Physik für Dummies
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Content
Über den Autor 9
Einführung 23
Über dieses Buch 23
Konventionen in diesem Buch 23
Was Sie nicht lesen müssen 24
Törichte Annahmen über den Leser 24
Wie dieses Buch aufgebaut ist 24
Teil I: Die Grundlagen 24
Teil II: Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 25
Teil III: Energie und Arbeit 25
Teil IV: Alles über Wärme 25
Teil V: Elektrischer Strom und Magnete 25
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 25
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 26
Wie es weitergeht 26
Teil I Die Grundlagen 27
Kapitel 1 Mit Physik die Welt verstehen 29
Womit sich die Physik beschäftigt 29
Mit Bewegung fängt es an 30
Überall ist Energie 31
Warm und gemütlich 32
Vom Blitzschlag zum Laserstrahl 32
Verrückt, verrückter ... Physik! 33
Kapitel 2 Die Grundlagen verstehen 35
Nicht erschrecken, es ist nur Physik 36
Messen und Voraussagen 37
Die Einheiten im Auge behalten 38
Von Meter zu Ellen und zurück: Einheiten umrechnen 39
Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise 41
Die Genauigkeit von Messwerten 42
Ziffern, die zählen 42
Fehler zugeben 43
Etwas einfache Algebra 44
... und noch ein bisschen Trigonometrie 45
Kapitel 3 Geschwindigkeit ist keine Hexerei 47
Strecken und Entfernungen 48
Achsen gliedern die Welt 49
Von der Strecke zur Geschwindigkeit 50
Was ist eigentlich Geschwindigkeit? 51
Ein Blick auf den Tacho: Momentangeschwindigkeit 52
Gleichmäßig voran: Konstante Geschwindigkeit 52
Stop-and-go: Wechselnde Geschwindigkeit 52
Mittelmaß: Durchschnittsgeschwindigkeit 52
Mittlere gegen konstante Geschwindigkeit 53
Schneller oder langsamer: Beschleunigung 54
Die Definition der Beschleunigung 55
Die Einheit der Beschleunigung 55
Positive und negative Beschleunigungen 57
Mittlere und momentane Beschleunigung 57
Konstante und variable Beschleunigung 57
Die Beziehung zwischen Beschleunigung, Zeit und Strecke 58
Eine nahe liegende Beziehung 58
Noch mehr Geschwindigkeit 59
Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Strecke 61
Kapitel 4 Richtungsweisend: Wo geht es lang? 63
Vektoren verstehen 63
Orientierungshilfe: Das Vektorprinzip 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 Beträgen und Winkeln bestimmen 69
Beträge und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 71
Vektoren enträtseln 73
Strecken sind auch Vektoren 74
Noch ein Vektor: Geschwindigkeit 75
Einer geht noch: Beschleunigung 75
Im Bann der Schwerkraft: Der freie Fall 77
Teil II Mögen Die Kräfte Der Physik Mit Ihnen Sein 81
Kapitel 5 Ziehen und Schieben: Kräfte 83
Kräfte walten überall 83
Bühne frei für das erste newtonsche Gesetz 84
In Schwung kommen: Masse und Trägheit 85
Maße für Masse 86
Darf ich vorstellen: Das zweite newtonsche Gesetz 86
Krafteinheit 87
Resultierende Kräfte 87
Das große Finale: Das dritte newtonsche Gesetz 92
Reibung und das dritte newtonsche Gesetz 93
Winkel und Kräfte im dritten newtonschen Gesetz 95
Im Gleichgewicht 97
Kapitel 6 Auf der schiefen Bahn: Geneigte Ebenen und Reibung 101
Nur nicht runterziehen lassen: Gravitation 101
Rolltreppe abwärts: Die schiefe Ebene 102
Winkelzüge 103
Beschleunigung macht Spaß 105
Reibereien 105
Reibung und Normalkraft 106
Der Reibungskoeffizient 106
Haften und Gleiten 108
Mit Reibung bergauf 109
Schwerkraft und Flugbahnen 114
Hoch hinaus: Die Maximalhöhe 114
In höchste Höhen: Flugzeit 115
Hin und zurück: Die gesamte Flugdauer 115
Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 116
Kapitel 7 Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 119
Immer rundherum: Gleichförmige Kreisbewegung 120
Richtungsänderung: Die Zentripetalbeschleunigung 121
Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 122
Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 122
Wie am Schnürchen: Zentripetalkraft 122
Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 124
Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 126
Der Apfel fällt nicht weit vom Stamm: Das newtonsche Gravitationsgesetz 128
Gravitation an der Erdoberfläche: Die Erdbeschleunigung 129
Kreisbahnen und das Gravitationsgesetz 130
Rundherum: Vertikale Kreisbewegung 134
Teil III Energie Und Arbeit 137
Kapitel 8 Physik in Aktion 139
Es ist nicht so, wie Sie denken ... 139
Arbeit messen 140
Gewichte stemmen 140
Zug um Zug 141
Negative Arbeit 142
Mit Schwung voran: Kinetische Energie 143
Eine Formel für die kinetische Energie 144
Kinetische Energie in der Praxis 145
Das wahre Leben: Resultierende Kräfte 147
Energievorrat: Potenzielle Energie 148
Der Kampf gegen die Schwerkraft 149
Bäumchen, wechsle dich! Die Umwandlung von kinetischer in potenzielle Energie 150
Am Scheideweg: Konservative und nicht-konservative Kräfte 150
Vorwärts, rückwärts, rundherum: Energieerhaltung 152
Wie im freien Fall 153
Hoch hinaus 154
Arbeite schneller, die Leistung zählt! 154
Leistung messen 155
Was Leistung sonst noch bedeutet 156
Kapitel 9 Schwungvoll: Impuls und Kraftstoß 157
Rempelei: Der Kraftstoß 157
Impulse geben 159
Der Zusammenhang zwischen Impuls und Kraftstoß 160
Noch einmal Poolbillard: Kraftstoß und Impuls 161
Kraftvoll durch den Regen 162
Impulserhaltung 163
Geschwindigkeit im Griff: Impulserhaltung in der Praxis 164
Impulserhaltung und Schussgeschwindigkeit 165
Auto gegen Auto: Elastische und inelastische Stöße 167
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 177
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 183
Das Drehmoment als Vektor 185
Nicht wackeln: Rotationsgleichgewicht 186
Flagge zeigen: Immer schön im Gleichgewicht 186
Ein Rotationsgleichgewicht mit Reibung 188
Kapitel 11 Immer rundherum: Dynamik von Rotationsbewegungen 191
Das zweite newtonsche Gesetz in Rotation 191
Tangentialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung 193
Das Trägheitsmoment 193
Das Trägheitsmoment unter der Lupe 194
Angewandte Trägheit: Drehmomente im CD-Player 195
Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 197
Arbeit und kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 198
In der Tretmühle: Arbeit bei Rotationen 198
Kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 200
Die kinetische Energie der Rotation auf einer Rampe 201
Nicht zu bremsen: Der Drehimpuls 203
Die Drehimpulserhaltung 204
Satellitenbahnen: Die Drehimpulserhaltung in der Praxis 204
Kapitel 12 Hin und her, hin und her: Harmonische Bewegungen 207
Federkraft: Das hookesche Gesetz 207
Immer schön nachfedern 208
Das hookesche Gesetz und die Richtung der Kraft 209
Die einfache harmonische Bewegung 209
Senkrecht und waagerecht 210
Ein genauerer Blick auf die harmonische Bewegung 211
Die Kreisfrequenz einer Masse an einer Feder 217
Die Energie in einfachen harmonischen Bewegungen 219
Schwingende Pendel 221
Teil IV Alles Über Wärme 223
Kapitel 13 Heiß auf Thermodynamik 225
Der Sprung ins warme Wasser 225
Das Thermometer sagt Celsius 226
US-Thermometer sagen Fahrenheit 226
Das Thermometer sagt Kelvin 226
Es wird warm: Längenausdehnung 227
Noch ein Koeffizient 228
Ein Beispiel für Gleisarbeiter 229
Es bleibt warm: Volumenausdehnung 230
Mit dem (Wärme-)Strom schwimmen 230
Die Phase ändert sich, die Temperatur nicht 233
Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 233
Gut versteckt: Latente Wärme 234
Kapitel 14 Hier, nimm meine Jacke: Wärmeübertragung 237
In Wallung versetzt: Konvektion 237
Autsch, das war heiß! Wärmeleitung 239
Wovon die Wärmeleitung abhängt 239
Die Gleichung für die Wärmeleitung anwenden 241
Warme Strahlung 242
Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 242
Schwarze Körper 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
Gasmoleküle haben's eilig 249
Die Geschwindigkeit von Luftmolekülen 250
Die kinetische Energie eines idealen Gases 250
Kapitel 15 Wärme trifft Arbeit: Die Hauptsätze der Thermodynamik 253
Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 253
Wärme und Arbeit erhalten: Der erste Hauptsatz 254
Energieerhaltung mit Zahlen 255
Die Zustände ändern sich 256
Vom Umgang mit spezifischen Wärmekapazitäten 262
Wohin die Wärme fließt: Der zweite Hauptsatz 263
Arbeit aus Wärme mit Wärmekraftmaschinen 264
Vom Wirkungsgrad einer Dampfmaschine 264
Man kann nicht alles haben, sagt Carnot 265
Kälter geht's nicht: Der dritte (und absolut letzte) Hauptsatz 267
Teil V Elektrischer Strom Und Magnete 269
Kapitel 16 Wie elektrisiert 271
Plus oder minus? Die Ladung von Elektron und Proton 271
Ziehen und Schieben: Elektrische Kräfte 272
Das coulombsche Gesetz 272
Abstand halten 273
Die Geschwindigkeit von Elektronen 274
Kräfte zwischen mehreren Ladungen 274
Wirkung aus der Ferne: Elektrische Felder 276
Aus allen Richtungen: Felder von Punktladungen 277
Ganz schön geladen: Das elektrische Feld im Plattenkondensator 278
Die Spannung hochdrehen 280
Berechnung der elektrischen potenziellen Energie 280
Spannung ist Potenzial 282
Das elektrische Potenzial bleibt erhalten 283
Das elektrische Potenzial von Punktladungen 284
Aufladen, was die Kapazität hergibt 285
Kapitel 17 Ständig unter Strom 289
Der lange Marsch der Elektronen: Strom 289
Strom definieren 290
Strom in Batterien berechnen 290
Widerstandsfähig: Das ohmsche Gesetz 291
Der Strom durch einen Widerstand 291
Ganz spezifische Widerstände 292
Leistung lohnt sich 293
Schön der Reihe nach: Reihenschaltungen 293
Alles auf einmal: Parallelschaltungen 294
Maschendraht und Knoten: 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 302
Kapitel 18 Überaus anziehend: Magnetismus 305
Anziehen und Abstoßen 305
Die Wirkung auf bewegte Ladungen 307
Die Stärke magnetischer Kräfte 308
Gebogene Bahnen: Ladungen im Magnetfeld 309
Magnetfelder arbeiten nicht ... 310
... aber sie wirken trotzdem! 310
Ströme verbiegen 312
Kräfte auf Ströme 312
Rotierende Schleifen 313
Das Magnetfeld eines Drahts 315
Magnetfelder in Leiterschleifen 317
Schön gleichmäßig: Magnetfelder von Spulen 319
Kapitel 19 Spannende Ströme 321
Eine Spannung wird induziert 321
Spannende Bewegung im Magnetfeld 322
Induktionsspannung und Fläche 323
Faraday und der Fluss 324
Richtige Vorzeichen: Die lenzsche Regel 326
Induktivitäten 328
Auf und ab: Wechselstromkreise 329
Harmonische Sinusspannung 330
Im Gleichschritt durch den Widerstand 330
Am Kondensator eilt der Strom voraus 331
An der Spule trödelt der Strom 334
Dreifache Herausforderung: RCL-Stromkreise 336
Kapitel 20 Linsen und Spiegel im Rampenlicht 339
Alles über Spiegel - legeipS rebü sellA 339
Licht wird abgelenkt 340
Licht brechen mit Snellius 340
Gemessene und gefühlte Tiefe 341
Spieglein, Spieglein an der Wand 343
Hohlspiegel wirken vergrößernd 343
Konvexe Spiegel wirken verkleinernd 348
Mit Linsen sieht man besser 349
Sammellinsen wirken vergrößernd 349
Zerstreuungslinsen wirken verkleinernd 353
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 359
Raumfahrer altern langsamer 359
Bei hoher Geschwindigkeit schrumpft die Länge 360
Materie ist gleich Energie 360
Materie plus Antimaterie gleich ... bumm 361
Die Sonne verliert an Masse 361
Es geht nicht schneller 362
Und Newton hat trotzdem recht! 362
Kapitel 22 Zehn wilde Theorien 365
Ganz klein ... und ganz anders 365
Hier und da zugleich 366
Gravitation krümmt den Raum 367
Schwarze Löcher halten Licht fest 367
Geht's noch kleiner? 368
Explosive Mischung: Materie und Antimaterie 368
Auch nicht schlecht: Supernovae 369
Vom Urknall zum Endknall 369
Dunkle Bedrohung 369
Zukunftsphysik 370
Anhang: Lösungen 371
Glossar 387
Stichwortverzeichnis 391
