Grundlagen 7

Grundlagen der Mechanik 7
Gewichtskraft 7
Dichte 7
Reibung 7
Kräfte 8
Hebel und Drehmoment 9
Hookesches Gesetz 9
Auftrieb 10

Grundlagen der Elektrizitätslehre 11
Elektrische Stromstärke 11
Ohmsches Gesetz 11
Leiterwiderstand 12
Widerstand und Temperatur 12
Schaltung von Widerständen 13
Kirchhoffsche Gesetze 14
Batterien 15
Messbereicherweiterung 15
Elektrische Arbeiten 16
Elektrische Leitung 16

Grundlagen der Optik 17
Reflexion 17
Brechung 17
Totalreflexion 17
Linsen 18
Optische Geräte 20

Grundlagen der Wärmelehre 23
Temperatur 23
Ausdehnung der Körper 23
Druck 25
Überdruck, Unterdruck 25
Druck und Volumen bei konstanter Temperatur, boyle-mariottsches Gesetz 25
Volumen und Temperatur bei konstantem Druck, Gesetz des Gay-Lussac 26
Allgemeinte Gasgleichung 26
Wärme 27
Schmelzen und Erstarren 27
Verdampfen und Kondensieren 27


Bewegung und Energie 28

Bewegung eines Massenpunktes 28
Geradlinige (lineare) Bewegung eines Massenpunktes P 28
Geradlinige Bewegung m. konst. Geschwindigkeit v 30
Geradlinige Bewegung m. konst. Beschleunigung a 30
Freier Fall: a=g 31
Kreisbewegung mit konst. Winkelgeschwindigkeit 32

Kraft und Masse 33
Trägheitsprinzip (1. Gesetz von Newton) 33
Grundgleichung der Mechanik (2. Gesetz von Newton) 33
Wechselwirkungsprinzip (3. Gesetz von Newton) 34
Schiefe Ebene 34
Zentralkraft bei der Kreisbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit 3

Arbeit und Energie 36
Definition der Arbeit 36
Arbeit bei konstanter Kraft 36
Arbeit bei ortsabhängiger Kraft 37
Leistung, Wirkungsgrad 38
Verschiedene Formen mechanischer Energie 38
Erhaltungssatz der mechanischer Energie im abgeschlossenen System 39
Impuls und Kraftstoß 40
Impulerhaltung im abgeschlossenen System 41
Gerader zentraler Stoß zweier Körper 42


Felder 43

Gravitationsfeld 43
Keplersche Gesetze 43
Gravitationsgesetz von Newton 44
Gravitationsfeldstärke und -potential 44
Verschiebungsarbeit 45

Elektrisches Feld 46
Stromstärke und Leiterwiederstand 46
Definition der elektrischen Feldstärke E 46
Gesetz von Coulomb 47
Verschiebung von Coulomb 47
Verschiebungsarbeit 48
Definition des elektrischen Potentials Delta e 48
Elektrische Spannung U12 zwischen zwei Punkten P1 und P2 eines elektrischen Feldes 48
Elektrische Flächenladungsdichte und elektrische Flussdichte im homogenen elektrischen Feld 49
Definition der Kapazität eines Kondensators 50
Kapazität eines Plattenkondensators 50
Elektrische Energie im Feld eines geladenen Kondensators 51
Kraft der Platten eines geladenenn Kondensators aufeinenader 51
Geladene Teilchen im homogenen elektischen Feld 52

Magnetisches Feld und Induktion 53
Definition der magnetischen Flussdichte B 43
Definition des magentischen Flusses psi 54
Geladene Teilchen im homogenen magnetischen Feld 54
Magnetisch Flusdichte im Inneren einer lang gestreckten Spule 55
Elektromagnetische Induktion 56
Sinusförmige Induktionsspannung, Wechselspannung 57
Induktion durch das leitereigene Magnetfeld Selbstinduktion 58
Energieinhalt einer lang gestreckten stromdurchflossenen Spule 59


Schwingungen und Wellen 60

Lineare harmonische Schwingungen 60
Kinematische Grundbegriffe 60
Lineares Kraftgesetz der ungedämpften harmonischen Schwingung 61
Bewegungsgleichung der harmonischen Schwingung 61
Periodendauer der harmonischen Schwingung 61
Energieerhaltung der harmonischen Schwingung 61
Lineare Überlagerung zweier harmonischer Schwingunge mit gleicher Frequenz und gleicher Amplitude 62

Mechanische Wellen mit linearem Kraftgesetz 63
Ausbreitungsgeschwindigkeit der fortschreitenden Welle 63
Wellengleichung der linearen ungedämpften Welle 63
Inteferenz zweier Kreiswellensysteme, die von gleichphasig schwingenden Punkterreger ausgehen 64
Interferenz am Doppelspalt 65
Optisches Gitter, Beugungsgitter 66
Lineare stehende Wellen 66
Akustischer Doppel-Effekt 67

Elektromagnetische Schwingungen 68
Einfache elektrische Schaltelemente im Wechselstromkreis 68
Wechselstromkreis mit Wirkwiderstand R, Spule L und Kondesator C: RLC-Kreis 71
Geschlossener elektromagnetischer Schwingkreis 73

Elektromagnetische Wellen 75
Grundlagen siehe Abschnitt 4.2: Mechanische Wellen 75
Freie elektromagnetische Wellen mit ebener Wellenfront im Vakuum 75
Licht als elektromagnetische Welle 76


Spezielle Relativitätstheorie 77

Zeitdilation 77

Längenkontraktion, Lorentz-Kontraktion 77

Optischer oder relativischer Doppel-Effekt 78

Abhängigkeit der Masse von der konstanten Geschwindigkeit; relativistische Masse 78

Äquavilenz von Masse und Energie 78


Dualismus Welle - Teilchen 80

Strahlungsleistung, Strahlungsfluss 80

Bestrahlungsstärke 80

Energie eines Photons 80

Einstein-Gleichung 81

Masse eines Photons 81

Impuls eines Photons 81

Compton-Effekt 82

De Broglie-Materiewellen 82


Atomkern und Kernumwandlung 84

Atombau 84
Atomkern 84
Stoffmenge 84
Bohrsches Atommodell 86
Rydberg-Konstante 87
Röntgenstrahlung 88

Kernumwandlung 89
Zählrate, Impulsrate 89
Absorptionsgesetz für Beta- und Gammastrahlung 89
Halbwertsdicke 89
Zerfallgesetz für radioaktive Substanzen 90
Halbwertszeit 90
Aktivität einer radioaktiven Substanz 90
Kernspaltung von U 235 91
Kernfusion 91
Massendefekt und Bindungsenergie 92

Strahlendosimetrie 92
Energiedosis 92
Äquivalentdosis 93


Fehlerrechnung 94

Fehler 94

Rechnerische Erfassung der zufälligen Fehler 94
Arithmetisches Mittel, Mittelwert 94
Mittlerer quadratischer Fehler der Einzelmessung, Standartabweichung 94
vertrauensgrenzen und Vertrauensbereich des Mittelwertes 95
Angabe des Messergebnisses 95

Fehlerfortpflanzung bei 96
Summe 96
Differenz 96
Produkt 97
Potenz 97
Quotient 97


INHALTSVERZEICHNIS TABELLEN


Tabellen 98

Internationales Einheitssytem (SI) 99

Dezimale Vielfache und Teile der SI-Einheiten 99

Griechisches Alphabet 99

Physikalische Fundamentalkonstanten 100

Physikalische Größen in alphabetischer Reihenfolge 101

Reibungszahlen 106

Dichte von festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen 107
Metalle bei 20°C 107
Nichtemtallische Feststoffe 107
Flüssigkeiten 108
Gase 108

Schallgeschwindigkeit 109

Größen der Wärmelehre 110
Längenausdehnungskoeffizienten im bereich von 0-100°C 110
Volumenausdehnungskoeffizienten von Flüssigkeiten (bei 20°C) und bei Gasen (von 0-100°C) 110
Spezifische Wärmekapazität bei 20°C 110
Schmelztemperaturen 111
Siedetemperatur 111
Spezifische Schmelzwärme 111
Spezifische Verdampfungswärme 112
Heizwerte 112

Optische Größen 112
Brechzahlen (auf Luft bezogen) 112
Grenzwinkel bei Totalreflexion 112

Elektrishce Größen 113
Spezifischer Widerstand (bei 20°C) 113
Spezifischer Leitwert oder Leitfähigkeit 113
Temperaturbeiwert 113
Dielektrizitätszahlen 114
Permeabilitätszahlen 114

Umrechnung von Energieeinheiten 114

Astronomische Daten des Sonnensystems 115

Wellenlängen elektromagnetischer Wellen 115

Wellenlänge einiger wichtiger Spektrallinien im sichtbaren Bereich in Luft 116

Austrittsarbeit und Grenzwellenlänge für den äußeren lichtelektrischen Effekt einiger Metalle 116

Halbwertsdicke D1/2 verschiedener Materialien in Abhängigkeit von der Energie E von Gammastrahlen 117

Zerfall natürlicher Radionuklide 117

Kernmasse und Bindungsenergie einiger Elemente 121

Atomphysikalische Daten chemischer Elemente (Auswahl) 122

Periodensystem der Elemente 137


SACHWORTREGISTER 139

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