.2 Die Galilei-Transformation.- 2.1.3 Die klassische Mechanik.- 2.2 Klassische Relativität beschleunigter Bezugssysteme.- 2.2.1 Trägheitskräfte.- 2.2.2 Das Prinzip von d’Alembert.- 2.2.3 Gleichförmig rotierende Bezugssysteme.- 2.2.4 Die Erde als rotierendes Bezugssystem.- 2.3 Die spezielle Relativitätstheorie.- 2.3.1 Widersprüche zur klassischen Relativität.- 2.3.2 Die Theorie von Einstein.- 2.3.3 Der Grenzfall kleiner Geschwindigkeiten.- 2.4 Aspekte der speziellen Relativitätstheorie.- 2.4.1 Die Addition von Geschwindigkeiten.- 2.4.2 Die Lorentz-Kontraktion.- 2.4.3 Die Zeitdilatation.- 2.4.4 Relativität der Gleichzeitigkeit.- 2.4.5 Relativistische Beschleunigung.- 2.5 Die relativistische Energie.- 2.5.1 Die Beziehung von Einstein.- 2.5.2 Relativistische Energie und Ruhmasse.- 2.5.3 Relativistische Energie und Impuls.- 2.5.4 Die kinetische Energie.- 3 Mechanik der starren Körper.- 3.1 Grundbegriffe und Kinematik.- 3.1.1 Definition des starren Körpers.- 3.1.2 Masse und Dichte.- 3.1.3 Der Schwerpunkt.- 3.1.4 Drehungen des starren Körpers.- 3.1.5 Freiheitsgrade der Bewegung.- 3.2 Statik des starren Körpers.- 3.2.1 Kräfte am starren Körper.- 3.2.2Kräftepaare.- 3.2.3 Die Dyname.- 3.2.4 Die Wirkung der Schwerkraft auf den starren Körper.- 3.3 Der starre Rotator.- 3.3.1 Kinematik des starren Rotators.- 3.3.2 Das Trägheitsmoment.- 3.3.3 Der Drehimpuls des starren Rotators.- 3.3.4 Dynamik des starren Rotators.- 3.3.5 Das physikalische Pendel.- 3.4 Der Kreisel.- 3.4.1 Kinematik des Kreisels.- 3.4.2 Drehimpuls und kinetische Energie.- 3.4.3 Dynamik des kräftefreien Kreisels.- 3.4.4 Kreisel unter dem Einfluß von Kräften.- 4 Mechanik deformierbarer Medien.- 4.1 Mechanische Eigenschaften der Materie.- 4.1.1 Mechanische Spannungen.- 4.1.2 Oberflächenspannung.- 4.1.3 Übersicht.- 4.2 Statik der Flüssigkeiten und Gase.- 4.2.1 Massenkräfte.- 4.2.2 Volumenkräfte oder Kraftdichten.- 4.2.3 Druck und Druckgradient.- 4.2.4 Flüssigkeiten und Gase im Schwerefeld.- 4.3 Kinematik der Flüssigkeiten und Gase.- 4.3.1 Lokale und totale zeitliche Änderungen.- 4.3.2 Die Kontinuitätsgleichung.- 4 3.3 Stationäre Strömungen.- 4.3.4 Strömungen inkompressibler Flüssigkeiten.- 4.3.5 Stationäre Potentialströmungen.- 4.3.6 Rotation und Zirkulation.- 4.4 Dynamik der reibungslosen Flüssigkeiten und Gase.- 4.4.1 Die Bewegungsdifferentialgleichung.- 4.4.2 Die Bernoulli-Gleichung.- 4.4.3 Die Bernoulli-Gleichung inkompressibler reibungsloser Flüssigkeiten.- 4.4.4 Laminare Strömung einer inkompressiblen reibungslosen Flüssigkeit in einem Rohr.- 4.5 Potentialströmungen inkompressibler Flüssigkeiten.- 4.5.1 Definition.- 4.5.2 Das Geschwindigkeitspotential.- 4.5.3 Paradoxon von d’Alembert.- 4.5.4 Komplexe Darstellung der ebenen Potentialströmung.- 4.5.5 Komplexe Darstellung einer Quelle in der Ebene.- 4.5.6 Die komplexe Darstellung der Potentialströmung um einen Zylinder.- 4.6 Wirbel.- 4.6.1 Der Potentialwirbel.- 4.6.2 DieHelmholtzschen Wirbelsätze.- 4.6.3 Strömungen um Wirbelfäden.- 4.7 Überschallströmungen.- 4.7.1 Der Machsche Kegel.- 4.7.2 Unter- und Überschallströmungen eines idealen Gases in einem Rohr.- 4.8 Dynamik viskoser Flüssigkeiten und Gase.- 4.8.1 Viskosität.- 4.8.2 Spannungstensoren der Viskosität.- 4.8.3 Volumenkräfte der Viskosität.- 4.8.4 Die Bewegungsgleichung viskoser Medien.- 4.8.5 Reibungswiderstand in viskosen Flüssigkeiten.- 4.8.6 Ähnlichkeitsgesetze.- 4.9 Turbulente Strömungen.- 4.9.1 Turbulenz und Reynolds-Kriterium.- 4.9.2 Turbulente Strömung in einem Rohr.- 4.9.3 Die Prandtlsche Grenzschicht.- 4.9.4 Druckwiderstand auf umströmte Körper.- 4.9.5 Strömungswiderstand einer Kugel.- 4.9.6 Widerstand einer Strömung parallel zu einer Wand.- 4.10 Der dynamische Auftrieb.- 4.10.1 Das Gesetz von Kutta-Joukowski.- 4.10.2 Der Magnus-Effekt.- 4.10.3 Auftrieb und induzierter Widerstand eines Flügels.- 5 Elektrizität und Magnetismus.- 5.1 Elektrostatik.- 5.1.1 Die elektrische Ladung.- 5.1.2 Wechselwirkung zwischen zwei elektrischen Punktladungen.- 5.1.3 Elektrische Felder.- 5.1.4 Elektrostatik von Metallen.- 5.1.5 Elektrische Kondensatoren.- 5.1.6 Die Energie im elektrischen Feld.- 5.1.7 Kräfte im elektrischen Feld.- 5.1.8 Permanente elektrische Dipole.- 5.1.9 Induzierte elektrische Dipole.- 5.2 Dielektrische Eigenschaften der Materie.- 5.2.1 Phänomenologie.- 5.2.2 Grenzfläche zwischen zwei Dielektrika.- 5.2.3 Die elektrische Polarisation.- 5.2.4 Atomistische Deutung der dielektrischen Eigenschaften.- 5.2.5 Dielektrische Dispersion.- 5.3 Stationäre elektrische Ströme.- 5.3.1 Der elektrische Strom.- 5.3.2 Das ohmsche Gesetz.- 5.3.3 Spezifischer Widerstand und elektrische Leitfähigkeit.- 5.3.4 Die Kontinuitätsgleichung des elektrischen Stromes.-5.3.5 Potentialtheorie der ohmschen Leiter.- 5.3.6 Die Leistung des elektrischen Stromes.- 5.4 Elektrische Leiter.- 5.4.1 Die Faraday-Gesetze der Elektrolyse.- 5.4.2 Mikroskopische Deutung der elektrischen Leitfähigkeit.- 5.4.3 Feste elektrische Leiter.- 5.4.4 Normale Metalle.- 5.4.5 Supraleiter.- 5.4.6 Halbleiter.- 5.5 Magnetismus.- 5.5.1 Einleitung.- 5.5.2 Magnetische Dipole.- 5.5.3 Die Feldgleichung des Magnetismus.- 5.5.4 Magnetfelder elektrischer Ströme.- 5.5.5 Bewegte elektrische Ladungen im magnetischen Feld.- 5.5.6 Das Induktionsgesetz von Faraday.- 5.5.7 Anwendungen des Induktionsgesetzes.- 5.5.8 Die magnetische Feldenergie.- 5.5.9 Der magnetische Dipol als Kreisstrom.- 5.6 Magnetische Eigenschaften der Materie.- 5.6.1 Phänomenologie.- 5.6.2 Grenzflächen zwischen zwei Magnetika.- 5.6.3 Die Magnetisierung.- 5.6.4 Der Zusammenhang zwischen dem Magnetfeld, der Magnetisierung und der magnetischen Induktio