A. Mechanik.

I. Einführung, Längen- und Zeitmessung 1
§ 1 Einführung 1
§ 2 Messung von Längen. Echte Längenmessung 2
§ 3 Die Längeneinheit Meter 3
§ 4 Unechte Längenmessung bei sehr großen Längen 4
§ 5 Winkelmessung 5
§ 6 Zeitmessung. Echte Zeitmessung 6
§ 7 Uhren, graphische Aufzeichnung 6
§ 8 Messung periodischer Folgen gleicher Zeiten und Längen 8
§ 9 Unechte Zeitmessung 9

II. Darstellung von Bewegungen, Kinematik 11
§ 10 Definition von Bewegung. Bezugssystem 11
§ 11 Definition der Geschwindigkeit. Beispiel einer Geschwindigkeitsmessung 11
§ 12 Definition der Beschleunigung. Die beiden Grenzfälle 13
§ 13 Bahnbeschleunigung, gerade Bahn 15
§ 14 Konstante Radialbeschleunigung, Kreisbahn 17
§ 15 Die Unterscheidung physikalischer Größen und ihrer Zahlenwerte 19
§ 16 Grundgrößen und abgeleitete Größen 19

III. Grundlagen der Dynamik 21
§ 17 Kraft und Masse 21
§ 18 Meßverfahren für Kraft und Masse. Die Grundgleichung der Mechanik 23
§ 19 Einheiten von Kraft und Masse. Größengleichungen 26
§ 20 Dichte und spezifisches Volumen 26

IV. Anwendungen der Grundgleichung 27
§ 21 Anwendung der Grundgleichung auf konstante Beschleunigungen in gerader Bahn 27
§ 22 Anwendung der Grundgleichung auf die Kreisbahn. Radialkraft 29
§ 23 Sinusförmige Schwingungen. Schwerependel als Sonderfall 33
§ 24 Zentralbewegungen 37
§ 25 Ellipsenbahnen, elliptisch polarisierte Schwingungen 38
§ 26 Lissajous-Bahnen 39
§ 27 Die Kepler-Ellipse und das Gravitationsgesetz 40
§ 28 Die Konstante des Gravitationsgesetzes 41
§ 29 Gravitationsgesetz und Himmelsmechanik 43

V. Hilfsbegriffe: Arbeit, Energie, Impuls 46
§ 30 Vorbemerkung 46
§ 31 Arbeit und Leistung 46
§ 32 Energie und Energiesatz 49
§ 33 Erste Anwendungen des mechanischen Energiesatzes 50
§ 34 Kraftstoß und Impuls 51
§ 35 Der Impulssatz 52
§ 36 Erste Anwendungen des Impulssatzes 53
§ 37 Impuls- und Energiesatz beim elastischen Zusammenstoß von Körpern 54
§ 38 Der Impulssatz beim unelastischen Zusammenstoß zweier Körper und das Stoßpendel 55
§ 39 Nichtzentraler Stoß 57
§ 40 Bewegungen gegen energieverzehrende Widerstände 57
§ 41 Erzeugung von Kräften ohne und mit Leistungsaufwand 60
§ 42 Schlußbemerkung 60

VI. Drehbewegungen fester Körper 62
§ 43 Vorbemerkung 62
§ 44 Definition des Drehmomentes 62
§ 45 Herstellung bekannter Drehmomente. Die Winkelrichtgröße D*. Die Winkelgeschwindigkeit Omega als Vektor 64
§ 46 Trägheitsmoment, Grundgleichung für Drehbewegungen, Drehschwingungen 66
§ 47 Das physikalische Pendel und die Balkenwaage 70
§ 48 Der Drehimpuls 71
§ 49 Freie Achsen 74
§ 50 Freie Achsen bei Mensch und Tier 76
§ 51 Definition des Kreisels und seiner drei Achsen 77
§ 52 Die Nutation des kräftefreien Kreisels und sein raumfester Drehimpuls 79
§ 53 Kreisel unter Einwirkung von Drehmomenten; die Präzession der Drehimpulsachse 80
§ 54 Präzessionskegel mit Nutationen 84
§ 55 Kreisel mit nur zwei Freiheitsgraden 85

VII. Beschleunigte Bezugssysteme 88
§ 56 Vorbemerkung. Trägheitskräfte 88
§ 57 Bezugssystem mit reiner Bahnbeschleunigung 89
§ 58 Bezugssystem mit reiner Radialbeschleunigung. Zentrifugal- und Corioliskraft 91
§ 59 Unsere Fahrzeuge als beschleunigte Bezugssysteme 97
§ 60 Das Schwerependel als Lot in beschleunigten Fahrzeugen 99
§ 61 Die Erde als beschleunigtes Bezugssystem: Zentrifugalbeschleunigung ruhender Körper 100
§ 62 Die Erde als beschleunigtes Bezugssystem: Coriolisbeschleunigung bewegter Körper 101

VIII. Einige Eigenschaften fester Körper 105
§ 63 Vorbemerkung 105
§ 64 Elastische Verformung, Fließen und Verfestigung 105
§ 65 Hookesches Gesetz und Poissonsche Beziehung 106
§ 66 Scherung 107
§ 67 Normal-, Schub- und Hauptspannung 108
§ 68 Biegung und Verdrillung (Torsion) 110
§ 69 Zeitabhängigkeit der Verformung. Elastische Nachwirkung und Hysterese 114
§ 70 Zerreißfestigkeit und spezifische Oberflächenarbeit fester Körper 116
§ 71 Haft- und Gleitreibung 118
§ 72 Rollreibung 120

IX. Über ruhende Flüssigkeiten und Gase 121
§ 73 Die freie Verschiebbarkeit der Flüssigkeitsmoleküle 121
§ 74 Druck in Flüssigkeiten, Manometer 123
§ 75 Allseitigkeit des Druckes und Anwendungen 124
§ 76 Druckverteilung im Schwerefeld und Auftrieb 127
§ 77 Der Zusammenhalt der Flüssigkeiten, ihre Zerreißfestigkeit, spezifische Oberflächenarbeit und Oberflächenspannung 129
§ 78 Gase und Dämpfe als Flüssigkeiten geringer Dichte ohne Oberfläche. Boyle-Mariottesches Gesetz 135
§ 79 Modell eines Gases. Der Gasdruck als Folge der ungeordneten Bewegung ("Wärmebewegung") 137
§ 80 Grundgleichung der kinetischen Gastheorie. Geschwindigkeit der Gasmoleküle 138
§ 81 Die Lufthülle der Erde. Der Luftdruck in Schauversuchen 139
§ 82 Druckverteilung der Gase im Schwerefeld. Barometrische Höhenformel 142
§ 83 Der statische Auftrieb in Gasen 144
§ 84 Gase und Flüssigkeiten in beschleunigten Bezugssystemen 146

X. Bewegungen in Flüssigkeiten und Gasen 148
§ 85 Drei Vorbemerkungen 148
§ 86 Innere Reibung und Grenzschicht 148
§ 87 Laminare, unter entscheidender Mitwirkung der Reibung entstehende Flüssigkeitsbewegung 150
§ 88 Die Reynoldssche Zahl 153
§ 89 Reibungsfreie Flüssigkeitsbewegung, Bernoullische Gleichung 154
§ 90 Ausweichströmung. Quellen und Senken, drehungsfreie oder Potentialströmung 159
§ 91 Drehungen von Flüssigkeiten und ihre Messung. Das drehungsfreie Wirbelfeld 161
§ 92 Wirbel und Trennungsflächen in praktisch reibungsfreien Flüssigkeiten 164
§ 93 Widerstand und Stromlinienprofil 166
§ 94 Die dynamische Querkraft 167
§ 95 Anwendungen der Querkraft 171


B. Akustik.

XI. Schwingungslehre 174
§ 96 Vorbemerkung 174
§ 97 Erzeugung ungedämpfter Schwingungen 174
§ 98 Darstellung nichtsinusförmiger periodischer Vorgänge und Strukturen mit Hilfe von Sinuskurven 177
§ 99 Spektraldarstellung komplizierter Schwingungsvorgänge 181
§ 100 Elastische Transversalschwingungen gespannter linearer fester Körper 182
§ 101 Elastische Longitudinal- und Torsionsschwingungen gespannter linearer fester Körper 186
§ 102 Elastische Schwingungen in Säulen von Flüssigkeiten und Gasen 188
§ 103 Eigenschwingungen starrer linearer Körper 191
§ 104 Eigenschwingungen flächenhaft und räumlich ausgedehnter Gebilde. Wärmeschwingungen 192
§ 105 Erzwungene Schwingungen 194
§ 106 Durch Resonanz stimulierte Energieabgabe 198
§ 107 Die Resonanz in ihrer Bedeutung für den Nachweis einzelner Sinusschwingungen. Spektralapparate 198
§ 108 Die Bedeutung erzwungener Schwingungen für die verzerrungsfreie Aufzeichnung nichtsinusförmiger Schwingungen 200
§ 109 Verstärkung von Schwingungen 201
§ 110 Zwei gekoppelte Pendel und ihre erzwungenen Schwingungen 201
§ 111 Gedämpfte und ungedämpfte Wackelschwingungen 204
§ 112 Relaxations- oder Kippschwingungen 205

XII. Fortschreitende Wellen und Strahlung 207
§ 113 Fortschreitende Wellen 207
§ 114 Dopplereffekt 209
§ 115 Interferenz 210
§ 116 Interferenz bei zwei etwas verschiedenen Senderfrequenzen 210
§ 117 Stehende Wellen 211
§ 118 Ausbreitung fortschreitender Wellen 212
§ 119 Reflexion und Brechung 214
§ 120 Abbildung 215
§ 121 Totalreflexion 216
§ 122 Keilwellen beim Überschreiten der Wellengeschwindigkeit 218
§ 123 Das Huyghenssche Prinzip 219
§ 124 Modellversuche zur Wellenausbreitung 220
§ 125 Quantitatives zur Beugung an einem Spalt 222
§ 126 Fresnelsche Zonenkonstruktion 224
§ 127 Verschärfung der Interferenzstreifen durch gitterförmige Anordnung der Wellenzentren 226
§ 128 Interferenz von Wellenzügen begrenzter Länge 228
§ 129 Entstehung von Longitudinalwellen. Ihre Geschwindigkeit 228
§ 130 Hochfrequente Longitudinalwellen in Luft. Schallabdruckverfahren 230
§ 131 Strahlungsdruck des Schalles. Schallradiometer 233
§ 132 Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz von räumlichen Wellen 234
§ 133 Die Entstehung von Wellen auf der Oberfläche von Flüssigkeiten 240
§ 134 Dispersion und Gruppengeschwindigkeit 244
§ 135 Die Umwandlung unperiodischer Vorgänge in Wellen 247
§ 136 Energie des Schallfeldes. Schallwellenwiderstand 249
§ 137 Schallsender 252
§ 138 Unperiodische Schallsender und Überschallgeschwindigkeit 254
§ 139 Schallempfänger 255
§ 140 Vom Hören 256
§ 141 Phonometrie 259
§ 142 Das Ohr 260


C. Wärmelehre.

XIII. Grundbegriffe 263
§ 143 Vorbemerkungen. Definition des Begriffes Stoffmenge 263
§ 144 Definition und Messung der Temperatur 264
§ 145 Definition der Begriffe Wärme, spezifische Wärme und Wärmekapazität 266
§ 146 Latente Wärme 269

XIV. I. Hauptsatz und Zustandsgleichung idealer Gase 272
§ 147 Ausdehnungsarbeit und technische Arbeit 272
§ 148 Thermische Zustandsgrößen 274
§ 149 Innere Energie U und erster Hauptsatz 274
§ 150 Die Zustandsgröße Enthalpie H 275
§ 151 Die beiden spezifischen Wärmen cp und cV 277
§ 152 Thermische Zustandsgleichung idealer Gase. Die absolute Temperatur 279
§ 153 Addition der Partialdrücke 281
§ 154 Kalorische Zustandsgleichungen idealer Gase. Gay-Lussacscher Drosselversuch 282
§ 155 Zustandsänderungen idealer Gase 284
§ 156 Anwendungsbeispiele für polytrope und adiabatische Zustandsänderungen. Messungen von k = cp/cV 289
§ 157 Druckluftmotor und Gaskompressor 291

XV. Reale Gase und Dämpfe 293
§ 158 Zustandsänderungen realer Gase und Dämpfe 293
§ 159 Unterscheidung von Gas und Flüssigkeit 295
§ 160 Die van der Waalssche Zustandsgleichung realer Gase 297
§ 161 Der Joule-Thomsonsche Drosselversuch 298
§ 162 Herstellung kleiner Temperaturen und Gasverflüssigung 300
§ 163 Technische Verflüssigung und Entmischung von Gasen 301
§ 164 Dampfdruck und Siedetemperatur. Tripelpunkt 303
§ 165 Behinderung des Phasenüberganges flüssig --> fest. Unterkühlte Flüssigkeiten 305
§ 166 Behinderung des Phasenüberganges flüssig --> dampfförmig. Zerreißfestigkeit der Flüssigkeiten 305

XVI. Wärme als ungeordnete Bewegung 307
§ 167 Die Temperatur im molekularen Bild 307
§ 168 Rückstoß der Gasmoleküle bei der Reflexion. Radiometerkraft 310
§ 169 Geschwindigkeitsverteilung und mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle 311
§ 170 Spezifische Wärmen im molekularen Bild. Das Gleichverteilungsprinzip 313
§ 171 Experimentelle Bestimmung der Boltzmann-Konstante k aus der barometrischen Höhenformel 315
§ 172 Statistische Schwankungen und Individuenzahl 317
§ 173 Die Boltzmann-Verteilung 318

XVII. Transportvorgänge, Wärmeleitung 320
§ 174 Allgemeines über Wärmeleitung und Wärmetransport 320
§ 175 Stationäre Wärmeleitung 321
§ 176 Nichtstationäre Wärmeleitung 322
§ 177 Die Transportvorgänge in Gasen und ihre Unabhängigkeit vom Druck 322
§ 178 Bestimmung der mittleren freien Weglänge 325

XVIII. Die Zustandsgröße Entropie 327
§ 179 Reversible Vorgänge 327
§ 180 Irreversible Vorgänge 328
§ 181 Messung der Irreversibilität mit Hilfe der Zustandsgröße Entropie S 330
§ 182 Die Entropie im molekularen Bild 332
§ 183 Beispiele für die Berechnung von Entropien 333
§ 184 Anwendung der Entropie auf reversible Zustandsänderungen in abgeschlossenen Systemen 336
§ 185 Das HS- oder Mollier-Diagramm nebst Anwendungen. Gasströmung mit Überschallgeschwindigkeit 337

XIX. Umwandlung von Wärme in Arbeit. II. Hauptsatz 342
§ 186 Wärmekraftmaschinen und II. Hauptsatz 342
§ 187 Carnotscher Kreisprozeß 343
§ 188 Der Heißluftmotor 344
§ 189 Technische Wärmekraftmaschinen 345
§ 190 Wärmepumpe (Kältemaschine) 346
§ 191 Die thermodynamische Definition der Temperatur 349
§ 192 Druckluftmotor. Freie und gebundene Energie 349
§ 193 Beispiele für die Anwendung der freien Energie 350
§ 194 Der Mensch als isotherme Kraftmaschine 352

Sachverzeichnis 354