Physik für Ingenieure und Naturwissenschaftler (eBook)

Friedhelm Kuypers unterrichtet seit 1986 Physik und Technische Mechanik für Ingenieure und Naturwissenschaftler an der Hochschule Regensburg. In seinen Vorlesungen legt er großen Wert auf Veranschaulichungen und hebt Anwendungen physikalischer Gesetze in Technik und Alltag hervor. Er ist ebenfalls Autor des Lehrbuchklassikers "Klassische Mechanik".

Titel 5
Inhalt 9
A Mechanik 14
1 Einführung 14
1.1 Einleitung 14
1.2 Messung und Maßeinheit 15
2 Kinematik der Massenpunkte 17
2.1 Idealisierungen 17
2.2 Geschwindigkeit 18
2.3 Einführung in die Integralrechnung 20
2.4 Beschleunigung 23
2.5 Kreisbewegung 27
2.6 Noch einmal in Kürze 31
2.7 Aufgaben 31
3 Newtonsche Axiome und Kräfte 33
3.1 Das erste Newtonsche Axiom 33
3.2 Das zweite und dritte Newtonsche Axiom 35
3.3 Lösung einfacher Bewegungsgleichungen 37
3.4 Reibungskräfte 44
3.5 Noch einmal in Kürze 50
3.6 Aufgaben 51
4 Arbeit, Leistung und Energie 57
4.1 Arbeit 57
4.2 Leistung 61
4.3 Energie 65
4.4 Erneuerbare Energien * 70
4.5 Noch einmal in Kürze 80
4.6 Aufgaben 81
5 Impulssatz und Drehimpulssatz 88
5.1 Impulssatz 88
5.2 Drehimpulsssatz für Massenpunkte 99
5.3 Noch einmal in Kürze 107
5.4 Aufgaben 108
6 Bewegungen starrer Körper 113
6.1 Schwerpunktsatz 113
6.2 Trägheitsmomente 117
6.3 Drehungen um raumfeste Achsen 123
6.4 Ebene Bewegungen starrer Körper 127
6.5 Kinetische Energie ebener Bewegungen 132
6.6 Unwuchtkräfte 134
6.7 Präzession und Nutation 138
6.8 Noch einmal in Kürze 141
6.9 Aufgaben 143
7 Lineare Schwingungen 147
7.1 Freie Schwingungen 147
7.2 Erzwungene Schwingungen 156
7.3 Mechanische und elektrische Schwingungen * 166
7.4 Gekoppelte Pendel 167
7.5 Noch einmal in Kürze 171
7.6 Aufgaben 172
8 Strömungslehre 179
8.1 Grundlagen 179
8.2 Die Bernoulli-Gleichung 183
8.3 Laminare Strömungen 194
8.4 Turbulenzbildung und Reynolds-Zahl 201
8.5 Turbulente Rohrströmungen * 205
8.6 Strömungswiderstand umströmter Körper 209
8.7 Modelltechnik * 212
8.8 Windkraftanlagen * 213
8.9 Noch einmal in Kürze 219
8.10 Aufgaben 221
B Thermodynamik 225
9 Einführung in die Thermodynamik 225
10 Temperatur 227
10.1 Definition der Temperaturskala 227
10.2 Thermische Ausdehnung 231
10.3 Temperaturmessung 235
10.4 Noch einmal in Kürze 236
10.5 Aufgaben 237
11 Ideale Gasgleichung 239
11.1 Naturkonstanten 239
11.2 Aufstellung der idealen Gasgleichung 241
11.3 Noch einmal in Kürze 243
11.4 Aufgaben 244
12 Kinetische Gastheorie 246
12.1 Definition des idealen Gases 246
12.2 Grundgleichung der kinetischen Gastheorie 247
12.3 Geschwindigkeitsverteilung 253
12.4 Noch einmal in Kürze 257
12.5 Aufgaben 258
13 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 259
13.1 Wärme 259
13.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 260
13.3 Wärmeübergang 262
13.4 Volumenänderungsarbeit 264
13.5 Gleichverteilungssatz und Wärmekapazität 269
13.6 Adiabatische Zustandsänderungen 275
13.7 Noch einmal in Kürze 279
13.8 Aufgaben 281
14 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 285
14.1 Formulierungen von Clausius und Kelvin 285
14.2 Reversible und irreversible Prozesse 288
14.3 Wirkungsgrad reversibler und irreversibler Prozesse 294
14.4 Carnotscher Kreisprozess 297
14.5 Noch einmal in Kürze 304
14.6 Aufgaben 306
15 Phasenumwandlungen 310
15.1 Umwandlungswärmen und -temperaturen 310
15.2 Verdampfung und Kondensation 314
15.3 p,T-Diagramme 322
15.4 Zustandsgleichung realer Gase * 327
15.5 Verflüssigung von Gasen * 330
15.6 Kältemaschinen 332
15.7 Noch einmal in Kürze 337
15.8 Aufgaben 340
16 Wärmeübertragung 343
16.1 Wärmeleitung 343
16.2 Konvektion 349
16.3 Wärmestrahlung 353
16.4 Wärmeaustausch durch Strahlung 363
16.5 Noch einmal in Kürze 366
16.6 Aufgaben 368
Lösungen 373
Lösungen: 2 Kinematik der Massenpunkte 373
Lösungen: 3 Newtonsche Axiome und Kräfte 376
Lösungen: 4 Arbeit, Leistung und Energie 382
Lösungen: 5 Impuls- und Drehimpulssatz 390
Lösungen: 6 Starrer Körper 395
Lösungen: 7 Lineare Schwingungen 399
Lösungen: 8 Strömungslehre 407
Lösungen: 10 Temperatur 415
Lösungen: 11 Ideale Gasgleichung 417
Lösungen: 12 Kinetische Gastheorie 420
Lösungen: 13 Erster Hauptsatz 421
Lösungen: 14 Zweiter Hauptsatz 425
Lösungen: 15 Phasenumwandlungen 432
Lösungen: 16 Wärmeübertragung 437
Register 446

"Aufgrund der zahlreichen Übungsaufgaben, die zeigen, wie physikalische Gesetze anzuwenden sind, können die beiden Bände all jenen Studierenden und Dozenten empfohlen werden, die für ein Studium seitenstarker Physiklehrbücher keine Zeit finden und rasch zum Wesentlichen vordringen wollen."
Prof. Dr. Erich Vass, Universität Innsbruck (10/2012)

"alle prüfungsrelevanten Themen und Fakten anschaulich und kompakt aufbereitet"
METALL (10/2012, 01.10.2012)

"Führt sehr übersichtlich und gut strukturiert in die wesentlichen Grundlagen der Mechanik und der Thermodynamik ein. Mit Beispielen und zahlreichen Aufgaben (nach Schwierigkeitsgrad differenziert, Lösungen mit Darstellung des Rechenweges, im farblich abgesetzten Anhang)."
ekz-Informationsdienst

"Kuypers lehrt die wichtigen Grundlagen, wobei er auf Verständlichkeit und didaktischen Aufbau besonderen Wert legt. Zu loben ist vor allem die klare übersichtliche Text- und Bildgestaltung sowie die kurz gehaltenen, physikalisch fehlerfreien Herleitungen. Die große Stärke sind die reichhaltigen, mitunter originellen Beispiele. Dem Studenten vermittelt Kuypers damit das Gefühl, etwas mit der Physik für die Praxis zu lernen ... Zusammenfassend empfehle ich das Buch jedem Ingenieur oder Naturwissenschaftler, der eine verlässliche physiskalische Basis in seinem Fach benötigt, besonders wenn Teile der Grundkurse in Physik aus seinem Studiengang 'entrümpelt' wurden."
Physik Journal

Rezensionen zur 1. Auflage:
Physik verständlich und anschaulich
Das Buch kann ich wirklich jedem empfehlen, der sich mit dem Fachgebiet der Physik beschäftigt. Dieses Buch ist eines der wenigen, das hält, was bereits auf dem Einband versprochen wird. Dadurch, daß in vielen Bereichen auf die hier überflüssige Mathematik verzichtet wird, ist es sehr verständlich und in jeder Hinsicht wertvoll. Die Beispiele, an denen ein Problem erörtert wird sind meist aus dem Alltagsleben gegriffen und ermöglichen so auch dem "Physikunerfahrenen" ein gutes Vorstellungsvermögen und somit ein schnelles Verständnis. Als besonders positiv sind die Zusammenfassungen, die an jedem Abschnittsende zu finden sind, zu bewerten. Durch die Konzentration auf das Wesentliche läßt sich der so erlernte Stoff viel einfacher behalten. Studierenden, die Physik als Nebenfach besitzen, kann das Buch nur wärmstens empfohlen werden.
Amazon.de 1999

"... Das Buch verfügt über wertvolle Tipps zum Vermeiden typischer Fehler, Fallen oder Missverständnisse in Klausuren. Durch den flankierenden Text wird das Werk nicht nur zum idealen Trainingspartner für den Lernenden, sondern eignet sich auch als Nachschlagewerk zur Auffrischung der Grundkenntnisse in Physik." Bundesanzeiger 11/2001

Buchbeurteilung 2. Auflage:
"Didaktische Aufbereitung sehr gut: der Stoff geht mit vielen Beispielen und Übungen mit Lösungen sowie Verständnisfragen auf die zu erwartenden Fragen der Studierenden ein.
Empfohlene Lehrbücher: Kuypers im Spitzenbereich!"
Prof. Dr. Hansrobert Kohler, FH Giessen