Einführung in die Mechanik, Akustik und Wärmelehre

A. Mechanik.- I. Einführung, Längen- und Zeitmessung.- Einführung.- Messung von Längen. Echte Längenmessung.- Erhaltung der Längeneinheit.- Unechte Längenmessung bei sehr großen Längen.- Zeitmessung. Echte Zeitmessung.- Moderne Uhren; per sönliche Gleichung.- Stroboskopische Zeitmessung.- Grundsätzliche Schwierigkeiten unserer heutigen Zeitmessung.- II. Darstellung von Bewegungen, Kinematik.- Definition von Bewegung. Bezugssystem.- Definition von Geschwindigkeit. Beispiel einer Geschwindigkeitsmessung.- Definition von Beschleunigung. Die beiden Grenzfälle.- Bahnbeschleunigung, gerade Bahn.- Konstante Radialbeschleunigung, Kreisbahn.- III. Grundlagen der Dynamik.- Übersicht. Kraft und Masse.- Meßverfahren für Kraft und Masse. Die Grundgleichung der Mechanik.- Erste Anwendungen der Grundgleichung b = K: m.- Anwendung der Grundgleichung auf die Kreisbahn. Radialkraft.- Zwei technische Anwendungen der Kreisbewegung.- Die Grundgleichung beim Umlauf eines Kettenringes. Dynamische Stabilität.- Die Umformung der Grundgleichung durch d'Alembert.- IV. Einfache Schwingungen, Zentralbewegungen und Gravitation.- Vorbemerkung.- Einfache Sinusschwingungen. Schwerependel als Sonderfall.- Der Flächensatz.- Ellipsenbahnen, elliptisch polarisierte Schwingungen.- Lissajous-Bahnen.- Die Kepler-Ellipse.- Das Gravitationsgesetz.- Die Konstante des Gravitations gesetzes.- Grundsätzliches zur Messung der Masse.- Gravitations gesetz und Himmelsmechanik.- Rückblick..- Was heißt Kraft?.- IV. Hilfsbegriffe. Arbeit, Energie, Impuls.- Vorbemerkung.- Arbeit.- Leistung.- Energie und Energiesatz.- Erste Anwendungen des mechanischen Energiesatzes.- Kraftstoß und Impuls.- Der Impulssatz.- Erste Anwendungen des Impulssatzes.- Impuls und Energiesatz beim elastischen Zusammenstoß von Körpern.- Der Impulssatz beim unelastischen Zusammenstoß zweier Körper und das Stoßpendel.- Das Stoßpendel als Urbild der ballistischen Meßinstrumente. Stoßgalvanometer, Messung einer Stoßdauer.- Bewegung gegen energieverzehrende Widerstände.- Erzeugung von Kräften ohne und mit Leistungsaufwand.- Schlußbemerkung.- VI. Drehbewegungen fester Körper.- Vorbemerkung.- Definition des Drehmoments.- Herstellung bekannter Drehmomente. Die Winkelrichtgröße D*. Die Winkelgeschwindigkeit ? als Vektor.- Trägheitsmoment, Drehschwingungen.- Die Bedeutung des Trägheitsmomentes für das Schwerependel.- Der Drehimpuls (Drall).- Freie Achsen.- Freie Achsen bei Mensch und Tier.- Definition des Kreisels und seiner drei Achsen.- Die Nutation des kräftefreien Kreisels und sein raumfester Drehimpuls.- Kreisel unter Einwirkung von Drehmomenten; die Präzession der Drehimpulsachse.- Präzessionskegel mit Nutationen.- Kreisel mit nur zwei Freiheitsgraden.- VII. Beschleunigte Bezugssysteme.- Vorbemerkung. Trägheitskräfte.- Bezugssystem mit reiner Bahnbeschleunigung.- Bezugssystem mit reiner Radialbeschleunigung. Zentrifugal- und Corioliskraft.- Unsere Fahrzeuge als beschleunigte Bezugssysteme.- Das Schwerependel als Lot in beschleunigten Fahrzeugen.- Die Erde als beschleunigtes Bezeugssystem: Zentrifugalkräfte auf ruhende Körper.- Die Erde als beschleunigtes Bezugssystem: Coriolisbeschleunigung bewegter Körper.- Der Kreiselkompaß in Fahrzeugen und seine prinzipiell unvermeidliche Mißweisung.- VIII. Einige Eigenschaften fester Körper.- Vorbemerkung.- Kraft und Verformung. Tatsachen und Definitionen. Hookesches Gesetz und Poissonsche Beziehung.- Normalspannung und Schubspannung.- Biegung, Knickung und Drillung.- Elastische Nachwirkung und Hysteresis.- Zerreißfestigkeit und spezifische Oberflächenarbeit fester Körper.- Äußere Reibung.- IX. Über ruhende Flüssigkeiten und Gase.- Die freie Verschieblichkeit der Flüssigkeitsmoleküle.- Druck in Flüssigkeiten, Manometer.- Allseitigkeit des Druckes und Anwendungen.- Druckverteilung im Schwerefeld und Auftrieb.- Der Zusammenhalt der Flüssigkeiten, ihre Zerreißfestigkeit, spezifische Oberflächenarbeit und Oberflächenspannung.- Gase und Dämpfe als Flüssigkeiten geringer Dichte ohne Oberfläche.- Modell eines Gases. Der Gasdruck als Folge der Wärmebewegung. pV/M = const..- Die Geschwindigkeit der Gasmoleküle.- Die Lufthülle der Erde. Der Luftdruck in Schauversuchen.- Druckverteilung der Gase im Schwerefeld. Barometerformel.- Der statische Auftrieb in Gasen.- Gase und Flüssigkeiten in beschleunigten Bezugssystemen.- X. Bewegungen in Flüssigkeiten und Gasen.- Drei Vorbemerkungen.- Innere Reibung.- Schlichte, unter entscheidender Mitwirkung der Reibung entstehende Bewegung.- Die Reynoldssche Zahl.- Reibungsfreie Flüssigkeitsbewegung, Bernoullische Gleichung.- Ausweichströmung. Quellen und Senken, drehungsfreie oder Potentialströmung.- Drehungen von Flüssigkeiten und ihre Messung. Das drehungsfreie Wirbelfeld.- Die Entstehung von Wirbeln und Trennungsflächen in praktisch reibungsfreien Flüssigkeiten.- Widerstand und Stromlinienprofil.- Die dynamische Querkraft.- Anwendungen der Querkraft.- Wellen auf der Oberfläche von Flüssigkeiten.- B. Akustik.- XI. Schwingungslehre.- Vorbemerkung.- Erzeugung ungedämpfter Schwingungen.- Kippschwingungen.- Darstellung nicht-sinusförmiger Schwingungsvorgänge mit Hilfe von Sinusschwingungen.- Spektraldarstellung verwickelter Schwingungsformen.- Allgemeines über elastische Eigenschwingungen von beliebig gestalteten festen Körpern.- Elastische Querschwingungen linearer fester Körper.- Elastische Längs- und Drillschwingungen linearer fester Körper.- Elastische Eigenschwingungen linearer fester Körper, hergeleitet mit Überlagerung fortschreitender Wellen.- Elastische Schwingungen in Säulen von Flüssigkeiten und Gasen.- Eigenschwingungen flächenhaft und räumlich ausgedehnter Gebilde. Wärmeschwingungen.- Erzwungene Schwingungen.- Die Resonanz in ihrer Bedeutung für den Nachweis einzelner Sinusschwingungen.- Die Bedeutung erzwungener Schwingungen für die verzerrungsfreie Wiedergabe nicht-sinusförmiger Schwingungen. Registrierapparate.- Schwingungswiedergabe mit mechanischer Verstärkung und Entdämpfung.- Nichtlineare Zusammensetzung von Sinusschwingungen. Differenzschwingungen.- Zwei gekoppelte Pendel und ihre erzwungenen Schwingungen.- XII. Wellen und Strahlung.- Vorbemerkung.- Ausbreitung von Wasseroberflächenwellen.- Das Fresnel-Huyghenssche Prinzip.- Dispersion der Wasseroberflächenwellen und Gruppengeschwindigkeit.- Elastische Längswellen n Luft. Schallwellen.- Parallel begrenzte Bündel von Schallwellen in Luft. Beugung der Schallwellen.- Das Schallradiometer.- Die Brechung, Reflexion und Zerstreuung der Schallwellen durch Luftschichten verschiedener Dichte.- Begrenzung von Schallwellen durch einen Spalt.- Fraunhofersches Beugungsgitter mit vielen äquidistanten Spalten.- Die Glanzwinkel räumlicher Punktgitter.- Die Interferometer.- Schallstrahler.- Energie des Schallfeldes, Schallwellenwiderstand.- Schallempfänger.- Sonderfälle der Schallausbreitung.- Vom Hören.- Das Ohr.- C. Wärmelehre.- XIII. Grundbegriffe.- Vorbemerkungen. Einige chemische Begriffe.- Eine neue Grundgröße, die Temperatur und ihre Messung.- Wärmemenge, spezifische Wärme und Wärmekapazität.- Wärmemenge als Energie. Erhaltung der Energie.- Latente Wärmen.- XIV. I. Hauptsatz und Zustandsgleichungen.- Ausdehnungsarbeit und technische Arbeit.- Umkehrbare Vorgänge.- Thermische Zustandsgrößen, einfache und abgeleitete.- Die innere Energie U und der I. Hauptsatz.- Die Enthalpie J und der I. Hauptsatz.- Die beiden spezifischen Wärmen cp und cv.- Thermische Zustandsgleichung idealer Gase. Absolute Temperatur.- Kalorische Zustandsgleichungen der idealen Gase.- Druckluftmotor und Gasverdichter (Kompressor).- Messung der spezifischen Wärmen einiger Gase.- XV. Wärme als ungeordnete Bewegung.- Die Temperatur im molekularen Bilde.- Geschwindigkeitsverteilung und mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle.- Spezifische Wärmen im molekularen Bilde. Das Gleichverteilungsprinzip.- Die Boltzmannsche Konstante k = R/N.- Der osmotische Druck im Modellgas und in verdünnten Lösungen.- Physikalische Moleküle. Experimentelle Bestimmung der spezifischen Molekülzahl.- Die thermisch bedingte Empfindlichkeitsgrenze elektrischer Strommesser.- XVI. Zustandsänderungen von Gasen und Dämpfen.- Zustandsänderungen idealer Gase.- Anwendungsbeispiele. Messung von x = cp/cv.- Zustandsänderungen wirklicher Gase und Dämpfe.- Unterscheidung von Gas und Flüssigkeit.- Die van der Waalssche Zustandsgleichung wirklicher Gase.- Joule-Thomson-Effekt. Technische Gasverflüssigung.- Dampfdruck und Temperatur. Tripelpunkt.- Unterkühlte und überhitzte Flüssigkeiten.- XVII. Nichtumkehrbare Vorgänge und Entropie.- Ausgleichvorgänge in Gasen.- Einzelheiten zur Diffusion S. 290..- Nichtumkehrbarkeit S. 294..- Messung der Nichtumkehrbarkeit. Die Entropie S.- Die Entropie im molekularen Bild.- Die Entropie in Anwendungsbeispielen.- Adiabaten als Isentropen.- Das JS- oder Mollier-Diagramm der Luft.- Gasströmung mit Überschallgeschwindigkeit.- JS-Diagramm des Wassers.- XVIII. Umwandlung von Wärme in Arbeit. II. Hauptsatz.- Wärmekraftmaschinen und II. Hauptsatz.- Schauversuch zum thermischen Wirkungsgrad. Der Heißluftmotor.- Einschaltung: Verschiedene Ausführungsformen von Wärmekraftmaschinen.- Kältemaschine und Wärmepumpe.- Zur Definition der absoluten Temperatur.- Erzeugung von Arbeit durch isotherme Vorgänge.- Der Mensch als isotherme Kraftmaschine.- Einheiten, Konstanten.- Oft gebrauchte Gleichungen.