Klassische Physik - Mechanik und Wärme (eBook)

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Klaus Lüders, Freie Universität Berlin; Gebhard von Oppen, Technische Universität Berlin.

Einleitung 11
Teil I: Mechanik punktförmiger und starrer Körper 15
1 Messen und Maßeinheiten 17
1.1 Beobachtung und Messung 17
1.2 Messgenauigkeit 23
1.3 Langenmessung 26
1.4 Schwere und träge Masse, Stoffmenge 35
1.5 Zeitmessung 38
Aufgaben 41
2 Kinematik punktförmiger Körper 43
2.1 Ruhe und Bewegung 43
2.2 Geschwindigkeit 50
2.3 Transformationen 53
2.4 Beschleunigung und Kreisbewegung 55
2.5 Freier Fall und Wurfbewegung 60
Aufgaben 66
3 Dynamik von Massenpunkten 69
3.1 Trägheitsgesetz 69
3.2 Grundgesetz der Mechanik 72
3.3 Kraft und Gegenkraft 74
3.4 Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften 78
3.5 Trägheitskräfte 81
3.6 Gravitation und Planetenbewegung 88
3.7 Die Erde als rotierender Bezugskörper 95
Aufgaben 101
4 Konstanten der Bewegung: Energie, Impuls, Drehimpuls 103
4.1 Energie von Massenpunkten 103
4.2 Arbeit und Energie 110
4.3 Kraftfeld und Potential 120
4.4 Impulserhaltung 125
4.5 Elastischer und unelastischer Stoß 127
4.6 Zentralbewegung und Bahndrehimpuls 135
4.7 Satelliten und Raumfahrt 136
Aufgaben 140
5 Schwingungen 143
5.1 Mathematisches und physikalisches Pendel 143
5.2 Harmonische Schwingungen 151
5.3 Gedampfte und erzwungene Schwingungen 155
5.4 Superposition und Kopplung von Schwingungen 164
5.5 Anharmonische und chaotische Pendelbewegungen 172
Aufgaben 175
6 Starre Körper 177
6.1 Bewegung starrer Körper 177
6.2 Drehmoment 180
6.3 Massenmittelpunkt und Schwerpunkt 184
6.4 Hauptsatz der Statik starrer Körper 188
6.5 Mechanisches Gleichgewicht 191
Aufgaben 199
7 Dynamik starrer Körper, Drehbewegungen 201
7.1 Drehimpuls 201
7.2 Trägheitsmoment starrer Korper 210
7.3 Bewegungen um freie Achsen 217
7.4 Rollende Bewegung 220
7.5 Kreiselbewegung 224
Aufgaben 233
Teil II: Mechanik ausgedehnter Körper 235
8 Reibung und Elastizität fester Stoffe 237
8.1 Der feste Aggregatzustand 237
8.2 Reibung fester Körper 241
8.3 Elastische Spannungen 252
8.4 Volumen- und Gestaltselastizität 254
8.5 Dehnung und Biegung 259
8.6 Elastizitätsgrenzen 268
Aufgaben 270
9 Statik von Flüssigkeiten und Gasen 271
9.1 Druck und Druckmessung 271
9.2 Niedrige Drücke und mittlere freie Weglange 276
9.3 Kompressibilität 279
9.4 Schweredruck in Flüssigkeiten und Gasen 282
9.5 Auftrieb und Schwimmen 287
Aufgaben 294
10 Einfluss der atomaren Struktur auf das makroskopische Verhalten materieller Körper 295
10.1 Atomare Struktur materieller Körper 295
10.2 Oberflächenenergie und Oberflächenspannung 297
10.3 Kapillarität 307
10.4 Brown’sche Molekularbewegung und Zufallshypothese 314
10.5 Diffusion, ein Ausgleichsprozess 318
Aufgaben 324
11 Dynamik von Flüssigkeiten und Gasen 327
11.1 Strömungsfelder 327
11.2 Bewegungsgleichungen von Strömungen 330
11.3 Stationäre Strömungen ohne Reibung 332
11.4 Umströmung fester Korper, Magnus-Effekt 338
11.5 Strömungen viskoser Flüssigkeiten und Gase 344
11.6 Turbulenz und Wirbelbewegung 351
Aufgaben 357
12 Wellen 359
12.1 Eindimensionale Wellenausbreitung 359
12.2 Raumliche Wellenausbreitung 368
12.3 Eigenschwingungen von Resonatoren 378
12.4 Erzeugung und Empfang von Schallwellen 389
12.5 Wasserwellen 395
12.6 Schallwellen im menschlichen Leben 400
Aufgaben 408
Teil III: Wärme 411
13 Temperatur und Wärme 413
13.1 Temperatur und Temperaturmessung 413
13.2 Thermische Ausdehnung 418
13.3 Zustandsgleichungen idealer und realer Gase 425
13.4 Wärme und spezifische Warmekapazität 429
13.5 Molare Wärmekapazität 434
Aufgaben 438
14 Erster Hauptsatz der Wärmelehre 439
14.1 Thermodynamische Systeme und Prozesse 439
14.2 Energieerhaltung bei thermodynamischen Prozessen 442
14.3 Kinetische Gastheorie 447
14.4 Zustandsänderungen von Gasen 460
Aufgaben 469
15 Wärmetransport 471
15.1 Konvektion 471
15.2 Wärmeleitung 474
15.3 Wärmestrahlung, Planck’sche Strahlungsformel 483
Aufgaben 488
16 Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre 489
16.1 Reversible und irreversible Prozesse, Carnot’scher Kreisprozess 489
16.2 Die Zustandsgröße Entropie 498
16.3 Entropie und Wahrscheinlichkeit 505
16.4 Thermodynamisches Gleichgewicht 507
16.5 Wärmekraftmaschinen 512
Aufgaben 516
17 Phasenübergänge 517
17.1 Umwandlungswärmen und Phasendiagramme 517
17.2 Verdampfung und Verflüssigung 523
17.3 Schmelzen und Sublimieren 536
Aufgaben 539
18 Tiefe Temperaturen 541
18.1 Erzeugung tiefer Temperaturen 541
18.2 Temperaturabhängigkeit der molaren Wärmekapazität 554
18.3 Dritter Hauptsatz der Wärmelehre 556
18.4 Superfluides Helium 560
Aufgaben 567
Lösungen der Aufgaben 569
Register 581
Wichtige physikalische Größen zur Mechanik und Wärme 595