Physik Kompakt 1: Mechanik, Fluiddynamik Und Wärmelehre

ISBN-13: 9783540431411 / Niemiecki / Twarda / 2002 / 442 str.

Wolfgang Scobel; Gunnar Lindstrom; Rudolf Langkau

Opis

Physik kompakt 1. Mechanik, Fluiddynamik und Warmelehre enthalt im ersten Teil die Einfuhrung in die Mechanik, wie sie ublicherweise im ersten Semester geboten wird. Als Vorbereitung auf die Vorlesung der theoretischen Mechanik beschranken sich die Autoren darauf, das Verstandnis der Grundlagen zu vermitteln. Zudem wird ein kurzer Ausflug in die relativistische Mechanik geboten. Der zweite Teil vertieft die Darstellungen um die Schwingungslehre und fuhrt hin zur Mechanik der starren Korper. Die Mechanik der stromenden Flussigkeiten und Gase bildet die Verbindung zur Einfuhrung in die Warmelehre und bereitet auf die Vorlesungen zur Thermodynamik des Hauptstudiums vor. Im Anhang werden die Wellen- und Transportgleichungen behandelt."

Spis treści

I Mechanik.- 1 Einleitung.- 1.1 Die Arbeitsmethode der Physik.- 1.2 Physikalische Größen, Maßsystem.- 1.3 Vektorielle Größen.- 1.4 Darstellung physikalischer Zusammenhänge.- 2 Kinematik des Massenpunktes.- 2.1 Massenpunkt und Bahnkurve.- 2.2 Geradlinige Bewegung; Geschwindigkeit und Beschleunigung.- 2.3 Allgemeine krummlinige Bewegung.- 2.4 Kreisbewegung.- 2.5 GALILEI-Transformation.- 3 Dynamik des Massenpunktes.- 3.1 Die NEWTONschen Axiome.- 3.2 Kraft und Masse.- 3.3 Anwendung der NEWTONschen Bewegungsgleichung.- 3.4 Trägheitskräfte in beschleunigten Bezugssystemen.- 4 Erhaltungsgrößen der Mechanik.- 4.1 Kraft und Lincarimpuls. Allgemeine Formulierung der NEWTONschen Bewegungsgleichung.- 4.2 Drehmoment und Drehimpuls.- 4.3 Arbeit und Leistung.- 4.4 Kinetische und potentielle Energie.- 4.5 Energieerhaltung.- 5 Massenpunktsysteme.- 5.1 Die NEWTONsche Bewegungsgleichung.- 5.2 Erhaltungssätze.- 5.3 Wechselwirkungen mit kurzer Reichweite; Stoßgesetze.- 6 Starrer Körper.- 6.1 Starrer Körper als System von Massenpunkten.- 6.2 Statik des starren Körpers.- 6.3 Dynamik des starren Körpers; Rotation um feste Achse.- 6.3.1 Berechnung von Trägheitsmomenten.- 6.3.2 Beispiele für Drehbewegungen um eine feste Achse.- 6.3.3 Arbeit. Leistung und kinetische Energie bei Drehbewegungen um eine feste Achse.- 6.3.4 Drehimpulserhaltung bei raumfester Achse.- 6.4 Rotation um freie Achsen; Kreisel.- 7 Relativistische Mechanik.- 7.1 Relativitätsprinzip.- 7.2 LORENTZ-Transformation.- 7.3 Relativistische Dynamik.- 7.4 Ergänzung: Graphiken zur speziellen Relativitätstheorie.- 7.4.1 Voraussetzungen.- 7.4.2 Koordinaten-Transformation im nichtrelativistischen Fall (GALILEI-Transformation).- 7.4.3 Koordinaten-Transformation im relativistischen Fall (LORENTZ-Transformation).- 7.4.4 Masse und Impuls im relativistischen Fall.- 7.4.5 Kinetische Energie im relativistischen Fall.- 7.4.6 DE-BROGLIE-Wellenlänge im relativistischen Fall.- 8 Anhang: Differentialgleichungen zu Grunderscheinungen der Physik.- 8.1 Einleitung.- 8.2 Bewegungsgleichungen.- 8.2.1 Das 2. NEWT0Nsche Axiom.- 8.2.2 Die Kraft ist konstant.- 8.2.3 Die Kraft ist konstant und bremsend.- 8.2.4 Die Kraft ist konstant; die Masse wächst linear mit der Zeit.- 8.2.5 Die Kraft ist konstant; der Massenverlust ist proportional zur Geschwindigkeit.- 8.2.6 Die Kraft ist proportional zum Ort.- 8.2.7 Die Kraft ist proportional zum Ort, aber rücktreibend.- 8.2.8 Die Kraft ist harmonisch.- 8.2.9 Die Kraft ist proportional zur Geschwindigkeit und bremsend.- 8.2.10 Die Kraft ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit und bremsend.- 8.2.11 Die Kraft ist die Summe aus elastischer Bindungskraft und geschwindigkeitsproportionaler Bremskraft.- 8.2.12 Die Kraft ist die Summe aus elastischer Bindungskraft. Bremskraft und einer äusseren zeitabhängigen Kraft.- 8.2.13 Die Kraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes vom Koordinatenursprung.- 8.2.14 Gekoppelte Bewegungsgleichungen (Gekoppelte Schwingungen).- II Fluiddynamik und Wärmelehre.- 1 Mechanische Schwingungen.- 1.1 Allgemeines.- 1.2 Harmonische Schwingungen.- 1.3 Gedämpfte harmonische Schwingungen.- 1.4 Mathematische Ergänzung: Allgemeine Behandlung der Differentialgleichung für gedämpfte Schwingungen.- 1.5 Erzwungene harmonische Schwingungen; Resonanz.- 1.6 Überlagerung harmonischer Schwingungen.- 1.7 Mathematische Ergänzung: FOURIER-Analyse.- 1.8 Gekoppelte harmonische Schwingungen.- 1.9 Molekülschwingungen als Beispiel anharmonischer Schwingungen.- 2 Harmonische Wellen in stabförmigen elastischen Medien.- 2.1 Grundlagen.- 2.2 Stehende harmonische Wellen.- 2.3 Eigenschwingungen stabförmiger Medien.- 2.4 Energietransport durch harmonische Wellen.- 3 Mechanik fester Körper.- 3.1 Verformung und mechanische Spannung.- 3.2 Grundtypen der elastischen Verformung.- 3.3 Abgeleitete elastische Verformungen.- 3.4 Überschreitung des Elastizitätsbereichs.- 4 Mechanik ruhender Flüssigkeiten und Gase.- 4.1 Druck in Flüssigkeiten und Gasen.- 4.2 Kompressibilität.- 4.3 Schweredruck.- 4.4 Ergänzung: Druck und Dichte in der Erdatmosphäre.- 4.5 Auftrieb und messtechnische Anwendungen.- 4.6 Oberflächen von Flüssigkeiten.- 4.7 Harmonische Druckwellen in Flüssigkeiten und Gasen.- 4.8 Ergänzung: Lösung der Wellengleichung.- 5 Mechanik strömender Flüssigkeiten und Gase.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Stationäre Strömung idealer Fluide.- 5.3 Druckmessung in Strömungen.- 5.4 Anwendungen der BERNOULLIschen Gleichung.- 5.5 Stationäre Strömung realer Fluide.- 5.6 Turbulente Strömung realer Fluide.- 6 Wärmelehre.- 6.1 Vorbemerkungen und Begriffserläuterungen.- 6.1.1 Stoffmenge und Teilchenzahl.- 6.2 Temperatur und Thermometer.- 6.2.1 Nicht-absolute Temperaturskala (nach CELSIUS).- 6.2.2 Absolute (thermodynamische) Temperaturskala.- 6.2.3 Thermische Ausdehnung fester und flüssiger Körper.- 6.2.4 Thermische Ausdehnung von Gasen.- 6.2.5 Das Gasthermometer.- 6.3 Zustandsgleichung idealer Gase.- 6.4 Grundzüge der kinetischen Gastheorie.- 6.4.1 Druck des Modellgases.- 6.4.2 Temperatur und kinetische Energie.- 6.4.3 Innere Energie idealer Gase.- 6.5 Wärme. eine Form der Energieübertragung.- 6.5.1 Wärmemenge und Wärmekapazität.- 6.5.2 Kalorimetrie.- 6.6 Barometrische Höhenformel und BOLTZMANN-Verteilung.- 6.6.1 MAXWELL-BOLTZMANNsche Geschwindigkeits-verteilung.- 6.7 Der I. Hauptsatz der Wärmelehre.- 6.7.1 Zustandsänderungen am idealen Gas.- 6.7.2 Reversible und irreversible Zustandsänderungen.- 6.7.3 Spezielle Kreisprozesse.- 6.7.4 Wärmepumpe und Kältemaschine.- 6.8 Der II. Hauptsatz der Wärmelehre.- 6.8.1 Die thermodynamische Temperaturskala.- 6.8.2 Die Entropie.- 6.8.3 Entropieänderungen am idealen Gas.- 6.8.4 Entropieänderung bei irreversiblen Prozessen.- 6.9 Aggregatzustände und Phasen.- 6.9.1 Koexistenz von Flüssigkeit und Dampf.- 6.9.2 Koexistenz von Festkörpern und Flüssigkeit oder Gas.- 6.9.3 Zustandsgleichung realer Gase.- 6.9.4 Gasverflüssigung: JOULE-THOMSON-Effekt.- 6.10 Transportphänomene.- 6.10.1 Molekulardiffusion (= Massentransport).- 6.10.2 Wärmeleitung (= Energietransport).- 6.10.3 Viskosität (= Impulstransport).- 6.11 Gaskinetische Betrachtung der Transportphänomene.- 6.11.1 Wirkungsquerschnitt, mittlere freie Weglänge.- 6.11.2 Gaskinetische Herleitung der Transportkoeffizienten D. ?, ?.- 6.11.3 BROWNsche Bewegung.- 7 Anhang: Differentialgleichungen zu Grunderscheinungen der Physik.- 7.1 Die Wellengleichung.- 7.1.1 Aufstellung der Wellengleichung für den Fall von Schallwellen.- 7.1.2 Lösungen der Wellengleichung.- 7.1.3 Harmonische Wellen.- 7.1.4 Berücksichtigung von Reibungskräften und anderen Einflüssen.- 7.2 Die Transportgleichung.- 7.2.1 Physikalische Grunderscheinungen.- 7.2.2 Lösungen der Transportgleichung.- 7.2.3 Eine “Transportgleichung“ ohne Transportlösung.- Sachwortverzeichnis.

Blurb

Physik kompakt 1. Mechanik, Fluiddynamik und Wärmelehre enthält im ersten Teil die Einführung in die Mechanik, wie sie üblicherweise im ersten Semester geboten wird. Als Vorbereitung auf die Vorlesung der theoretischen Mechanik beschränken sich die Autoren darauf, das Verständnis der Grundlagen zu vermitteln. Zudem wird ein kurzer Ausflug in die relativistische Mechanik geboten. Der zweite Teil vertieft die Darstellungen um die Schwingungslehre und führt hin zur Mechanik der starren Körper. Die Mechanik der strömenden Flüssigkeiten und Gase bildet die Verbindung zur Einführung in die Wärmelehre und bereitet auf die Vorlesungen zur Thermodynamik des Hauptstudiums vor. Im Anhang werden die Wellen- und Transportgleichungen behandelt.