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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch konzentriert sich auf die Kernthemen der klassischen Physik, die typischerweise in den Anfangssemestern einer Hochschulausbildung erarbeitet werden und deren mathematische Behandlung oft erhebliche Probleme bereitet. Diesen begegnet das Buch mit kurzen mathematischen Hilfestellungen, die über QR-Codes abrufbar sind, ebenso Animationen, die physikalische Zusammenhänge visualisieren. Viele Beispiele und Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen bieten beste Voraussetzungen für ein erfolgreiches Selbststudium. Das Buch ist für Studienanfänger an Hochschulen und Universitäten mit Physik im Haupt- und Nebenfach gedacht.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Mechanik

Das Kapitel beginnt mit der Kinematik – sie beschreibt Bewegungsabläufe und nimmt Beschleunigungen als gegeben an, ohne nach den Ursachen zu fragen. Mit den Newtonschen Axiomen werden dann die Ursachen für Beschleunigungen eingeführt, die Kräfte. Einen wichtigen Platz nehmen in dem Kapitel die Erhaltungssätze der Physik ein: Energie- und Impulserhaltung. Wegen ihrer fundamentalen Bedeutung in der Physik werden die Begriffe des Vektorfeldes und des Potentials am Beispiel des Schwerefeldes eingeführt. Schließlich werden mit der Drehbewegung weitere physikalische Größen wie Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung, Zentripetalkraft, Drehmoment, Massenträgheitsmoment und Drehimpuls behandelt.
Rainer Dohlus

2. Thermodynamik

Hier wird eine kurze Einführung in die Strömungsmechanik gegeben, also dem Verhalten von Gasen und Flüssigkeiten in Strömungen. Dann wird mit der Einführung des Temperaturbegriffs die zentrale Frage der Thermodynamik beantwortet: warum gibt es kein Perpetuum Mobile 2. Art, also eine Maschine, die nichts anderes bewirkt, als Wärme vollständig in mechanische Arbeit umzuwandeln? Eine ausführliche Beschreibung von Wärmekraftmaschinen wie dem Otto- und dem Dieselmotor schließt sich an. Schließlich wird noch der abstrakte Begriff der Entropie eingeführt.
Rainer Dohlus

3. Schwingungen und Wellen

In diesem Kapitel wird die harmonische Schwingung behandelt, ungedämpft und gedämpft sowie mit periodischer Fremdanregung. Dann werden über eine Kopplung vieler Oszillatoren die Wellen eingeführt. Grundlegendes zum Energietransport, zur Gruppengeschwindigkeit und zur Reflexion von Wellen wird vermittelt. Schließlich werden die verschiedenen Schallpegel behandelt und es wird auf die Eigenheiten bei Pegeladdition und Pegelsubtraktion eingegangen. Das Phänomen der Interferenz wird eingeführt. Dopplereffekt und Machscher Kegel runden das Kapitel ab.
Rainer Dohlus

4. Elektrizität

Das Kapitel ist in drei Teile gegliedert: im ersten Teil werden über die Betrachtung eines einfachen Stromkreises die grundlegenden Begriffe wie Ladung, Strom und Widerstand eingeführt. Die Frage nach der Ursache einer Bewegung von Ladungen führt über das Coulombsche Gesetz zum elektrischen Feld, zum Kondensator sowie zur Energie des elektrischen Feldes. Der zweite Teil gehört den statischen Magnetfelder, den magnetischen Eigenschaften der Materie, der Lorentzkraft und dem Halleffekt. Im dritten Teil wird dann die Zeitabhängigkeit der Felder eingeführt: behandelt werden das Induktionsgesetz, Wechselstromkreise, Induktivitäten und Kapazitäten sowie die elektromagnetischen Wellen.
Rainer Dohlus

5. Optik

Im Rahmen der Strahlenoptik werden die Grundgesetze der Reflexion und der Lichtbrechung eingeführt. Die Abbildung durch dünne Linsen und die grundlegende Funktion der wichtigsten optischen Geräte wird behandelt. Das Thema dicke Linsen und ihre Beschreibung durch Hauptebenen schließt sich an. Im Rahmen der Wellenoptik werden Beugung, Interferenz und Polarisation betrachtet. Die Auswirkung der Beugung auf das Auflösungsvermögen optischer Geräte und ihre Nutzung bei Beugungsgittern werden behandelt.
Rainer Dohlus

6. Lösungen

Lösungen
Rainer Dohlus

Backmatter

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