Impulsströme
Eine Einführung in die Grundlagen der physikalischen Modellierung
1st Edition
Published on 8. December 2023
510 pages
978-3-446-47789-6 (ISBN)
Description
Dieses Buch befasst sich mit den Grundzügen der physikalischen Modellierung und den vielfältigen Fragestellungen, die damit verbunden sind:
- Was ist ein physikalisches Modell und wie erstellt man es?
- Welche Vorteile, Grenzen und Risiken sind mit der Modellierung physikalischer Phänomene verknüpft?
- Gibt es "wahre" Modelle und lassen sich objektive Kriterien finden, um zu entscheiden, wann ein Modell "stimmt"?
- Wie sind physikalische Modellgrößen und -gesetze diesbezüglich einzuordnen?
- Was versteht man in der Physik beispielsweise unter den Modellbegriffen Energie und Entropie?
- Gibt es Kräfte "wirklich" oder haben wir es vielmehr mit Impulsströmen zu tun?
Mit der Beantwortung dieser und weiterer Grundsatzfragen wird eine Lücke in der naturwissenschaftlichen Ausbildung geschlossen. Das Buch ermöglicht den Studierenden zu verstehen, wie die Physik methodisch vorgeht, um etwas Ordnung in die phänomenologische Vielfalt unserer Erfahrungswelt zu bringen.
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"Dieses Buch befasst sich mit den Grundzügen der physikalischen Modellierung und den vielfältigen Fragestellungen, die damit verbunden sind. Was ist ein physikalisches Modell und wie erstellt man es? Gibt es 'wahre' Modelle und lassen sich objektive Kriterien finden, um zu entscheiden, wann ein Modell 'stimmt'? [.] Mit der Beantwortung dieser und weiterer Grundsatzfragen wird, so der Verlag, eine Lücke in der naturwissenschaftlichen Ausbildung geschlossen. Das Buch ermöglicht den Studierenden zu verstehen, wie die Physik methodisch vorgeht, um etwas Ordnung in die phänomenologische Vielfalt unserer Erfahrungswelt zu bringen." Konstruktion, Februar 2024More details
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Author
Dr. Werner Bieck ist unabhängiger wissenschaftlicher Berater und Autor. Er hat an der Universität Kaiserslautern Physik und Mathematik studiert und am Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik IFOS GmbH promoviert. Seine Postdoc-Zeit absolvierte er am Laboratoire d'Analyse des Matériaux, des Centre de Recherche Public Luxembourg zum Thema Internationale F&E-Studien zur Optimierung neuer Materialien aus Forschung und Industrie. Von 2001 an war Dr. Werner Bieck verantwortlich für die Planung und Leitung wissenschaftlicher Forschungsprojekte im Bereich der Produktinnovation bei einem weltweit agierenden Automobilzulieferer für Sensorik. 2003 bis 2018 war er Leiter der Abteilung "Basics & Simulation", Arbeitsschwerpunkte: wissenschaftliche Grundlagen, mathematische Modellierungsfragen zur virtuellen Produktentwicklung und Prozessoptimierung, Entwicklung rechnergestützter Werkzeuge für die Serienentwicklung neuer Produkte.
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Content
- Intro
- Vorwort
- Inhalt
- À Propos
- 1 Modelle in der Physik
- 1.1 Modellierungskonzepte
- 1.2 Definition und Abstraktionsebenen eines Modells
- 1.3 Modelleigenschaften und Modellierungsziele
- 1.4 Ein Modellierungsleitfaden
- 1.5 Potential, Grenzen und Risiken der Modellierung
- 2 Mathematische Strukturen in der Physik
- 2.1 Der mathematische Abbildungsprozess
- 2.2 Physikalische Gleichungen
- 2.3 Die mathematische Symmetrie
- 2.4 Die mathematische Analogie
- 2.5 Die mathematische Dualität
- 3 Der Messprozess und Maßeinheiten
- 3.1 Die Festlegung der Naturkonstanten
- 3.2 Die Längenmessung
- 3.3 Die Massenbestimmung
- 3.4 Die Zeitmessung
- 4 Grundlegende physikalische Konzepte
- 4.1 Das Konzept der Energie
- 4.1.1 Was ist Energie?
- 4.1.1.1 Die Energie - eine physikalische Beschreibung
- 4.1.1.2 Die Koenergie oder Duale Energie
- 4.1.2 Was ist Entropie?
- 4.1.2.1 Der klassische (historische) Entropiebegriff
- 4.1.2.2 Eine zeitgemäße Interpretation der Entropie
- 4.2 Das Konzept der Kraft
- 4.2.1 Die Newton'sche Mechanik
- 4.2.2 Die Analytische Mechanik
- 4.2.3 Die Kontinuumsmechanik
- 4.2.3.1 Der kartesische Spannungstensor
- 4.2.3.2 Der kartesische Verzerrungstensor
- 4.2.3.3 Materialeigenschaften
- 4.2.3.4 Die Bilanzgleichungen
- 4.2.4 Die Quantenmechanik
- 4.2.4.1 Randerscheinungen in der Physik um 1900
- 4.2.4.2 Erste quantenmechanische Modell-Ansätze
- 4.2.4.3 Erste grundlegende Experimente zur Quantenmechanik
- 4.2.4.4 Der quantenmechanische Kraftbegriff
- 4.3 Das Konzept der Zeit
- 4.3.1 Was ist Zeit?
- 4.3.2 Die Zeit als Messgröße
- 4.3.3 Entropie und die Richtung der Zeit
- 4.3.4 Das Kausalitätsproblem in der Physik
- 4.3.5 Zeit-Paradoxien
- 4.3.5.1 Die Spezielle Relativitätstheorie: Eine kurze Einführung
- 4.3.5.2 Zeitreisen in die Zukunft: Das Zwillingsparadoxon
- 4.3.5.3 Zeitreisen in die Vergangenheit: Das allgemeine Kausalitätsprinzip
- 4.4 Das Konzept des Raumes
- 4.4.1 Was ist Raum?
- 4.4.2 Inertialsysteme und Bewegung im Raum
- 4.4.3 Die Vermessung des Raumes
- 4.4.4 Das kosmologische Paradoxon - Kann Raum bewegt werden?
- 4.4.5 Ein kosmologisches Modell
- 4.4.5.1 Das erweiterte Relativitätsprinzip
- 4.4.5.2 Zeit und Raum nach Milne
- 4.4.5.3 Das Milne-Universum
- 4.4.5.4 Lokale Beschleunigungen und Gravitationskräfte
- 4.4.5.5 Die Lichtablenkung im Gravitationsfeld
- 4.4.5.6 Milne und das Olbers-Paradoxon
- 4.4.5.7 Zusammenfassung
- 5 Impulsströme
- 5.1 Der allgemeine Impulserhaltungssatz
- 5.2 Kontaktwechselwirkungen
- 5.2.1 Die allgemeine Kontinuitätsgleichung
- 5.2.2 Die Reibung
- 5.2.3 Das Hebelgesetz
- 5.2.4 Beispiele zur Impulsstrom-Mechanik
- 5.2.4.1 Ein Vergleich: mechanische Spannung vs. elektrische Stromdichte
- 5.2.4.2 Die Bewehrungstechnik im Bauingenieurwesen
- 5.2.4.3 Das Boussinesq-Problem
- 5.2.4.4 Tragwerke
- 5.2.4.5 Verbundmaterialien
- 5.2.4.6 Granulare Materie
- 5.2.4.7 Die Sanduhr
- 5.2.4.8 Spannungsinduzierte Bewegung
- 5.2.5 Stoßvorgänge
- 5.2.5.1 Die Stoßzeit
- 5.2.5.2 Die Stoßkaskade
- 5.3 Feldwechselwirkungen
- 5.3.1 Das Gravitationsfeld
- 5.3.1.1 Der Gravitations-Plattenkondensator
- 5.3.1.2 Geophysik: über den Wärmehaushalt der Erde
- 5.3.1.3 Zusammenfassung
- 5.3.2 Das magnetische Feld
- 5.3.3 Das elektrische Feld
- 5.3.4 Der Maxwell'sche Spannungstensor
- 5.3.4.1 Der Feldimpuls
- 5.3.4.2 Die Maxwell-Heaviside-Gleichungen
- 5.3.5 Die elektromagnetische Dualität
- 6 Résumé
- 7 Physikalische Größen
- 8 Aufgaben
- 9 Mathematischer Anhang
- 9.1 Vektoren
- 9.2 Tensoren
- 9.3 Vektor- und Tensoranalysis
- 9.4 Impulsströme in der Kontinuumsmechanik
- 10 Zitate
- 11 Glossar
- 12 Verweise
- 13 Weiterführende Literatur
- Index
