M Mechanik 11

M1 Bewegung auf einer Geraden 11
1 Geschwindigkeit und Beschleunigung 11
2 Bewegungsformen 11

M2 Bewegung in der Ebene 16
1 Krummlinige Bewegung 16
2 Kreisbewegung 17

M3 Bewegungsgleichung 22
1 Grundgesetz 22
2 Gegenwirkungsprinzip 22
3 Kräfte 23
4 Kraftstoß und Impuls 23

M4 Arbeit, Energie, Leistung 30
1 Arbeit 30
2 Verschiebungsarbeit und potenzielle Energie 30
3 Beschleunigungsarbeit und kinetische Energie 31
4 Erhaltungssatz der mechanischen Energie 31
5 Mechanische Leistung 32

M5 Impulserhaltungssatz 38
1 Systeme mehrerer Punktmassen 38
2 Stoßvorgänge 38
3 Impulserhaltung bei Körpern veränderlicher Masse 39

M6 Bewegung im Zentralfeld 46
1 Zentralkräfte 46
2 Drehimpulserhaltungssatz 46
3 Bewegung im Gravitationsfeld 47

M7 Statik 53
1 Drehmoment 53
2 Gleichgewicht 53

M8 Rotation starrer Körper 60
1 Bewegung des starren Körpers 60
2 Bewegungsgleichungen der Rotation 61
3 Kreisel 62
4 Drehimpulserhaltungssatz 62
5 Gegenüberstellung Translation – Rotation 63
6 Physikalisches Pendel 64

M9 Beschleunigtes Bezugssystem 72
1 Trägheitskräfte 72
2 Zentrifugalkraft 72
3 CORIOLIS-Kraft 73
4 Erklärung von CORIOLIS-Kraft und Zentrifugalkraft 73

M10 Spezielle Relativitätstheorie 79
1 Lichtgeschwindigkeit und Relativitätsprinzip 79
2 LORENTZ-Transformation 79
3 Relativistische Dynamik 80
4 Energie 81

M11 Äußere Reibung 87
1 Haftreibung 87
8 Inhaltsverzeichnis
2 Gleitreibung 87
3 Rollreibung 88

M12 Verformung fester Körper 92
1 Elastische Spannungen 92
2 HOOKE’sches Gesetz 92
3 Biegung 93
4 Drillung 94

M13 Ruhende Flüssigkeiten und Gase 100
1 Druck 100
2 Schweredruck 100
3 Auftrieb 101

M14 Strömung der idealen Flüssigkeit 104
1 Ideale Flüssigkeit 104
2 Kontinuitätsgleichung 105
3 Mechanische Arbeit der Flüssigkeiten und Gase 105
4 BERNOULLI’sche Gleichung 105

M15 Strömung realer Flüssigkeiten 111
1 Gesetz von NEWTON 111
2 Spezielle Reibungsgesetze 111
3 Widerstandsgesetz 112

W Schwingungen und Wellen 116

W1 Harmonische Schwingungen 116
1 Ort-Zeit-Funktion 116
2 Bewegungsgleichung für harmonische Schwingungen 117
3 Federschwingung 117
4 Drehschwingung 117

W2 Gedämpfte Schwingungen 123
1 Bewegungsgleichung für lineare Schwingungen 123
2 Ort-Zeit-Funktion 124

W3 Erzwungene Schwingungen 130
1 Allgemeine Form der Differenzialgleichung, stationäre Lösung 130
2 Frequenzgang für Phase und Amplitude 130
3 Äußere Erregung 131
4 Innere Erregung 131

W4 Wellenausbreitung 137
1 Eindimensionale mechanische Wellen 137
2 Wellenfunktion, Wellengleichung 138
3 Stehende Wellen 138

W5 Schallwellen 145
1 Schallausbreitung 145
2 Das Ohr als Schallempfänger 147
3 DOPPLER-Effekt 149

T Thermodynamik 155

T1 Kalorimetrie, thermische Ausdehnung 155
1 Temperatur 155
2 Thermische Ausdehnung 155
3 Wärmebilanz 156

T2 Wärmeausbreitung 160
1 Wärmestrom 160
2 Wärmeleitung 160
3 Wärmeübergang 160
4 Wärmedurchgang 161

T3 Zustandsänderungen – Erster Hauptsatz der Thermodynamik 166
1 Zustandsgleichungen 166
2 Zustandsänderungen 166
3 Mechanische Arbeit des Gases 168
4 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 168
5 Kreisprozess 168
6 Enthalpie und Entropie 169

T4 CARNOT’scher Kreisprozess 178
1 Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine 178
2 Wärmepumpe und Kältemaschine 179

T5 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 183
1 Irreversible Vorgänge 183
2 Entropieänderungen 184
3 Hinweise zur Berechnung der Entropieänderung 185

T6 Gaskinetik 189
1 Mikrophysikalische Betrachtung des Gases 189
2 MAXWELL’sche Geschwindigkeitsverteilung 190
3 Teilchenströme und mittlere Geschwindigkeit 190
4 Druck, Temperatur und mittleres Geschwindigkeitsquadrat 191
5 Gleichverteilungssatz der inneren Energie 192
6 Mittlere Stoßfrequenz und mittlere freie Weglänge 193

T7 Wärmestrahlung 197
1 Strahlungsfeldgrößen 197
2 LAMBERT’sches Gesetz 198
3 KIRCHHOFF’sches Strahlungsgesetz 199
4 Spektrale Energieverteilung 200
5 Kosmische Strahlungsquellen 201

E Elektrizität und Magnetismus 209

E1 Gleichstromkreis 209
1 Elektrische Größen 209
2 KIRCHHOFF’sche Gesetze 210
3 Abgeleitete Regeln 211
4 Spannungsquellen 211

E2 Elektrisches Feld 217
1 COULOMB-Kraft und Feldmodell 217
2 Elektrische Feldstärke 218
3 Elektrische Verschiebung 218
4 Superpositionsprinzip und Influenz 219
5 Elektrisches Potenzial und Spannung 220
6 Kapazität 221

E3 Magnetisches Feld 228
1 Magnetische Kraft zwischen elektrischen Strömen 228
2 Magnetische Feldstärke 228
3 BIOT-SAVART’sches Gesetz 230
4 Magnetische Flussdichte und LORENTZ-Kraft 230
5 Magnetischer Fluss 231

E4 Induktion 238
1 Induktionsgesetz 238
2 Induktion im bewegten Leiter 239
3 LENZ’sche Regel 239
4 Selbstinduktion 239

E5 Wechselstromkreis 245
1 Phasenverschiebung, Effektivwert 245
2 Wechselstromwiderstände 246
3 Zeigerdiagramm 247
4 Reihenschaltung von R, L und C 248
5 Parallelschaltung von R, L und C 249
6 Leistung 249

O Optik 254

O1 Reflexion, Brechung, Dispersion 254
1 Reflexion und Brechung 254
2 Dispersion 254

O2 Dünne Linse 259
1 Abbildungsgleichungen 259
2 Strahlenverlauf 260

O3 Spiegel 266
1 Abbildungsgleichungen 266
2 Strahlenverlauf 267

O4 Dicke Linse, Linsensysteme 270
1 Hauptebenen 270
2 Linsensysteme 271

O5 Auge, optische Vergrößerung 274
1 Sehwinkel 274
2 Akkommodation, Bezugssehweite 275
3 Vergrößerung 275

O6 Optische Geräte 280
1 Lupe 280
2 Mikroskop 281
3 Fernrohr 281

O7 Interferenz und Beugung 288
1 Überlagerung von zwei Wellen 288
2 Beugung am Doppelspalt 289
3 Beugungsgitter 289
4 Gitterspektralapparat 290
5 Beugung an Blenden 292
6 Interferenz an dünnen Schichten 293

S Struktur der Materie 301

S1 Welle-Teilchen-Dualismus 301
1 Lichtquanten und Materiewellen 301
2 Lichtelektrischer Effekt 301
3 COMPTON-Effekt 302
4 HEISENBERG’sche Unbestimmtheitsrelation 302

S2 Atomhülle 306
1 BOHR’sches Atommodell, Spektrum des Wasserstoffatoms 306
2 Quantenzahlen, Spektren der Alkaliatome 307
3 PAULI-Prinzip und Periodensystem 309
4 Röntgenspektren 310

S3 Quantenmechanik 316
1 SCHRÖDINGER-Gleichung 316
2 Lösen der SCHRÖDINGER-Gleichung 317

S4 Atomkern 327
1 Kernaufbau und -eigenschaften 327
2 Kernkräfte, Kernenergie 327
3 Radioaktivität 328
4 Kernreaktionen 329

Antworten auf die Kontrollfragen 335
Ergebnisse der Aufgaben 385
Sachwortverzeichnis 430