Mechanik, Thermodynamik, Schwingungen und Wellen (eBook)

Vorwort zur zweiten Auflage???????????????????????????????????????????????????????????????????? 5
Inhalt Band 1???????????????????????????????????????? 9
1 Einführung?????????????????????????????????????? 15
1.1 Wie wird das Wissen gewonnen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 16
1.1.1 Gültigkeitsbereiche physikalischer Gesetze?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 18
1.1.2 Prinzipien der klassischen Physik???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19
1.2 Physikalische Größen?????????????????????????????????????????????????????????????? 20
1.2.1 Basisgrößen und Maßsysteme?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 22
1.2.2 Rechnen mit physikalischen Größen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 23
2 Mechanik?????????????????????????????????? 27
2.1 Bewegung?????????????????????????????????????? 27
2.1.1 Rotation?????????????????????????????????????????? 28
2.1.2 Translation???????????????????????????????????????????????? 29
2.2 Kinematik???????????????????????????????????????? 29
2.2.1 Eindimensionale Bewegungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 30
2.2.2 Spezielle eindimensionale Bewegungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 33
2.2.3 Allgemeiner Zusammenhang zwischen den kinematischen Größen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 35
2.2.4 Bewegungszustände und ihre Änderung???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36
2.2.5 Bewegungen in zwei und drei Dimensionen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 36
2.3 Dynamik von Massenpunkten???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 48
2.3.1 Erstes Newtonsches Axiom?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 48
2.3.2 Mengenartige physikalische Größen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 49
2.3.3 Zweites Newtonsches Axiom???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 50
2.3.4 Drittes Newtonsches Axiom???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 51
2.3.5 Kräfte in der Natur???????????????????????????????????????????????????????????????? 54
2.3.6 Anwendungen der Newtonschen Axiome?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 61
2.3.7 Koordinatentransformationen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 70
2.3.8 Numerisches Lösen von Bewegungsgleichungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 76
2.3.9 Arbeit und Energie?????????????????????????????????????????????????????????????? 81
2.4 Systeme von Massenpunkten???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 100
2.4.1 System und Systemgrenze???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 100
2.4.2 Schwerpunkt???????????????????????????????????????????????? 101
2.4.3 Einfluss von äußeren Kräften?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 105
2.4.4 Schwerpunktsystem???????????????????????????????????????????????????????????? 107
2.4.5 Kinetische Energie eines Systems von Massenpunkten?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 107
2.5 Stoßprozesse?????????????????????????????????????????????? 108
2.5.1 Unelastische Stöße?????????????????????????????????????????????????????????????? 109
2.5.2 Antrieb durch Massenströme: Raketen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 112
2.5.3 Elastische Stöße?????????????????????????????????????????????????????????? 116
2.5.4 Kräfte bei Stößen???????????????????????????????????????????????????????????? 121
2.6 Dynamik des starren Körpers, Drehbewegungen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 123
2.6.1 Freiheitsgrade bei der Rotation???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 124
2.6.2 Rotationsenergie und Trägheitsmoment?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 124
2.6.3 Vektorielle Beschreibung der Drehbewegung???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 133
2.6.4 Drehmoment?????????????????????????????????????????????? 137
2.6.5 Drehimpuls?????????????????????????????????????????????? 149
2.6.6 Arbeit und Leistung bei Drehbewegungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 166
2.6.7 Vermischte Probleme der Dynamik???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 167
2.7 Mechanik deformierbarer Körper?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 176
2.7.1 Deformation fester Körper???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 178
2.7.2 Flüssigkeiten???????????????????????????????????????????????????? 181
2.7.3 Strömungen?????????????????????????????????????????????? 190
3 Thermodynamik???????????????????????????????????????????? 205
3.1 Temperatur?????????????????????????????????????????? 205
3.1.1 Temperaturskalen?????????????????????????????????????????????????????????? 206
3.1.2 Temperaturmessung???????????????????????????????????????????????????????????? 208
3.2 Thermodynamische Systeme?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 210
3.2.1 Zustandsgrößen in der Thermodynamik???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 211
3.3 Thermische Ausdehnung???????????????????????????????????????????????????????????????? 212
3.3.1 Festkörper: Längenausdehnung?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 212
3.3.2 Flüssigkeiten???????????????????????????????????????????????????? 215
3.3.3 Gase?????????????????????????????????? 218
3.4 Die Zustandsgleichung idealer Gase?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 219
3.5 Mikroskopische Beschreibung der Wärme – kinetische Gastheorie???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 225
3.5.1 Kinetische Energie und Temperatur eines idealen Gases???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 226
3.5.2 Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 229
3.5.3 Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 231
3.6 Erster Hauptsatz der Thermodynamik?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 235
3.6.1 Formulierungen des 1. Hauptsatzes???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 236
3.6.2 Wärme und Wärmekapazität?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 240
3.6.3 Spezielle Zustandsänderungen idealer Gase???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 250
3.7 Thermodynamische Maschinen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 257
3.7.1 Kreisprozesse???????????????????????????????????????????????????? 257
3.7.2 Carnotscher Kreisprozess?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 261
3.7.3 Vergleichsprozesse für reale thermodynamische Maschinen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 266
3.7.4 Kreisprozesse für Turbinen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 275
3.7.5 1. Hauptsatz für offene Systeme???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 278
3.8 2. Hauptsatz der Thermodynamik?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 281
3.8.1 Irreversible Prozesse???????????????????????????????????????????????????????????????????? 281
3.8.2 Wirkungsgrade thermodynamischer Maschinen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 283
3.8.3 Entropie?????????????????????????????????????????? 289
3.8.4 Thermodynamische Potentiale???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 310
3.9 Reale Gase und Phasenänderungen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 312
3.9.1 Reale Gase?????????????????????????????????????????????? 312
3.9.2 Phasenübergänge reiner Stoffe???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 318
3.9.3 Phasenübergänge von Stoffgemischen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 328
3.9.4 Feuchte Luft?????????????????????????????????????????????????? 331
3.10 Wärmetransport???????????????????????????????????????????????????? 334
3.10.1 Wärmeleitung???????????????????????????????????????????????????? 335
3.10.2 Konvektion???????????????????????????????????????????????? 349
3.10.3 Wärmestrahlung???????????????????????????????????????????????????????? 357
4 Schwingungen und Wellen???????????????????????????????????????????????????????????????? 369
4.1 Klassifikation von Schwingungen und Wellen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 369
4.2 Eindimensionale Schwingungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 370
4.2.1 Freie harmonische Schwingungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 370
4.2.2 Gedämpfte freie harmonische Schwingungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 386
4.2.3 Erzwungene Schwingungen???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 396
4.2.4 Parametrisch angeregte Schwingungen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 407
4.2.5 Selbsterregte Schwingungen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 409
4.2.6 Überlagerung von Schwingungen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 410
4.2.7 Gekoppelte Schwingungen???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 424
4.3 Wellen?????????????????????????????????? 428
4.3.1 Ausbreitung eindimensionaler Wellen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 430
4.3.2 Reflexion von eindimensionalen Wellen???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 438
4.3.3 Überlagerung von eindimensionalen Wellen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 443
4.3.4 Wellenfelder?????????????????????????????????????????????????? 455
4.3.5 Doppler-Effekt?????????????????????????????????????????????????????? 468
Index???????????????????????? 475