Vorwort 6
Einführung in die Physik 7


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Optik 9
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Lichtausbreitung 10
Licht und Schatten 12
Reflexion am ebenen Spiegel 14
Spiegelbilder 16
Gekrümmte Spiegel 18
Brechung 20
Exkurs: Reflexion; Optische Täuschungen 22
Exkurs: Fata Morgana 23
Totalreflexion 24
Mehrmalige Brechung 26
Farbzerlegung 28
Exkurs: Regenbogen; Unsichtbares Licht 30
Optische Abbildungen 32
Linsen 34
Abbildung mit Linsen 36
Projektor und Fotoapparat 40
Das Auge 42
Exkurs: Über das Sehen 44
Exkurs: Scharfe Fotos ohne Entfernungseinstellung 45
Lupe, Mikroskop und Fernrohr 46
Farbwahrnehmung 50
Exkurs: Bedeutung der Optik für die Wissenschaften 56
Zusammenfassung 57


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Kräfte und Zusammenwirken von Kräften 59
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Kräfte und ihre Messung 60
Körper erfahren Gewichtskräfte 64
Körper haben Masse 66
Stoffe haben eine Dichte 70
Kräftegleichgewicht 72
Seilmaschinen 74
Wellrad und Hebel 76
Zusammenfassung 80


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Geradlinige Bewegungen und Kräfte 81
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Das Trägheitsgesetz 82
Kräftegleichgewicht 84
Kraftmesser - Kraftvektoren - Komponenten 86
Gleichförmige Bewegungen 90
Bewegungen im Schaubild 92
Exkurs: Größen und Einheiten 93
Die Momentangeschwindigkeit 96
Beschleunigte Bewegungen 98
Die Grundgleichung der Mechanik 104
Actio und reactio 108
Reibung 110
Exkurs: Verkehrsphysik 112
Exkurs: Crash 114
Zusammenfassung 116


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Fall- und Wurfbewegungen 119
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Der freie Fall 120
Fall mit Luftwiderstand 122
Exkurs: Geschichte der Bewegungslehre 124
Bewegungen in verschiedenen Bezugssystemen 128
Waagerechter Wurf 130
Exkurs: Bahnkurven beim Kugelstoß 132
Zusammenfassung 134


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Erhaltungssätze 135
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Verschiedene Energieformen 136
Energieerhaltung; Energieumwandlung 138
Messen und Berechnen von Energie 140
Arbeit: Energie überschreitet die Systemgrenzen 146
Leistung 150
Exkurs: Sport und Physik 152
Impulserhaltung 154
Stöße werden berechenbar 156
Kräfte ändern den Impuls 158
Exkurs: Raketen 160
Exkurs: Schiefe Stöße 161
Zusammenfassung 162


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Kreisbewegungen 165
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Beschreibung der Kreisbewegung; Zentripetalkraft 166
Physik und Verkehr 170
Physik auf dem Volksfest 172
Zusammenfassung 174


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Gravitation und Planetenbewegung 175
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In drei Schritten zum Gravitationsgesetz 176
Exkurs: Der Versuch von Cavendish 179
Die Kepler-Gesetze 180
Exkurs: Gezeiten 182
Exkurs: Beobachtungen am Himmel 184
Exkurs: Völlig losgelöst von der Erde 185
Exkurs: Von Aristoteles bis Newton 186
Zusammenfassung 188


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Teilchenmodell und Druck 189
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Das Teilchenmodell 190
Der Kolbendruck 194
Exkurs: Blutdruckmessung 197
Exkurs: Hydraulikgeräte 198
Der Schweredruck 200
Exkurs: Vom Tauchen und anderen interessanten Dingen 204
Luftdruck 206
Druck in eingeschlossenen Gasen 208
Exkurs: Die Atmung des Menschen 209
Der Auftrieb; Schwimmen, Schweben und Sinken 210
Exkurs: Vom Schwimmen und Schweben 214
Zusammenfassung 216


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Temperatur und Wärme 217
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Temperaturmessung 218
Die thermische Ausdehnung 220
Exkurs: Die Anomalie des Wassers 223
Das thermische Verhalten der Gase 224
Teilchenbewegung und innere Energie 228
Wärme erhöht die innere Energie 230
Energieerhaltung bei Reibung 234
Schmelzen und Erstarren 236
Verdampfen und Kondensieren 238
Exkurs: Zustandsänderungen im Alltag 240
Exkurs: Zustandsänderungen in der Natur 241
Energietransport 242
Exkurs: Warum Elefanten große Ohren haben 244
Exkurs: Energietransport 245
Exkurs: Eine gute Wärmedämmung spart Heizkosten 246
Exkurs: Das Wetter 248
Wärmekraftmaschinen 250
Exkurs: Stirlingmotor; Automotor 254
Exkurs: Im Kühlschrank arbeitet eine Wärmepumpe 255
Wert und Weg der Energie 256
Exkurs: Wärmekraftwerke 258
Exkurs: Die allgemeinen Energiesätze 260
Zusammenfassung 262


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Magnetismus 265
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Magnetische Kräfte - Elementarmagnete 266
Das magnetische Feld 270
Zusammenfassung 272


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Ladung-Strom-Spannung 273
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Stromkreis - Leiter - Isolatoren 274
Elektrische Ladung 276
Positive und negative Ladung 278
Elektronen als Ladungsträger 280
Elektronenströme 282
Exkurs: Elektronen in der Einbahnstraße 283
Elektronen und Atombau 284
Influenz und elektrostatische Aufladung 286
Elektronen und Ionen 288
Magnetische Stromwirkungen 290
Das Magnetfeld von Spulen 292
Anwendungen der Elektromagnete 294
Der Elektromotor 296
Messung von Ladung und Stromstärke 298
Definition der elektrischen Spannung 302
Schaltung von Spannungsquellen 304
Exkurs: Wie werden Ladungen im Stromkreis
angetrieben? Wie lange hält eine Batterie? 305
Elektrische Energie und Leistung 306
Spannung und Stromstärke - ein Vergleich 308
Ohmsches Gesetz, Widerstand 310
Exkurs: Der Idealfall - Leiter ohne Widerstand 313
Exkurs: Wovon hängt der Widerstand eines Drahtes ab? 313
Exkurs: Technische Widerstände 314
Exkurs: Dehnungsmessstreifen 315
Der verzweigte Stromkreis 316
Der unverzweigte Stromkreis 318
Elektrische Leistung in Stromkreisen 320
Exkurs: Gefahren durch elektrischen Strom 322
Exkurs: Schutzmaßnahmen 323
Exkurs: Physik im Haushalt 324
Zusammenfassung 326


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Halbleiter 329
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Elektronen in Materie 330
Halbleiterdioden 334
Exkurs: Fotovoltaik 337
Der Transistoreffekt 338
Transistorschaltungen 340
Sensorik 342
Exkurs: Sensoren sind allgegenwärtig 343
Zusammenfassung 344


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Das elektrische Feld 345
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Faradays Feldidee 346
Die elektrische Feldstärke 348
Exkurs: Versuche zur elektrischen Feldstärke 349
Spannung und Energie 350
Das Feld und seine Ursache 352
Kondensatoren; Kapazität 354
Exkurs: Kondensatoren in Labor und Technik 355
Der Millikan-Versuch 356
Exkurs: Isolatoren im E-Feld 358
Exkurs: Von Menschen und Feldern 359
Zusammenfassung 360


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Das Magnetfeld und Teilchen in Feldern 361
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Ein Maß für das Magnetfeld 362
Magnetfelder messen - leicht gemacht 364
Magnetfeld und Materie 366
Exkurs: Festplatten 367
Das Magnetfeld der Erde 368
Exkurs: Orientierung mit Magnetfeldern 369
Elektronen im Magnetfeld 370
E- und B-Feld im Verbund 372
Exkurs: Die magnetische Linse; Elektronenmikroskop 373
Zusammenfassung 374


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Induktion und Wechselstrom 375
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Induktion durch Leiterbewegung 376
Exkurs: Das Bändchenmikrofon 379
Induktion durch Flussdichteänderung 380
Energieerhaltung und lenzsches Gesetz 382
Selbstinduktion 384
Energie des Magnetfeldes 385
Exkurs: Wirbelstrombremse; Kochen mittels Induktion 385
Wechselspannung 386
Effektivwerte bei Wechselstrom 388
Kondensator und Spule im Wechselstromkreis 390
Der Transformator 392
Versorgung mit elektrischer Energie 394
Exkurs: Energieversorgung 396
Exkurs: Drehstrom für Bahnfahrzeuge 397
Zusammenfassung 398


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Schwingungen 401
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Schallerreger 402
Töne und Klänge 404
Exkurs: Lärm und Lärmschutz 406
Beschreibung von Schwingungen 408
Das Federpendel - ein harmonischer Schwinger 410
Fadenpendel 413
Exkurs: Musik - digital verarbeitet 414
Zusammenfassung 418
Elektromagnetische Schwingungen 420
Dämpfung und ihre Aufhebung 423
Deterministisches Chaos 428
Zusammenfassung 432


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Wellen 433
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Fortschreitende Wellen 434
Zeitliche und räumliche Darstellung einer Welle 436
Längswellen 438
Exkurs: Längs- und Querwellen im Raum 439
Wellen in Gleichungen 440
Zwei Schwingungen am selben Ort 442
Überlagerung gleichlaufender Wellen 444
Stehende Wellen 446
Reflexion mechanischer Wellen 448
Eigenschwingungen, Resonanz 452
Schall in verschiedenen Medien 456
Der Dopplereffekt 458
Exkurs: Schallwellen in der Medizin 460
Zusammenfassung 462
Vom Schwingkreis zum strahlenden Dipol 464
Elektromagnetische Wellen erobern den Raum 468
Drehung der Polarisationsebene 472
Elektromagnetische Wellen übertragen Daten 474
Exkurs: Digitaler Mobilfunk - mit dem Handy 477
Zusammenfassung 478


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Interferenzphänomene 479
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Interferenz im Raum 480
Interferenz beim Doppelspalt 482
Doppelspalt mit Licht 484
Interferenz beim optischen Gitter 486
Lichtgeschwindigkeit und Brechung 490
Interferenz an dünnen Schichten 492
Polarisation des Lichtes 494
Exkurs: Flüssigkristalle für optische Displays 496
Streuung von Licht - Himmelsblau und Abendrot 497
Röntgenstrahlung 498
Zusammenfassung 500


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Physik des 20. Jahrhunderts 503
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Raum und Zeit sind nicht mehr absolut 504
Masse und Energie in der Relativitätstheorie 508
Zusammenfassung 509
Photoeffekt und Lichtquanten 510
Photonen als unteilbare Lichtquanten 512
Masse und Impuls der Photonen 514
Das Photon als Quantenobjekt 518
Exkurs: Der Knallertest' Sehen, was nicht gesehen wird 520
Exkurs: Modelle in der Physik 522
Zusammenfassung 523
Das Elektron als Quantenobjekt 524
Unbestimmtheitsrelation (UBR); Wellenpakete 528
Die Planck-Konstante h regiert die Welt 529
Die Erforschung der Atome 530
Exkurs: Atomvorstellungen im Wandel 531
Scharfe Energieniveaus im Atom 532
Der lineare Potentialtopf 534
Zusammenfassung 538
Das Wasserstoffatom 539
Laser, Gasentladungen, Selbstorganisation 542
Exkurs: Etwas Quantenphilosophie 544
Zusammenfassung 546


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Radioaktivität und Kernphysik 547
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Atomaufbau; radioaktive Stoffe 548
Alpha-Strahlung; Alpha-Zerfall 550
Das Geiger-Müller-Zählrohr 552
Exkurs: Aus der Geschichte; radioaktive
Stoffe in unserer Umgebung 553
Betta-und Gamma-Strahlung 554
Exkurs: Zur Erklärung des Betta- -Zerfalls 557
Halbwertszeit 558
Exkurs: Aktivität verrät das Alter 560
Exkurs: Anwendung radioaktiver Nuklide 561
Wirkung ionisierender Strahlung 562
Der Atomkern 566
Kernreaktionen; Neutronen 572
Kernenergie 574
Exkurs: Wissenschaft und Verantwortung 579
Exkurs: Physik und Medizin 580
Teilchenphysik 584
Exkurs: Das Universum und der Urknall 590
Zusammenfassung 594


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Mensch und Energie 597
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Bedeutung der Energie für den Menschen 598
Der Treibhauseffekt 602
CO2-freie Energiebereitstellung 606
Energiequellen der Zukunft 612
Exkurs: Energiesparen mit Verstand; Nachdenkliches 614
Zusammenfassung 614


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Anhang 615
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Tabellen 615
Stichwortverzeichnis 617
Bildquellenverzeichnis 625
Periodensystem der Elemente 626
Nuklidkarte 627