Mechanik 1

Die Mechanik der Punktmassen 2
Galilei widerlegt Aristoteles 2
Die Mechanik des Aristoteles 2
Die Experimente von Galilei 2
Grundlagen der Bewegungslehre 6
Bezugssysteme 6
Das Modell der Punktmasse 7
Die Geschwindigkeit einer Punktmasse 8
Die Beschleunigung einer Punktmasse 9
Die gleichförmige Kreisbewegung 13
Dynamik- Kraft und Masse 15
Massenmessung 15
Die Kraft 16
Beispiele von Kräften 16
Die Grundgesetze der Mechanik 21
Die Bewegungsgleichung 21
Das allgemeine Wechselwirkungsgesetz 24
Die Bedeutung der Grundgesetze 26
Zusammenfassung 30
Der Energiesatz 31
Arbeit und Energie im nicht abgeschlossenen System 31
Der Energiesatz im abgeschlossenen System 34
Grenzen der Bewegung 38
Gibt es ein Perpetuum mobile? 39
Der Impulssatz 41
Die Größen Impuls und Kraftstoß 41
Der Impulssatz im abgeschlossenen System 41
Der Impulssatz im nicht abgeschlossenen System 47
Zusammenfassung zum Energie- und Impulssatz,
abgeschlossene und nicht abgeschlossene Systeme 48
Übungsaufgaben 49

Die Newton'sche Gravitationstheorie 61
Die Erforschung der Planetenbewegung 61
Das geozentrische Weltbild 61
Das heliozentrische Weltbild 63
Der Streit urn das Weltbild 65
Das Newton'sche Gravitationsgesetz 67
Die allgemeine Massenanziehung 67
Von der Planetenbewegung zum Gravitationsgesetz 68
Das Gravitationsgesetz und die Mondbewegung 69
Die Messung der Gravitationskonstanten 69
Die Anwendung des Gravitationsgesetzes 70
Die potenzielle Energie im Gravitationsfeld 71
Die Berechnung der Arbeit 72
Die Berechnung der potenziellen Energie 72
Beispiele aus der Weltraumfahrt 73
Gravitationskraft und Gravitationsfeld 76
Die Grenzen der Newton'schen Gravitationstheorie 77
Zusammenfassung zur Newton'schen Gravitationstheorie 79
Übungsaufgaben 80

Die Mechanik starrer Körper 85
Die Statik 85
Die Herleitung der Gleichgewichtsbedingung 85
Der Massenmittelpunkt 88
Die Bewegungsgleichung des starren Körpers 90
Translation und Rotation 90
Die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung 90
Die Bewegungsgleichung für die Translationsbewegung 92
Die Bewegungsgleichung für die Rotationsbewegung 94
Der Drehimpulssatz 97
Der Drehimpulssatz im abgeschlossenen System 97
Der Drehimpulssatz im nicht abgeschlossenen System 98
Zusammenfassung zur Mechanik starrer Körper 100
Anhang: Beschleunigt bewegte Bezugssysteme 101
Übungsaufgaben 104



Thermodynamik 109

Atomarer Aufbau der Materie 110
Aus der Entdeckungsgeschichte des Atoms 110
Demokrit glaubte an Atome 110
Daltons Atomhypothese 111
Rutherford entdeckte Atomkern und Atomhülle 112
Wichtige Begriffe der Atomistik 113
Relative Atommasse, atomare Masseneinheit und relative Molekulmasse113
Stoffmenge 114
Molare Masse und molares Volumen 114
Größe und Masse der Atome 115
Das Denkmodell des idealen Gases 117
Zusammenfassung zum Atomaren Aufbau der Materie 119
Übungsaufgaben 119

Thermodynamische Grundlagen 120
So fing es an 120
Betrachtungsweisen in der Thermodynamik 121
Thermodynamisches System 121
Zustands- und Prozessgrößen in der Thermodynamik 121
Die phänomenologische Betrachtungsweise 122
Die kinetisch-statistische Betrachtungsweise 122
Temperatur und Molekularbewegung 123
Molekularbewegung 123
Aggregatzustände 124
Volumenänderung 125
Anomalie des Wassers 127
Gasdruck und Molekularbewegung 129
Gasdruck 129
Absolute Temperatur 131
Zustandsgleichung des idealen Gases 132
Adiabatische Zustandsänderung 137
Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle 137
Aggregatzustandsänderungen und Molekularbewegung 139
Schmelzen und Schmelzwärme 139
Verdampfen und Verdampfungswärme, Verdunsten und Sieden 140
Zustandsdiagramm eines Stoffes 142
Erster Hauptsatz - Innere Energie, Arbeit und Wärme 144
Innere Energie 144
Arbeit und Wärme 145
Erster Hauptsatz der Thermodynamik 147
Volumenänderungsarbeit 148
Spezifische Wärmekapazität 150
Kalorische Messungen 151
Spezifische Wärmekapazitäten von Gasen 154
Zweiter Hauptsatz - Entropie 155
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 155
Irreversible Vorgänge und Entropie 158
Entropie und chemische Reaktionen 163
Selbstorganisation 163
Wärmemaschinen - Kreisprozesse 165
Thermodynamischer Kreisprozess 165
Wärmekraftmaschinen 166
Kompressorkühlschrank 173
Wärmepumpe 174
Kältetechnik 175
Zusammenfassung 177
Übungsaufgaben 178



Anhang 181

Aufgabenlösungen - Register 181