Skip to main content
main-content

2022 | Buch

Physik 1 – Eine unkonventionelle Einführung

verfasst von: Prof. Dr. Romano Rupp

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

share
TEILEN
insite
SUCHEN

Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch eröffnet einen alternativen Zugang zur Physik und bietet eine konsistente Einführung in die relevanten Themen der klassischen Physik. Anders als in vielen Physikbüchern wird hier die grundlegende Methode der Physik am Beispiel einer vorläufigen Theorie des Lichtes erläutert und daran anknüpfend die Geometrische Optik und die Relativitätstheorie aufgebaut. Von den mathematischen Anforderungen stützt es sich damit auf bekanntes Schulwissen.

Erst im Anschluss werden die Mechanik auf den Erhaltungsgrößen Impuls und Energie entwickelt und die wichtigsten Konzepte aus Kinematik und Dynamik bis hin zur Kontinuumsmechanik dargestellt. Von dort gelingt ein fließender Übergang in die Thermodynamik, wo mit der thermischen Energie erstmals eine nicht-mechanische Energieform eingeführt wird. Besonderes Augenmerk wird dabei von Anfang an auf die Entropie gesetzt, die als extensive Zustandsvariable der thermischen Energieform den Schlüsselbegriff der Thermodynamik darstellt.Als Nächstes werden unter den Schlagwörtern „chemische Energie“ und „elektrische Energie“ zwei weitere Beispiele für nicht-mechanische Energieformen vorgestellt. Zwei weiterführende Kapitel über Transportphänomene und Wellen runden die Darstellung ab.

Die jeweiligen mathematischen Kenntnisse werden parallel zu den physikalischen Inhalten eingeführt und erweitert sowie teilweise in ergänzenden Kapiteln zusammenfassend bereitgestellt. Kürzere philosophische Betrachtungen und Histörchen aus der Physikgeschichte lockern die Darstellung auf. Insbesondere eignet sich das Buch für Studierende als Ergänzung zur Physik-Vorlesung und für Lehrende der Physik, die einen neuen Zugang für ihre Lehre suchen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Methoden der Physik
Zusammenfassung
Das Phänomen Licht hat Menschen schon seit jeher beschäftigt.
Romano Rupp
Kapitel 2. Geometrische Optik
Zusammenfassung
Die Geometrische Optik ist eine statische Theorie, in welcher die Begriffe „Zeit“ und „Geschwindigkeit“ nicht vorkommen.
Romano Rupp
Kapitel 3. Kinematik
Zusammenfassung
Die Kinematik klärt die Basisbegriffe „Raum“, „Zeit“, „Geschwindigkeit“ und „Beschleunigung“. Sie ist daher die Grundlage jeder Theorie, welche diese Begriffe enthält. Deren Beschreibungen relativ zu unterschiedlichen Bezugsrahmen sind durch das Galileische Relativitätspostulat und die Raumzeitkonstante https://static-content.springer.com/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-64506-2_3/337075_1_De_3_IEq1_HTML.gif miteinander verknüpft. Da Mechanik, Elektrodynamik und Quantenphysik auf dem theoretischen Fundament ruhen, das in diesem Kapitel gelegt wird, tritt die Konstante c auch in diesen Theorien auf.
Romano Rupp
Kapitel 4. Mechanik
Zusammenfassung
Im vorangegangenen Kapitel ging es um die Beschreibung von Ereignissen durch Ereigniskoordinaten einer Äquivalenzklasse von Bezugssystemen. Und mehr nicht. Wenn man von der empirischen Festlegung des zunächst freien Parameters c absieht, dann hat das alles mit Physik erst einmal nichts zu tun. Es ist reine Mathematik. Auch die Begrenzung der Geschwindigkeit der Bezugssysteme (s. Folgerung aus Gl. 3.48) durch einen Parameter c ist erst einmal nur eine Konsequenz der Forderung nach mathematischer Konsistenz, aber keine Physik. Ab diesem Kapitel soll es nun endlich um Physik gehen. Wir werden damit beginnen, physikalische Konsequenzen aus dem Galileiprinzip selbst zu ziehen.
Romano Rupp
Kapitel 5. Phänomenologische Mechanik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Grundlage für die Theorie einer Näherung der Mechanik gelegt: für die phänomenologische Mechanik. Diese Theorie ist auf zwei Postulaten aufgebaut, welche im Bereich niederenergetischer Wechselwirkungen ohne Widerspruch zu den Experimenten und im Rahmen dieses Gültigkeitsbereichs damit auch konsistent und richtig ist. Ihr zentraler Begriff ist die potentielle Energie.
Romano Rupp
Kapitel 6. Dynamik
Zusammenfassung
Im Jahre 1687 revolutionierte Isaac Newton die Physik mit seinem Buch Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Die mathematischen Grundlagen der Naturphilosophie). Émilie du Châtelet verband seine Theorie mit der Differentialrechnung von Gottfried Wilhelm Leibniz. Mit ihrer Übersetzung im Jahr 1749 verhalf sie schließlich dem Werk Newtons auf dem europäischen Kontinent zum großen Durchbruch. Die Newtonsche Mechanik geht ursprünglich vom Kraftbegriff aus und wird nach dem altgriechischen Wort „dynamis“ für Kraft auch als Dynamik bezeichnet.
Romano Rupp
Kapitel 7. Dissipation
Zusammenfassung
In Abschn. 6.4 haben Sie verschiedene Oszillatormodelle kennengelernt:
Romano Rupp
Kapitel 8. Kontinuumsmechanik
Zusammenfassung
Makroskopische Systeme bestehen aus einer Vielzahl von Objekten bzw. Teilsystemen, die meist ihrerseits weiter teilbar sind. Ein Beispiel für ein solches physikalisches Makrosystem ist unser Sonnensystem. Es besteht aus der Sonne, Kometen, interplanetarischem Staub usw.
Romano Rupp
Kapitel 9. Thermodynamik
Zusammenfassung
Ein abgeschlossenes mechanisches Modellsystem mit der mechanischen Energie \(\mathcal {E}\) enthält keine Beschreibung für die Dissipation. Der Austausch zwischen mechanischen Energiebeiträgen erfolgt per Definition stets reversibel.
Romano Rupp
Kapitel 10. Chemie
Zusammenfassung
Chemische Energie ist ein Schlagwort für eine in der chemischen Substanz ,,eingefrorene Energie“ und konstituiert einen neuen Freiheitsgrad der Energie, der hier zunächst einmal etwas oberflächlich eingeführt wird.
Romano Rupp
Kapitel 11. Elektrizität
Zusammenfassung
Die Tribologie untersucht Phänomene, bei denen Grenzflächen eng miteinander in Kontakt gebracht werden.
Romano Rupp
Kapitel 12. Transport
Zusammenfassung
Das Ziel dieses Kapitels ist es, einige Grundlagen der Nichtgleichgewichtsthermodynamik zu vermitteln und Transportphänomene zu beleuchten. Die hier hauptsächlich zu klärenden Fragen sind, mit welcher Geschwindigkeit und auf welche Weise Übergänge zum Gleichgewichtszustand ablaufen. Der wesentlich neue Parameter, der damit ins Spiel kommt, ist die Zeit t.
Romano Rupp
Kapitel 13. Perturbationen
Zusammenfassung
Dieses Kapitel soll Sie in die grundlegende Physik der Ausbreitung von Perturbationen einführen. Unter Perturbationen versteht man Störungen bzw. Abweichungen vom thermodynamischen Gleichgewichtszustand. Sie werden durch die Abweichung einer thermodynamischen Variablen vom Gleichgewichtswert beschrieben, die man auch als ihre Amplitude bzw. Auslenkung bezeichnet. Solche Perturbationen können z. B. durch eine lokale Energiezufuhr angestoßen werden und beschreiben dann z. B. die Energieausbreitung durch eine phänomenologische Variable.
Romano Rupp
Kapitel 14. Anhang
Zusammenfassung
Ein optisches System bestehe aus zwei koaxial im Abstand \(\vert d\vert \) zueinander angeordneten dünnen Linsen \(\mathrm {L_{I}}\) und \(\mathrm {L_\mathrm {II}}\) mit den Hauptebenen \(\mathrm {H_{I}}\) bzw. \(\mathrm {H_{II}}\). Die bildseitigen (Vorsicht! In diesem Abschnitt habe ich die bildseitigen Koordinaten der Brennweiten nicht durch einen zusätzlichen Strich gekennzeichnet.) Koordinaten ihrer Brennebenen seien \(f_{\mathrm {I}}\) bzw. \(f_\mathrm {II}\). Die Abbildungsgleichungen lauten
Romano Rupp
Backmatter
Metadaten
Titel
Physik 1 – Eine unkonventionelle Einführung
verfasst von
Prof. Dr. Romano Rupp
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-64506-2
Print ISBN
978-3-662-64505-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64506-2

Premium Partner

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.