Physik » książka
Physik
ISBN-13: 9783527413560 / Niemiecki / Twarda / 2017 / 1635 str.
Physik
ISBN-13: 9783527413560 / Niemiecki / Twarda / 2017 / 1635 str.
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"Die von Stephan W. Koch herausgegebene Übersetzung der erweiterten zehnten Auflage von 'Fundamentals of Physics' bietet mit 3,9 kg Physik-Wissen und 2,1 kg Übungsmaterial ein Schwergewicht geballten Wissens, nicht nur für Studierende sondern auch für allgemein Physik-Interessierte."Matierials and Corrosion (04/2018)"Die dritte deutsche Auflage erfüllt alle Wünsche an ein zeitgemäßes Lehrbuch der Physik für Hauptfachstudierende."LVT Lebensmittelindustrie (01.12.2017)"In 44 Kapiteln werden die Themen umfassend - mit zahlreichen hervorragenden Illustrationen und didaktisch überzeugend aufbereitet - behandelt. ? Ein hervorragendes Werk - nicht nur für angehende Physiker."DGZfP - Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung (29.12.2017)
1 Messung und Maßeinheiten
1.1 Grundsatzliches zuMessungen 1
1.2 Zeit 6
1.3 Masse 8
1.4 Zusammenfassung 9
1.5 Aufgaben 10
2 Geradlinige Bewegung
2.1 Ort, Verschiebung und mittlere Geschwindigkeit 13
2.2 Momentangeschwindigkeit 19
2.3 Beschleunigung 21
2.4 Konstante Beschleunigung 24
2.5 Der freie Fall 30
2.6 Zusammenfassung 33
2.7 Fragen 34
2.8 Aufgaben 35
3 Vektoren
3.1 Vektorenund ihre Eigenschaften 41
3.2 Einheitsvektorenund Vektoraddition 48
3.3 DieMultiplikation vonVektoren. 53
3.4 Felder 58
3.5 PartielleAbleitungen 60
3.6 Vektorableitungen 62
3.7 KomplexeZahlen und Funktionen 65
3.8 Zusammenfassung 68
3.9 Fragen 69
3.10 Aufgaben 71
4 Bewegung in zwei und drei Dimensionen
4.1 Ort undVerschiebung 77
4.2 Durchschnittsgeschwindigkeit undMomentangeschwindigkeit 80
4.3 Durchschnittsbeschleunigung undMomentanbeschleunigung 82
4.4 Wurfbewegungen 85
4.5 Die gleichformigeKreisbewegung. 92
4.6 Relativbewegung in einerDimension 95
4.7 Relativbewegung in zwei Dimensionen 98
4.8 Zusammenfassung 100
4.9 Fragen 101
4.10 Aufgaben 104
5 Kraft und Bewegung I
5.1 Das erste und das zweite Newtonsche Gesetz 111
5.2 Einige besondereKrafte 121
5.3 Die Newtonschen Gesetze in der Praxis 126
5.4 Zusammenfassung 136
5.5 Fragen 137
5.6 Aufgaben 139
6 Kraft und Bewegung II
6.1 Reibung 145
6.2 Stromungswiderstand und Endgeschwindigkeit 151
6.3 GleichformigeKreisbewegung 155
6.4 Scheinkrafte 161
6.5 Zusammenfassung 165
6.6 Fragen 166
6.7 Aufgaben 168
7 Kinetische Energie und Arbeit
7.1 Energie 175
7.2 Arbeit und kinetische Energie 178
7.3 Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit 183
7.4 Von einer Federkraft verrichtete Arbeit 188
7.5 Von einer allgemeinen veranderlichen Kraft verrichteteArbeit 192
7.6 Leistung 197
7.7 Zusammenfassung 200
7.8 Fragen 201
7.9 Aufgaben 204
8 Potenzielle Energie und Energieerhaltung
8.1 Potenzielle Energie 211
8.2 Der Energieerhaltungssatz derMechanik 219
8.3 Grafische Darstellung der potenziellen Energie 223
8.4 Von einer auseren Kraft an einem SystemverrichteteArbeit 228
8.5 Energieerhaltung 232
8.6 Zusammenfassung 238
8.7 Fragen 239
8.8 Aufgaben 241
9 Systeme von Teilchen
9.1 Der Schwerpunkt 251
9.2 Das zweite Newtonsche Gesetz fur einTeilchensystem. 256
9.3 Der Impuls 261
9.4 Stosprozesse:DerKraftstos 263
9.5 Die Impulserhaltung 267
9.6 Inelastische eindimensionale Stose 272
9.7 Elastische eindimensionale Stose 275
9.8 Zweidimensionale Stose 279
9.9 Systeme mit veranderlicherMasse: Eine Rakete 280
9.10 Ausere Krafte und Anderungen der inneren Energie 283
9.11 Zusammenfassung 286
9.12 Fragen 288
9.13 Aufgaben 290
10 Die Rotation ausgedehnter Körper
10.1 Die Variablen der Rotation 301
10.2 Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung 310
10.3 Beziehungen zwischen den Variablen fur lineareBewegung und Rotation 313
10.4 Die kinetische Energie der Rotation 318
10.5 Die Berechnung des Tragheitsmoments 319
10.6 DasDrehmoment 324
10.7 Das zweite Newtonsche Gesetz fur die Rotation 326
10.8 Arbeit und kinetische Energie der Rotation 330
10.9 Zusammenfassung 335
10.10 Fragen 337
10.11 Aufgaben 339
11 Rollbewegung, Drehmoment und Drehimpuls
11.1 Die Rollbewegung 347
11.2 Krafte und die kinetische Energie der Rollbewegung 349
11.3 Das Jo–Jo 354
11.4 Eine erweiterteDefinition desDrehmoments 355
11.5 DerDrehimpuls 357
11.6 Das zweite Newtonsche Gesetz inWinkelschreibweise 360
11.7 DerDrehimpuls eines starrenKorpers 363
11.8 Die Erhaltung desDrehimpulses 366
11.9 Die Prazession einesKreisels 374
11.10 Zusammenfassung 376
11.11 Fragen 377
11.12 Aufgaben 379
12 Gleichgewicht und Elastizität
12.1 Gleichgewicht 387
12.2 Beispiele fur statischeGleichgewichte 392
12.3 Elastizitat 400
12.4 Zusammenfassung 407
12.5 Fragen 407
12.6 Aufgaben 409
13 Gravitation
13.1 DasNewtonscheGravitationsgesetz 419
13.2 Gravitation und das Superpositionsprinzip 422
13.3 Die Gravitation in der Nahe der Erdoberflache. 425
13.4 DieGravitation innerhalb der Erde 428
13.5 Die potenzielle Energie der Gravitation 430
13.6 Planeten und Satelliten: Die KeplerschenGesetze 436
13.7 Satelliten:Umlaufbahnen und Energie 439
13.8 Einstein und dieGravitation 443
13.9 Zusammenfassung 445
13.10 Fragen 446
13.11 Aufgaben 448
14 Fluide
14.1 Fluide,Dichte undDruck 455
14.2 Ruhende Fluide 459
14.3 Druckmessung 462
14.4 Das Pascalsche Prinzip 464
14.5 Das archimedischePrinzip 465
14.6 Die Kontinuitatsgleichung 470
14.7 Die Bernoulli–Gleichung 475
14.8 Zusammenfassung 479
14.9 Fragen 480
14.10 Aufgaben 481
15 Schwingungen
15.1 Harmonische Schwingungen. 489
15.2 Die Energie einer harmonischen Schwingung 498
15.3 Das Torsionspendel 500
15.4 Pendel und Kreisbewegungen 502
15.5 Gedampfte harmonische Schwingungen 509
15.6 Erzwungene Schwingungen und Resonanz 514
15.7 Das FoucaultschePendel 518
15.8 Zusammenfassung 521
15.9 Fragen 522
15.10 Aufgaben 525
16 Wellen I
16.1 Transversalwellen. 531
16.2 DieWellengeschwindigkeit eines gespannten Seils 542
16.3 Energie und Leistung einer sich ausbreitendenSeilwelle 544
16.4 DieWellengleichung 547
16.5 Die Interferenz vonWellen 549
16.6 Darstellung vonWellen durchZeiger 554
16.7 StehendeWellen und Resonanz 556
16.8 Zusammenfassung 563
16.9 Fragen 564
16.10 Aufgaben 566
17 Wellen II
17.1 Die Schallgeschwindigkeit 573
17.2 DieAusbreitung von Schallwellen. 577
17.3 Interferenz 580
17.4 Schallintensitat und Schallpegel 583
17.5 MusikalischeTone 587
17.6 Schwebungen 592
17.7 Der Doppler–Effekt 594
17.8 Uberschallgeschwindigkeit und Stoswellen. 600
17.9 Zusammenfassung 601
17.10 Fragen 602
17.11 Aufgaben 604
18 Temperatur,Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik
18.1 Temperatur 611
18.2 DieCelsius– und die Fahrenheit–Skala 615
18.3 Warmeausdehnung 618
18.4 DieAbsorption vonWarme 621
18.5 Der erste Hauptsatz derThermodynamik 628
18.6 Mechanismen derWarmeubertragung 635
18.7 Zusammenfassung 641
18.8 Fragen 642
18.9 Aufgaben 644
19 Die kinetische Gastheorie
19.1 Ein neuer Blick aufGase 651
19.2 IdealeGase 653
19.3 Druck, Temperatur und gemittelte Geschwindigkeiten. 657
19.4 Kinetische Translationsenergie 661
19.5 Diemittlere freieWeglange 662
19.6 Die Verteilungsfunktion derMolekulgeschwindigkeiten 664
19.7 Die molareWarmekapazitat idealer Gase 669
19.8 Freiheitsgrade und molare Warmekapazitat 674
19.9 Die adiabatische Expansion eines idealenGases 678
19.10 RealeGase 683
19.11 Zusammenfassung 686
19.12 Fragen 688
19.13 Aufgaben 690
20 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
20.1 Entropie 695
20.2 Entropie in Aktion: ThermodynamischeMaschinen 703
20.3 Kaltemaschinenund realeMaschinen 709
20.4 Eine statistische Interpretation der Entropie 713
20.5 Zusammenfassung 718
20.6 Fragen 719
20.7 Aufgaben 720
21 Elektrische Ladung
21.1 Elektromagnetismus 727
21.2 Die elektrische Ladung ist quantisiert 740
21.3 Die elektrische Ladung ist eine Erhaltungsgrose 742
21.4 Zusammenfassung 743
21.5 Fragen 744
21.6 Aufgaben 746
22 Elektrische Felder
22.1 Das elektrische Feld 751
22.2 Das elektrische Feld einer Punktladung 754
22.3 Das elektrische Feld einesDipols 757
22.4 Elektrisches Feld einer linearen Ladungsverteilung 760
22.5 Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe 766
22.6 Punktladung imelektrischen Feld 768
22.7 EinDipol in einemelektrischen Feld 770
22.8 Zusammenfassung 774
22.9 Fragen 775
22.10 Aufgaben 777
23 Der Gaußsche Satz
23.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht 783
23.2 DerGaussche Satz 789
23.3 Eigenschaften eines geladenen, isolierten Leiters. 795
23.4 Eine Anwendung des Gausschen Satzes:Zylindersymmetrie 799
23.5 Eine Anwendung des Gausschen Satzes: Ebene Symmetrie 801
23.6 Eine Anwendung des Gausschen Satzes:Kugelsymmetrie 804
23.7 Zusammenfassung 807
23.8 Fragen 807
23.9 Aufgaben 809
24 Das elektrische Potenzial
24.1 Das elektrische Potenzial 817
24.2 Aquipotenzialflachen 823
24.3 Das Potenzial von Punktladungen. 827
24.4 Das Potenzial eines elektrischen Dipols 830
24.5 Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung 832
24.6 Die Berechnung des elektrischen Felds aus demelektrischen Potenzial 835
24.7 Die elektrische potenzielle Energie eines Systems von Punktladungen 837
24.8 Das Potenzial eines geladenen, isolierten leitendenKorpers 841
24.9 Zusammenfassung 843
24.10 Fragen 844
24.11 Aufgaben 845
25 Kapazität
25.1 Kondensatoren und ihre Anwendungen 851
25.2 Die Berechnung derKapazitat 854
25.3 Parallel– und Reihenschaltung vonKondensatoren 859
25.4 In einem elektrischen Feld gespeicherteEnergie 865
25.5 KondensatormitDielektrikum 869
25.6 Dielektrika undGausscher Satz 873
25.7 Zusammenfassung 877
25.8 Fragen 878
25.9 Aufgaben 879
26 Elektrischer StromundWiderstand
26.1 Ladung in Bewegung: Elektrischer Strom 885
26.2 Die Stromdichte 889
26.3 Widerstand und spezifischerWiderstand 893
26.4 DasOhmscheGesetz 898
26.5 Elektrische Leistung in Stromkreisen 902
26.6 Zusammenfassung 908
26.7 Fragen 909
26.8 Aufgaben 911
27 Stromkreise
27.1 Unverzweigte Stromkreise. 917
27.2 Verzweigte Stromkreise 928
27.3 Amperemeterund Voltmeter 937
27.4 RC–Kreise 938
27.5 Zusammenfassung 944
27.6 Fragen 944
27.7 Aufgaben 946
28 Magnetfelder
28.1 Magnetfelder und die Definition von B 953
28.2 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des Elektrons 959
28.3 Gekreuzte Felder:DerHall–Effekt 961
28.4 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn 965
28.5 Zyklotronund Synchrotron 970
28.6 Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenenDraht 973
28.7 Das Drehmoment auf eine stromdurchflosseneDrahtschleife 975
28.8 DasmagnetischeDipolmoment 978
28.9 Zusammenfassung 980
28.10 Fragen 981
28.11 Aufgaben 983
29 Magnetfelder aufgrund von Strömen
29.1 DasMagnetfeld umeinen Strom. 989
29.2 Die Kraft zwischen parallelen Stromen 997
29.3 DasAmperescheGesetz 999
29.4 Zylinder– und Ringspulen 1003
29.5 Eine stromfuhrende Spule alsmagnetischerDipol 1006
29.6 Zusammenfassung 1009
29.7 Fragen 1009
29.8 Aufgaben 1011
30 Induktion und Induktivität
30.1 Das Faradaysche Gesetz und die Lenzsche Regel 1017
30.2 Induktion und Energietransfer 1026
30.3 Induzierte elektrische Felder 1029
30.4 Induktivitat 1034
30.5 Selbstinduktion 1036
30.6 RL–Kreise 1038
30.7 Energiespeicherung imMagnetfeld 1042
30.8 Die Energiedichte einesMagnetfelds 1044
30.9 Gegeninduktion 1045
30.10 Zusammenfassung 1049
30.11 Fragen 1050
30.12 Aufgaben 1052
31 Elektromagnetische Schwingkreise undWechselstrom
31.1 LC–Schwingungen 1061
31.2 Gedampfte Schwingungen in einem RLC–Kreis 1070
31.3 Erzwungene Schwingungen 1072
31.4 Der Reihen–RLC–Kreis 1082
31.5 Leistung inWechselstromkreisen 1088
31.6 Transformatoren 1091
31.7 Zusammenfassung 1096
31.8 Fragen 1098
31.9 Aufgaben 1099
32 Magnetismus und Materie
32.1 DerGaussche Satz furMagnetfelder 1105
32.2 Induziertemagnetische Felder 1107
32.3 Der Verschiebungsstrom und dieMaxwell–Gleichungen 1110
32.4 Magnete 1116
32.5 DerMagnetismus von Elektronen. 1118
32.6 Diamagnetismus 1124
32.7 Paramagnetismus 1126
32.8 Ferromagnetismus 1128
32.9 Zusammenfassung 1132
32.10 Fragen 1134
32.11 Aufgaben 1136
33 Elektromagnetische Wellen
33.1 ElektromagnetischeWellen 1141
33.2 Energietransport und Poynting–Vektor 1151
33.3 Der Strahlungsdruck 1154
33.4 Polarisation 1157
33.5 Reflexion und Brechung 1162
33.6 Totalreflexion 1169
33.7 Polarisation durchReflexion 1170
33.8 Zusammenfassung 1172
33.9 Fragen 1173
33.10 Aufgaben 1175
34 Abbildungen
34.1 Bilder und ebene Spiegel 1183
34.2 Kugelspiegel 1187
34.3 Spharische brechende Flachen 1193
34.4 Dunne Linsen 1196
34.5 Optische Instrumente 1203
34.6 DreiHerleitungen 1207
34.7 Zusammenfassung 1210
34.8 Fragen 1211
34.9 Aufgaben 1213
35 Interferenz
35.1 Licht alsWelle 1219
35.2 Beugung amDoppelspalt 1225
35.3 Interferenzund Intensitat 1232
35.4 Interferenz an dunnen Schichten 1237
35.5 DasMichelson–Interferometer 1245
35.6 Zusammenfassung 1246
35.7 Fragen 1247
35.8 Aufgaben 1249
36 Beugung
36.1 Beugung amEinzelspalt 1255
36.2 Intensitaten bei der Beugung amEinzelspalt 1260
36.3 Beugung an einer kreisrunden Offnung 1265
36.4 Beugung amDoppelspalt 1269
36.5 Beugungsgitter 1273
36.6 Beugungsgitter: Dispersion undAuflosungsvermogen 1277
36.7 Rontgenbeugung 1281
36.8 Zusammenfassung 1283
36.9 Fragen 1284
36.10 Aufgaben 1286
37 Relativitätstheorie
37.1 Gleichzeitigkeitund Zeitdilatation 1293
37.2 Die Relativitat der Lange 1304
37.3 Die Lorentz–Transformation 1308
37.4 Die Relativitat derGeschwindigkeiten 1314
37.5 Der Doppler–Effekt fur Lichtwellen 1315
37.6 Impuls und Energie 1319
37.7 Zusammenfassung 1326
37.8 Fragen 1327
37.9 Aufgaben 1329
38 Photonen und Materiewellen
38.1 Das Photon:Teilchen des Lichts 1335
38.2 Der photoelektrischeEffekt 1337
38.3 Photonenimpuls, Compton– Verschiebung und Lichtinterferenz 1341
38.4 Die Geburtsstunde der Quantenphysik 1348
38.5 ElektronenundMateriewellen 1350
38.6 Die Schrodinger–Gleichung 1354
38.7 Die Heisenbergsche Unscharferelation 1357
38.8 Reflexion an einer Potenzialschwelle 1359
38.9 DerTunneleffekt 1361
38.10 Zusammenfassung 1365
38.11 Fragen 1366
38.12 Aufgaben 1367
39 Mehr über Materiewellen
39.1 Die Energie eines Elektrons in einer Elektronenfalle 1373
39.2 DieWellenfunktionen eines Elektrons in einemKastenpotenzial 1380
39.3 Das eindimensionale endliche Kastenpotenzial 1385
39.4 Zwei– und dreidimensionale Elektronenfallen 1388
39.5 DasWasserstoffatom 1393
39.6 Zusammenfassung 1406
39.7 Fragen 1408
39.8 Aufgaben 1409
40 Atome
40.1 Eigenschaften vonAtomen 1415
40.2 Das Stern–Gerlach–Experiment 1422
40.3 Kernspinresonanz 1426
40.4 Das Pauli–Prinzip 1428
40.5 DerAufbau des Periodensystems 1432
40.6 Rontgenstrahlung. 1435
40.7 Laser 1440
40.8 Zusammenfassung 1445
40.9 Fragen 1447
40.10 Aufgaben 1447
41 Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern
41.1 Die elektrischen Eigenschaften vonMetallen 1453
41.2 Halbleiter und Dotierung 1466
41.3 pn–Ubergange undTransistoren 1472
41.4 Zusammenfassung 1480
41.5 Fragen 1481
41.6 Aufgaben 1482
42 Kernphysik
42.1 Die Entdeckung desAtomkerns 1487
42.2 Einige Eigenschaften vonAtomkernen 1489
42.3 Der radioaktiveZerfall 1497
42.4 DerAlpha–Zerfall 1501
42.5 Der Beta–Zerfall 1504
42.6 RadiometrischeAltersbestimmung. 1508
42.7 Mase fur Strahlungsdosen 1509
42.8 Kernmodelle 1511
42.9 Zusammenfassung 1514
42.10 Fragen 1515
42.11 Aufgaben 1516
43 Kernenergie
43.1 Kernspaltung 1525
43.2 Kernreaktoren 1531
43.3 Ein naturlicherKernreaktor 1536
43.4 Thermonukleare Fusion: Der grundlegende Prozess 1538
43.5 Thermonukleare Fusion in der Sonne und anderen Sternen 1541
43.6 Kontrollierte thermonukleareFusion 1544
43.7 Zusammenfassung 1547
43.8 Fragen 1548
43.9 Aufgaben 1549
44 Quarks, Leptonen und der Urknall
44.1 Grundzuge derTeilchenphysik 1555
44.2 Leptonen,Hadronen und Strangeness 1564
44.3 Quarks undAustauschteilchen 1570
44.4 Kosmologie. 1577
44.5 Zusammenfassung 1585
44.6 Fragen 1585
44.7 Aufgaben 1586
Anhang
A Das Internationale Einheitensystem (SI) 1594
B AstronomischeDaten 1596
C Umrechnungsfaktoren 1597
D Mathematische Formeln 1599
E Eigenschaften der Elemente 1603
F Antworten auf die Kontrollfragen und Fragen 1606
G Stichwortverzeichnis 1614
Stephan W. Koch lehrt Physik in Marburg und ist häufig als Gastwissenschaftler an der Universität von Arizona, Tucson/USA. Er hat in Frankfurt Physik studiert, 1979 promoviert und sich, nach Forschungsaufenthalten bei den IBM Research Labs, 1983 habilitiert. Anschließend ging er in die USA, wo er ab 1989 Full Professor an der University of Arizona in Tucson war. 1993 folgte er einem Ruf an die Uni Marburg, blieb aber bis heute Adjunct Professor in Arizona. 1997 erhielt Herr Koch den Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft, 1999 den Max-Planck-Forschungspreis der Humboldt Stiftung und Max-Planck-Gesellschaft. Seit mehreren Jahren ist er als Herausgeber und Berater für Fachzeitschriften aktiv.
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