GRUNDLAGEN

I. Was ist Physik? 7

II. Kleine Kulturgeschichte der Physik 9
1. Antike Physik: qualitative, philosophische Naturlehre 9
2. Die Physik im Spannungsfeld des Christentums 11
3. Von der antiken Astronomie zur klassischen Physik Galileis 12
4. Die moderne Physik, Wissenschaft des Mikrokosmos 13
5. Der Werdegang der physikalischen Forschung 14

III. Physikalische Grundgrößen 16
1. Die Längenmessung 16
2. Die Zeitmessung 17
3. Die Messung der Masse 18
4. Grundgrößen und abgeleitete Größen 19
5. Messfehler 21

IV. Materie 24
1. Die Entdeckung des Atoms als Baustein der Materie 24
2. Einige wichtige Begriffe der Atomphysik 27

Zusammenfassung 33

Übungsaufgaben 34



MECHANIK

A. Die Mechanik materieller Punkte

I. Von der antiken zur klassischen Mechanik 35
1. Aus der Bewegungslehre des Aristoteles 35
2. Die Experimente von Galilei 36

II. Einige wichtige Begriffe der Bewegungslehre 42
1. Die kräftefreie Bewegung 42
2. Bezugssysteme 42
3. Das Modell des materiellen Punktes (Massenpunktes) 43
4. Die Geschwindigkeit eines materiellen Punktes 44
5. Die Beschleunigung eines materiellen Punktes 46
6. Verschiedene Bewegungstypen 48
7. Bewegungs-Diagramme 49
8. Wurfbewegungen 52
9. Die gleichmäßige Kreisbewegung 54

III. Kraft, Masse, Gewicht 57
1. Die Kraft: Definition, Messung, Beispiele 57
2. Kraft als Vektor: Unabhängigkeitsgesetz 63

IV. Grundgesetze der Mechanik 66
1. Trägheitsgesetz (Erstes Newton'sches Gesetz) 66
2. Bewegungsgesetz (Zweites Newton'sches Gesetz) 67
3. Wechselwirkungsgesetz (Drittes Newton'sches Gesetz) 71
4. Die Newton'schen Axiome in praktischen Anwendungen 75
5. Die Bedeutung der Grundgesetze 76

Zusammenfassung 80

Übungsaufgaben 81


B. Energie und Impuls

I. Arbeit und Leistung 87
1. Der Begriff der Arbeit 87
2. Der Begriff der Leistung 90
3. Der Energiebegriff 90

II. Erhaltungssatz der Energie 93

III. Stöße, Impuls, Impulssatz 98
1. Impuls und Kraftstoß 98
2. Der Impulssatz im abgeschlossenen System 101

Zusammenfassung 106

Übungsaufgaben 107


C. Die Mechanik starrer Körper

I. Statik starrer Körper: Gleichgewicht 111
1. Das Hebelgesetz 111
2. Das Drehmoment M und der Momentensatz 114
3. Der Schwerpunkt oder der Massenmittelpunkt 116
4. Anwendungen 118

II. Die Bewegungsgleichungen des starren Körpers 120
1. Translation und Rotation 120
2. Die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung 120
3. Die Bewegungsgleichung für die Translationsbewegung 122
4. Die kinetische Energie rotierender Körper 124
5. Trägheitsmomente starrer Körper 125
6. Die Bewegungsgleichung für die Rotationsbewegung 124
7. Ein wichtiges Anwendugsbeispiel 127
8. Übersetzungsschema Translation-Rotation 128

III. Drehimpulssatz 130
1. Der Drehimpulssatz im abgeschlossenen System 130
2. Der Drehimpulssatz im nicht abgeschlossenen System 131

IV. Trägheitskräfte und Äquivalenzprinzip 134
1. Das Konzept der Trägheitskraft nach d'Alembert 134
2. Gleichförmige Bewegung im rotierenden Koordinatensystem 135
3. Das Äquivalenzprinzip der allgemeinen Relativitätstheorie 136

Zusammenfassung 138

Übungsaufgaben 139


D. Die Newton'sche Gravitationstheorie 142

I. Ein neues Weltbild entsteht 142
1. Das geozentrische Weltbild 142
2. Das heliozentrische Weltbild 144
3. Der Streit um das Weltbild 148

II. Das Newton'sche Gravitationsgesetz 152

III. Die Gesetze der Planetenbewegung 156
1. Das erste Kepler'sche Gesetz 156
2. Das zweite Kepler'sche Gesetz 157
3. Das dritte Kepler'sche Gesetz 157
4. Die Entdeckung von Uranus, Neptun und Pluto 159

IV. Die Vermessung des Sonnensystems 161
1. Die Vermessung der Erde 161
2. Die Vermessung des Mondes 163
3. Die Vermessung der Sonne 164
4. Die Vermessung der Planeten 165
5. Die Entdeckung des Planetoidengürtels 166

V. Die potentielle Energie im Gravitationsfeld 168
1. Die Berechnung der Arbeit 168
2. Die Ermittlung der potentiellen Energie 170
3. Aus der Raumfahrt 171

VI. Ausblicke 175
1. Gravitationsfeld und Gravitationspotential 176
2. Die Grenzen der Newton'schen Gravitationstheorie 176
3. Die Entwicklung der Raumfahrt: Eine kurze Übersicht 177
4. Computerübungen zur Gravitationslehre 179

Zusammenfassung 181

Übungsaufgaben 182


E. Hydromechanik und Aeromechanik

I. Grundbegriffe 185
1. Ideale Flüssigkeit und ideales Gas 185
2. Der Druck 186

II. Hydrostatik und Aerostatik 187
1. Drücke in Flüssigkeiten und Gasen (bei vernachlässigter Schwerkraft) 187
2. Gesetz von Boyle-Mariotte 188
3. Drücke bei Einwirkung der Schwerkraft 188
4. Das hydrostatische Paradoxon 191
5. Der hydrostatische Auftrieb 192

III. Strömungen 196
1. Das hydrodynamische Paradoxon 196
2. Der hydrodynamische Auftrieb 197
3. Der Strömungswiderstand 199
4. Die Bernoulli'sche Gleichung 200

Zusammenfassung 204

Übungsaufgaben 205



WÄRMELEHRE

I. Wärme und Temperatur 209
1. Unterscheidung von Wärme und Temperatur 209
2. Temperatur und Bewegung 210
3. Die Messung der Temperatur 211

II. Gasgesetze und absolute Temperatur 214
1. Das ideale Gas 214
2. Temperatur und Bewegung 219

Zusammenfassung 1 222

III. Zustandsänderungen und Wärmemengen 223
1. Wärmekapazitäten 223
2. Verdunsten und Sublimieren 224
3. Verdampfen und Kondensieren, Schmelzen und Erstarren 228
4. Kalorimetrie 230
5. Die Erzeugung hoher Temperaturen 230

IV. Wärmetransport 233
1. Die Wärmeleitung 233
2. Die Konvektion (Wärmeströmung) 234
3. Die Wärmestrahlung 235

Zusammenfassung 2 237

V. Hauptsätze der Wärmelehre 238
1. Der erste Hauptsatz der Wärmelehre 238
2. Der zweite Hauptsatz der Wärmelehre 240
3. Wärme als Antriebsenergie 250
4. Der Energiehaushalt der Erde 259

Zusammenfassung 3 262

Übungsaufgaben 263



ANHANG

Der Aufbau des Sonnensystems
1. Die Entstehung des Sonnensystems 267
2. Die Beschreibung des Sonnensystems 268
3. Die Erde und ihr Mond 273

Lösungen der Übungsbeispiele 278

Register 286