E=mc^2: Physik für Höhlenmenschen (eBook)

Jürgen Beetz studierte nach einer humanistischen und naturwissenschaftlichen Schulausbildung Elektrotechnik, Mathematik und Informatik an der TH Darmstadt und der University of California, Berkeley. Bei einem internationalen IT-Konzern war er als Systemanalytiker, Berater und Dozent in leitender Funktion tätig. Von ihm ist im selben Verlag „1+1=10: Mathematik für Höhlenmenschen“ erschienen.

Vorwort 5
Inhalt 10
Kapitel 1 12
Was bisher geschah und wie Rudi zur Physik kam 12
Kapitel 2 15
Rudi Radlos und die einfachen Dinge 15
2.1 Messung von Raum, Zeit und Kraft 16
Eigenschaften von Körpern werden gemessen 17
Eine physikalisch exakte Messung 19
2.2 Grundbegriffe von Kraft und Bewegung 20
Kraft und Gegenkraft 21
Zwei kämpfende Böcke 22
Kraft und Gewicht 23
Kapitel 3 28
Kräfte bewegen die Welt 28
3.1 Statik: Zusammensetzung von Kräften 29
Kraft wirkt auf Körper – aber wie? 29
Die Summe aller Kräfte ist null – die der „Momente“ auch 31
Ein Möbelhaus in der Steinzeit 34
Der Flaschenzug 36
3.2 Dynamik: Bewegung durch Kräfte 38
Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung – alles eine Frage der Zeit 38
Rudi beschleunigt und bremst sein „Sitzgehrad“ 39
Der Affe am Seil 41
Reibereien können ganz schön bremsen 43
3.3 Impuls, Energie und Arbeit 45
Rudi dreht sich im Kreise 46
Die „Fliehkraft“ und ihre Gegenkraft 47
Rudi gerät auf die schiefe Bahn 50
Alles ist relativ 52
Das ideale Pendel 53
Harmonische Schwingungen 56
3.4 Die Welt ist voller Energie 58
Nichts geht verloren – im Idealfall 58
Mehr als ein Rechentrick 60
Irgendwas bewegt sich immer 63
Kapitel 4 66
Kräfte verändern Körper 66
4.1 Elastizität bei Zug und Drehung 67
Eine gespannte Feder enthält Energie 67
Pfeil und Bogen 69
Billard – der elastische Stoß 72
Knetmasse – der unelastische Stoß 74
4.2 Kräfte in Luft und Wasser 74
Was schwimmt denn da im Wasser … und warum? 74
Wie man den Wind messen kann 77
Rudi wird zum Kraftprotz 78
Rudi misst den Strömungsdruck 79
Daniel Bernoulli, der Dachabdecker 80
Fassen wir zusammen 82
Kapitel 5 84
Rudi R. schwitzt und friert 84
5.1 Wärme wirkt auf Körper 85
Wärme dehnt Körper 86
Die „WW-Regel“ 86
5.2 Wärme wird gespeichert und verrichtet Arbeit 88
Wärme wird gespeichert und „geht verloren“ 88
Zitternde Moleküle 89
Die Mutter aller Dampfmaschinen 91
Revolutionen der Menschheitsgeschichte 92
5.3 Wärme verändert Körper 94
Rudi macht Wasser warm 94
Wärme verändert den Aggregatzustand von Materie 95
Joule, Thomson, Linde & Co.
5.4 Die Wärme-Grundgesetze 100
Die thermodynamischen Hauptsätze 100
Entropie – was ist das? 101
Die Wärmepumpe – ein Gesetzesverstoß? 103
Kapitel 6 106
Rudi kann auch Lärm machen 106
6.1 Die Regeln der Töne 107
Schall braucht ein Ausbreitungsmedium 108
Mitschwingen im Gleichklang 109
Absorption vernichtet Schall, Reflexion bringt ihn wieder 110
6.2 Wellen und ihre Gesetze 111
Töne sind harmonische Schwingungen 111
Ein Klavier, ein Klavier 111
Derselbe Ton ist nicht derselbe 113
Interferenz und Schwebung 114
Kapitel 7 117
Geheimnisvolle Kräfte aus der Zukunft 117
7.1 Unsichtbare Kräfte, sichtbare Effekte 118
Elektrizität ist wie Wasser 119
Froschschenkel kann man nicht nur essen 120
Georg Simon Ohm erlässt 1825 ein Gesetz 121
Gleichstrom bleibt gleich, Wechselstrom wechselt 123
Gleichrichter und Wechselrichter 125
Ladungen gibt es nicht nur bei Gericht 126
Was kondensiert im Kondensator? 127
7.2 Elektrizität und Magnetismus sind Zwillinge 129
Ein Feld voller Vektoren 130
Maxwell ist kein kalter Kaffee 131
Von der Induktion zur Transformation 133
Wir bauen uns einen Magneten 135
Es formieren sich Widerstände 136
7.3 Wirkungen auf Körper und Materie 137
Was dem einen sein Motor, ist dem anderen sein Generator 137
Fahr’n, fahr’n, fahr’n – mit der Straßenbahn 138
Rainer Maria Schuko erfindet einen Stecker 139
Materie löst sich durch Strom auf 139
Elektrizität in 6 verschiedenen Geschmacksrichtungen 141
7.4 Elektromagnetische Wellen und ihr Verhalten 142
Das elektromagnetische Spektrum 143
Elektromagnetische Wellen do it yourself 144
Strom fließt durch das „Nichts“! 146
Kapitel 8 151
Erkenntnis erleuchtet, Licht erhellt 151
8.1 Das Wesen des Lichtes und seine Gesetze 152
Lichtausbreitung und Brechung 152
Lichtbrechung am Prisma 154
Spektrallinien verraten viel 155
Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung 157
8.2 Lichteffekte und ihre praktischen Anwendungen 159
Spieglein, Spieglein an der Wand 159
Linsen für nah und fern 160
Fernsehen und Nahsehen 162
Rudi macht einen Doppelspaltversuch 163
Was können wir überhaupt sehen? 164
8.3 Wie schnell ist das Licht und was ist es überhaupt? 166
Ein Experiment mit „ohne Ergebnis“ 168
Was ist Licht? 169
Kapitel 9 173
Das Universum von innen 173
9.1 Materie wird in ihre Bestandteile zerlegt 174
Eddi muss einen Barren Gold zerlegen 174
Materie scheint nicht immer stabil zu sein 178
Wir schauen uns ein Atom genauer an 178
9.2 Woraus besteht das „Nichts“ der Materie? 180
Das Unteilbare, aufgeschraubt 181
Die Wanderer unter den Elementen: „Ionen“ 184
Radio-Aktivität und zerfallende Atomkerne 186
Unteilbare Atome, zusammengebaut 188
Kerne spalten und zusammenbacken 192
9.3 „Quanten“ sind keine großen Schuhe 193
Die kleinen Dinger, wo sind sie denn überhaupt? 194
Getret’ner Quark wird breit, nicht stark233 196
Der Elementarteilchen-Zoo 198
Der Doppelspaltversuch mit Quanten 201
Die klassische Physik muss nachsitzen 203
Noch mehr Seltsames aus der Quantenwelt 206
9.4 Warum hält das alles zusammen? 209
Aber es zerfällt doch! 210
Kapitel 10 214
Das Universum von außen 214
10.1 Was fliegt da eigentlich so herum? 215
Das Weltall ist groß 216
Glückliche Umstände zeichnen die Erde aus 218
Was fliegt im Sonnensystem herum? 219
Der Zollstock im Weltall 221
Ein Blick in die Ferne ist ein Blick zurück 223
Was Kosmologen sonst noch messen … und wie 223
Sterne und Planeten 224
10.2 Warum hält auch das alles zusammen? 226
Fliehkraft, da capo 229
Der Mond birgt ein Geheimnis 229
10.3 Wieso fliegt das Universum dennoch auseinander? 232
Der Weltraum ist leer 233
Ich sehe was, was du nicht siehst 234
Das Universum expandiert 236
Dunkle Kräfte lassen ganze Galaxien rotieren 237
10.4 Der Kosmos besteht aus Teilen, die aus Teilen bestehen 240
Stern ist nicht gleich Stern 240
Sterne bilden Galaxien, Galaxien bilden Galaxienhaufen 241
Warum ist nicht Nichts? 243
Sind wir allein hier? 245
10.5 Die wohl berühmteste Formel der Welt 246
Die Relativitätstheorie ist eine Absolutheitstheorie 247
Bewegte Uhren gehen langsamer 250
Das Unbegreifliche in der Relativitätstheorie 252
Was ist ein „gekrümmter Raum“? 253
10.6 Und wo kam das Universum überhaupt her? 257
Ein Stern wird geboren 257
Ein Stern stirbt auch wieder – und das ist nicht traurig 259
Was auseinanderfliegt, muss einmal zusammen gewesen sein 260
Der Uhr-Knall 262
Die längste TV-Serie der Welt 265
Wie soll das bloß enden – ein Universum verschwindet?! 266
Kapitel 11 270
Physik und Metaphysik 270
11.1 Theorien sind gut, Experimente sind besser 272
Das Wesen der Physik 272
Werkzeuge der Physik 274
Grundkräfte der Physik 276
Fünf (?) Revolutionen der Physik 278
Abgeschlossene Systeme – gibt’s die? 280
Die Konvergenz der Theorien 281
11.2 Philosophie und Spiritualität 283
Wie wirklich ist die Wirklichkeit? 284
Beschreibt die Physik die reale Welt? 286
Ist der Kosmos für uns maßgeschneidert? 287
Rudis Teekanne 289
Wissenschaft „entzaubert die Welt“? 291
11.3 Große Fragen der Physik 292
Bekanntes Unbekanntes und unbekanntes Unbekanntes 292
Alles ist vorbestimmt 293
Leben aus „toter Materie“ 295
Wahrheit und Wirklichkeit 298
11.4 Das physikalische Quartett 300
Fassen wir zusammen 306
Anmerkungen 309
Stichwortliste und Register 357