Physik für Dummies

Einfuhrung 21 Uber dieses Buch 21 Konventionen in diesem Buch 21 Was Sie nicht lesen mussen 22 Torichte Annahmen uber den Leser 22 Wie dieses Buch aufgebaut ist 22 Teil I: Die Grundlagen 22 Teil II: Mogen die Krafte der Physik mit Ihnen sein 22 Teil III: Energie und Arbeit 23 Teil IV: Alles uber Warme 23 Teil V: Elektrischer Strom und Magneten 23 Teil VI: Der Top-Ten-Teil 23 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23 Wie es weitergeht 24 Teil I Die Grundlagen 25 Kapitel 1 Mit Physik die Welt verstehen 27 Womit sich die Physik beschaftigt 27 Mit Bewegung fangt es an 28 Uberall ist Energie 29 Warm und gemutlich 30 Vom Blitzschlag zum Laserstrahl 30 Verruckt, verruckter, ... Physik! 31 Kapitel 2 Die Grundlagen verstehen 33 Nicht erschrecken, es ist nur Physik 33 Messen und Voraussagen 35 Behalten Sie die Einheiten im Auge 36 Von Meter zu Ellen und zuruck: Einheiten umrechnen 36 Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise 37 Die Genauigkeit von Messwerten 40 Welche Ziffern zahlen 40 Geben Sie Ihre Fehler zu 41 Etwas einfache Algebra 41 ...und noch ein bisschen Trigonometrie 42 Kapitel 3 Geschwindigkeit ist keine Hexerei 45 Strecken und Entfernungen 45 Achsen gliedern die Welt 47 Von der Strecke zur Geschwindigkeit 48 Was ist eigentlich Geschwindigkeit? 49 Ein Blick auf den Tacho: Die Momentangeschwindigkeit 49 Gleichmassig voran: konstante Geschwindigkeit 50 Stop and Go: wechselnde Geschwindigkeit 50 Mittelmass: Durchschnittsgeschwindigkeit 50 Mittlere gegen konstante Geschwindigkeit 51 Schneller oder langsamer: Beschleunigung 52 Die Definition der Beschleunigung 52 Die Einheit der Beschleunigung 53 Positive und negative Beschleunigungen 54 Mittlere und momentane Beschleunigung 55 Konstante und variable Beschleunigung 55 Die Beziehung zwischen Beschleunigung, Zeit und Strecke 55 Eine nahe liegende Beziehung 56 Noch mehr Geschwindigkeit 57 Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Strecke 58 Kapitel 4 Richtungsweisend: Wo geht's lang? 63 Vektoren verstehen 63 Orientierungshilfe: Das Prinzip von Vektoren 64 Von A nach B: Vektoren addieren 65 Neue Wege gehen: Vektoren subtrahieren 66 Zahlenspiele mit Vektoren 67 Vektoren und ihre Komponenten 69 Komponenten von Vektoren aus Betragen und Winkeln bestimmen 69 Betrage und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 71 Vektoren entratseln 72 Strecken sind auch Vektoren 73 Noch ein Vektor: Geschwindigkeit 74 Einer geht noch: Beschleunigung 75 Im Bann der Schwerkraft: Der freie Fall 76 Teil II Mogen die Krafte der Physik mit Ihnen sein 81 Kapitel 5 Ziehen und Schieben: Krafte 83 Krafte walten uberall 83 Buhne frei fur das erste Newtonsche Gesetz 84 In Schwung kommen: Masse und Tragheit 85 Masse fur Masse 85 Darf ich vorstellen: Das zweite Newtonsche Gesetz 86 Krafteinheit 87 Resultierende Krafte 87 Das grosse Finale: Das dritte Newtonsche Gesetz 92 Reibung und das dritte Newtonsche Gesetz 93 Winkel und Krafte im dritten Newtonschen Gesetz 93 Im Gleichgewicht 97 Kapitel 6 Auf der schiefen Bahn: Schiefe Ebenen und Reibung 101 Lassen Sie sich nicht runterziehen: Gravitation 101 Es geht aufwarts: Die schiefe Ebene 102 Winkelzuge 103 Beschleunigung macht Spass 104 Reibereien 105 Reibung und Normalkraft 105 Der Reibungskoeffizient 106 Haften und Gleiten 107 Mit Reibung bergauf 109 Schwerkraft und Flugbahnen 113 Hoch hinaus: Die Maximalhohe 113 Luftikus: Flugzeit 114 Hin und zuruck: Die gesamte Flugdauer 114 Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 115 Kapitel 7 Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 119 Immer rundherum: Gleichformige Kreisbewegung 119 Richtungsanderung: Die Zentripetalbeschleunigung 120 Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 121 Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 122 Wie am Schnurchen: Zentripetalkraft 122 Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 123 Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 125 Der Apfel fallt nicht weit vom Stamm: Das Newtonsche Gravitationsgesetz 127 Gravitation an der Erdoberflache: Die Erdbeschleunigung 129 Kreisbahnen und das Gravitationsgesetz 129 Rundherum: Vertikale Kreisbewegung 133 Teil III Energie und Arbeit 137 Kapitel 8 Physik in Aktion 139 Es ist nicht so, wie Sie denken... 139 Arbeit messen 139 Gewichte stemmen 140 Zug um Zug 141 Negative Arbeit 142 Mit Schwung voran: Kinetische Energie 143 Eine Formel fur die kinetische Energie 144 Kinetische Energie in der Praxis 145 Das wahre Leben: Resultierende Krafte 146 Energievorrat: Potentielle Energie 148 Der Kampf gegen die Schwerkraft 148 Baumchen wechsel dich! Die Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie 149 Am Scheideweg: Konservative und nicht konservative Krafte 150 Vorwarts, ruckwarts, rundherum: Energieerhaltung 151 Wie im freien Fall 153 Hoch hinaus 153 Arbeite schneller, Leistung zahlt! 154 Leistung messen 154 Was Leistung sonst noch bedeutet 155 Kapitel 9 Schwungvoll: Impuls und Kraftstoss 157 Rempelei: Der Kraftstoss 157 Impulse geben 158 Der Zusammenhang zwischen Impuls und Kraftstoss 159 Noch einmal Poolbillard: Kraftstoss und Impuls 160 Kraftvoll durch den Regen 161 Impulserhaltung 162 Geschwindigkeit imGriff: Impulserhaltung in der Praxis 163 Impulserhaltung und Schlussgeschwindigkeit 164 Auto gegen Auto: Elastische und inelastische Stosse 166 Gummiballe: Elastische Stosse 166 Kneteklumpen: Inelastische Stosse 167 Stosse in einer Dimension 167 Stosse in zwei Dimensionen 169 Kapitel 10 Wie man's dreht und wendet: Rotationsbewegungen 173 Von der geradlinigen Bewegung zur Rotation 173 Die Tangentialbewegung 174 Die Tangentialgeschwindigkeit 174 Die Tangentialbeschleunigung 176 Die Zentripetalbeschleunigung 176 Vektoren und Rotationsbewegungen 178 Der Vektor der Winkelgeschwindigkeit 178 Der Vektor der Winkelbeschleunigung 179 Drehen und wenden: Das Drehmoment 180 Die Drehmomentgleichung 181 Hebelarme verstehen 183 Drehmomente bestimmen 184 Das Drehmoment als Vektor 185 Nicht wackeln: Rotationsgleichgewicht 185 Flagge zeigen: Immer schon imGleichgewicht 186 Ein Rotationsgleichgewicht mit Reibung 187 Kapitel 11 Immer rundherum: Dynamik von Rotationsbewegungen 191 Das zweite Newtonsche Gesetz in Rotation 191 Tangentialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung 192 Das Tragheitsmoment 193 Das Tragheitsmoment unter der Lupe 193 Drehmomente im CD-Player: Tragheit in der Praxis 195 Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 196 Arbeit und kinetische Energie in Rotationsbewegungen 198 In der Tretmuhle: Arbeit bei Rotationen 198 Kinetische Energie in Rotationsbewegungen 200 Die kinetische Energie der Rotation auf einer Rampe 201 Nicht zu bremsen: Der Drehimpuls 203 Die Drehimpulserhaltung 203 Satellitenbahnen: Die Drehimpulserhaltung in der Praxis 204 Kapitel 12 Hin und her, hin und her: Harmonische Bewegungen 207 Federkraft: Das Hookesche Gesetz 207 Immer schon nachfedern 208 Das Hookesche Gesetz und die Richtung der Kraft 208 Die einfache harmonische Bewegung 209 Senkrecht und waagerecht 209 Ein genauerer Blick auf die harmonische Bewegung 211 Die Kreisfrequenz einer Masse an einer Feder 217 Die Energie in einfachen harmonischen Bewegungen 218 Schwingende Pendel 220 Teil IV Alles uber Warme 223 Kapitel 13 Einheizen mit Thermodynamik 225 Der Sprung ins heisse Wasser 225 Das Thermometer sagt Celsius 226 Das Thermometer sagt Fahrenheit 226 Das Thermometer sagt Kelvin 226 Es wird warm: Langenausdehnung 227 Wieder ein Koeffizient 228 Ein Beispiel fur Gleisarbeiter 229 Es bleibt warm: Volumenausdehnung 229 Mit dem (Warme-)Strom schwimmen 230 Die Phase andert sich, die Temperatur nicht 232 Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 233 Gut versteckt: Latente Warme 234 Kapitel 14 Hier, nimm meine Jacke: Warmeubertragung 237 Im Wasserkocher: Konvektion 237 Autsch, das war heiss! Warmeleitung 238 Wovon die Warmeleitung abhangt 239 Die Gleichung fur die Warmeleitung anwenden 241 Licht senden, Licht empfangen: Strahlung 242 Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 242 Schwarze Korper 244 Das Geheimnis der Avogadro-Zahl 245 Das Gasgesetz wird geschmiedet 246 Ein Beispiel: Der Druck eines idealen Gases 248 Alternativen: Die Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac 248 Gasmolekule haben's eilig 249 Die Geschwindigkeit von Luftmolekulen 249 Die kinetische Energie eines idealen Gases 250 Kapitel 15 Warme trifft Arbeit: Die Hauptsatze der Thermodynamik 253 Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 253 Warme und Arbeit erhalten: Der Erste Hauptsatz 254 Energieerhaltung mit Zahlen 255 Isobar, isochor, isotherm, adiabatisch -- und was noch...? 255 Vom Umgang mit spezifischen Warmekapazitaten 262 Warme fliessen lassen: Der Zweite Hauptsatz 264 Arbeit aus Warme mit Warmekraftmaschinen 264 VomWirkungsgrad einer Dampfmaschine 264 Man kann nicht alles haben, sagt Carnot 265 Jetzt wird's kalt: Der Dritte (und absolut letzte) Hauptsatz 267 Teil V Elektrischer Strom und Magneten 269 Kapitel 16 Die Luft mit Elektrostatik knistern lassen 271 Plus oder minus? Die Ladung von Elektron und Proton 271 Ziehen und schieben: Elektrische Krafte 272 Das Coulombsche Gesetz 272 Balle auf Distanz halten 273 Die Geschwindigkeit von Elektronen 273 Krafte zwischen mehreren Ladungen 274 Wirkung aus der Ferne: Elektrische Felder 275 Aus allen Richtungen: Felder von Punktladungen 277 Schon gleichmassig geladen: Das elektrische Feld im Plattenkondensator 278 Dreh die Spannung hoch! Das elektrische Potential 280 Berechnung der elektrischen potentiellen Energie 280 Spannung ist Potential 281 Das elektrische Potential bleibt erhalten 282 Das elektrische Potential von Punktladungen 283 Aufladen, was die Kapazitat hergibt 285 Kapitel 17 Elektronen mit Stromkreisen schubsen 289 Der lange Marsch der Elektronen: Strom 289 Strom definieren 290 Strom in Batterien berechnen 290 Widerstandsfahig: Das Ohmsche Gesetz 291 Der Strom durch einen Widerstand 291 Ganz spezifische Widerstande 292 Es wird was geleistet 292 Schon der Reihe nach: Reihenschaltungen 293 Alles auf einmal: Parallelschaltungen 294 Knoten und Schleifen binden: Die Kirchhoffschen Regeln 295 Anwendung der Maschenregel 296 Rechnen mit vielen Maschen 297 Kondensatoren im Kreis 299 Kondensatoren in Parallelschaltung 299 Kondensatoren in Reihenschaltung 300 Kondensator plus Widerstand gleich RC-Schaltkreis 301 Kapitel 18 Uberaus anziehend: Magnetismus 305 Anziehen und abstossen 305 Zwang auf bewegte Ladungen 307 Die Starke magnetischer Krafte 308 Jeder auf seiner Bahn: Geladene Teilchen imMagnetfeld 309 Magnetfelder arbeiten nicht... 309 ... aber sie wirken trotzdem! 310 Strome verbiegen 311 Krafte auf Strome 311 Strome werden gedreht 313 Das Magnetfeld eines Drahts 314 Magnetfelder in Leiterschleifen 316 Schon gleichmassig: Magnetfelder von Spulen 318 Kapitel 19 Strome mit Spannung fliessen lassen 321 Eine Spannung wird induziert 321 Spannende Bewegung imMagnetfeld 322 Induktionsspannung und Flache 323 Faraday und der Fluss 324 Richtige Vorzeichen: Die Lenzsche Regel 326 Induktivitaten 328 Auf und ab: Wechselstromkreise 328 Wie die Wechselspannung aussieht 329 DemWiderstand ist alles egal 330 Am Kondensator beeilt sich der Strom 331 An der Spule trodelt der Strom 334 Die dreifache Herausforderung: RCL-Stromkreise 336 Kapitel 20 Ein Lichtstrahl auf Linsen und Spiegeln 339 Alles uber Spiegel -- legeipS rebu sellA 339 Licht wird abgelenkt 340 Licht brechen mit Snellius 340 Gemessene und >>gefuhlte<< Tiefe 341 Spieglein, Spieglein an der Wand 342 Hohlspiegel wirken vergrossernd 343 Konvexe Spiegel wirken verkleinernd 348 Mit Linsen sieht man besser 349 Sammellinsen wirken vergrossernd 349 Zerstreuungslinsen wirken verkleinernd 352 Teil VI Der Top-Ten-Teil 355 Kapitel 21 Alles ist relativ(istisch) 357 Die Natur behandelt alle gleich 357 Licht ist immer gleich schnell 358 Bei hoher Geschwindigkeit dehnt sich die Zeit 358 Raumfahrer altern langsamer 359 Bei hoher Geschwindigkeit schrumpft die Lange 360 Materie ist gleich Energie 360 Materie plus Antimaterie gleich...bumm 361 Die Sonne verliert an Masse 361 Es geht nicht schneller als das Licht 361 Und Newton hat trotzdem Recht! 362 Kapitel 22 Zehn wilde Theorien 365 Klein, kleiner ... und ganz anders 365 Man kann nie sicher sein, sagt Heisenberg 366 Gravitation krummt den Raum 366 Schwarze Locher halten Licht fest 367 Geht's noch kleiner? 367 Explosive Mischung: Materie und Antimaterie 368 Noch explosiver: Supernovae 368 Vom Urknall zum Endknall 368 Jetzt wird es dunkel 369 Ich weiss, dass ich nichts weiss 369 Losungen 371 Glossar 387 Stichwortverzeichnis 393