Full Description
Von Ampere bis Zentripetalkraft alles, was Sie uber Physik wissen mussen Lasst Thermodynamik Sie kalt? Stosst Magnetismus Sie ab? Oder springt der Funke der Elektrizitat einfach nicht auf Sie uber? Kein Problem, Physik fur Dummies entfuhrt auch die, die damit eigentlich nichts am Hut haben, in die faszinierende Welt der Physik. Steve Holzner stellt Ihnen physikalische Phanomene vor und erklart die dahinterstehenden Naturgesetze samt der notwendigen mathematischen Grundlagen. Egal ob Energie, Warme oder Licht, alles wird mit ausfuhrlichen Beispielen und anschauli chen Abbildungen erlautert. Nach jedem Kapitel finden Sie Ubungsaufgaben und Losungen, mit denen Sie das Gelernte festigen konnen.
Contents
Uber dieses Buch 21 Konventionen in diesem Buch 21 Was Sie nicht lesen mussen 21 Torichte Annahmen uber den Leser 21 Wie dieses Buch aufgebaut ist 21 Teil I: Die Grundlagen 22 Teil II: Mogen die Krafte der Physik mit Ihnen sein 22 Teil III: Energie und Arbeit 22 Teil IV: Alles uber Warme 22 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 23 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 Trauen Sie sich was: Versuchen Sie es ohne Mathematik 34 Messen und Voraussagen 35 Die Einheiten im Auge behalten 36 Von Meter zu Ellen und zuruck: Einheiten umrechnen 36 Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise 39 Die Genauigkeit von Messwerten 40 Ziffern, die zahlen 40 Fehler zugeben 41 Etwas einfache Algebra 42 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: 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 55 Mittlere und momentane Beschleunigung 55 Konstante und variable Beschleunigung 55 Die Beziehung zwischen Beschleunigung, Zeit und Strecke 56 Eine nahe liegende Beziehung 56 Noch mehr Geschwindigkeit 57 Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Strecke 59 Kapitel 4 Richtungsweisend: Wo geht es lang? 61 Vektoren verstehen 61 Orientierungshilfe: Das Vektorprinzip 62 Von A nach B: Vektoren addieren 63 Neue Wege gehen: Vektoren subtrahieren 64 Zahlenspiele mit Vektoren 65 Vektoren und ihre Komponenten 67 Komponenten von Vektoren aus Betragen und Winkeln bestimmen 67 Betrage und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 69 Vektoren entratseln 71 Strecken sind auch Vektoren 71 Noch ein Vektor: Geschwindigkeit 72 Einer geht noch: Beschleunigung 73 Im Bann der Schwerkraft: Der freie Fall 75 Teil II Mogen die Krafte der Physik mit Ihnen sein 79 Kapitel 5 Ziehen und Schieben: Krafte 81 Krafte walten uberall 81 Buhne frei fur das erste newtonsche Gesetz 82 In Schwung kommen: Masse und Tragheit 83 Masse fur Masse 83 Darf ich vorstellen: Das zweite newtonsche Gesetz 84 Krafteinheit 85 Resultierende Krafte 85 Das grosse Finale: Das dritte newtonsche Gesetz 90 Reibung und das dritte newtonsche Gesetz 91 Winkel und Krafte im dritten newtonschen Gesetz 93 Im Gleichgewicht 95 Kapitel 6 Auf der schiefen Bahn: Geneigte Ebenen und Reibung 99 Nur nicht runterziehen lassen: Gravitation 99 Rolltreppe abwarts: Die schiefe Ebene 100 Winkelzuge 101 Beschleunigung macht Spass 103 Reibereien 103 Reibung und Normalkraft 104 Der Reibungskoeffizient 104 Haften und Gleiten 105 Mit Reibung bergauf 107 Schwerkraft und Flugbahnen 112 Hoch hinaus: Die Maximalhohe 112 In hochste Hohen: Flugzeit 113 Hin und zuruck: Die gesamte Flugdauer 114 Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 114 Kapitel 7 Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 117 Immer rundherum: Gleichformige Kreisbewegung 117 Richtungsanderung: Die Zentripetalbeschleunigung 118 Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 119 Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 120 Wie am Schnurchen: Zentripetalkraft 120 Die Zentripetalkraft wird gebraucht! 121 Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 121 Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 124 Der Apfel fallt nicht weit vom Stamm: Das newtonsche Gravitationsgesetz 126 Mit einem Apfel fing es an 127 Gravitation an der Erdoberflache: Die Erdbeschleunigung 127 Kreisbahnen und das Gravitationsgesetz 128 Rundherum: Vertikale Kreisbewegung 132 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 146 Das wahre Leben: Resultierende Krafte 147 Energievorrat: Potenzielle Energie 149 Der Kampf gegen die Schwerkraft 149 Baumchen, wechsle dich! Die Umwandlung von kinetischer in potenzielle Energie 150 Am Scheideweg: Konservative und nicht konservative Krafte 151 Vorwarts, ruckwarts, rundherum: Energieerhaltung 152 Wie im freien Fall 154 Hoch hinaus 154 Arbeite schneller, Leistung zahlt! 155 Leistung messen 156 Was Leistung sonst noch bedeutet 156 Kapitel 9 Schwungvoll: Impuls und Kraftstoss 159 Rempelei: Der Kraftstoss 159 Impulse geben 160 Warum steht p fur den Impuls? 161 Der Zusammenhang zwischen Impuls und Kraftstoss 161 Noch einmal Poolbillard: Kraftstoss und Impuls 162 Kraftvoll durch den Regen 163 Impulserhaltung 165 Geschwindigkeit im Griff: Impulserhaltung in der Praxis 166 Impulserhaltung und Schussgeschwindigkeit 167 Auto gegen Auto: Elastische und inelastische Stosse 169 Kapitel 10 Wie man s dreht und wendet: Rotationsbewegungen 175 Von der geradlinigen Bewegung zur Rotation 175 Die Tangentialbewegung 176 Die Tangentialgeschwindigkeit 176 Die Tangentialbeschleunigung 178 Die Zentripetalbeschleunigung 179 Vektoren und Rotationsbewegungen 180 Der Vektor der Winkelgeschwindigkeit 180 Der Vektor der Winkelbeschleunigung 181 Drehen und Wenden: Das Drehmoment 182 Die Drehmomentgleichung 183 Hebelarme verstehen 185 Drehmomente bestimmen 186 Das Drehmoment als Vektor 187 Nicht wackeln: Rotationsgleichgewicht 188 Flagge zeigen: Immer schon im Gleichgewicht 189 Ein Rotationsgleichgewicht mit Reibung 190 Kapitel 11 Immer rundherum: Dynamik von Rotationsbewegungen 195 Das zweite newtonsche Gesetz in Rotation 195 Tangentialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung 196 Das Tragheitsmoment 197 Das Tragheitsmoment unter der Lupe 198 Angewandte Tragheit: Drehmomente im CD-Player 199 Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 201 Arbeit und kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 202 In der Tretmuhle: Arbeit bei Rotationen 203 Kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 204 Die kinetische Energie der Rotation auf einer Rampe 206 Nicht zu bremsen: Der Drehimpuls 207 Die Drehimpulserhaltung 208 Satellitenbahnen: Die Drehimpulserhaltung in der Praxis 209 Kapitel 12 Hin und her, hin und her: Harmonische Bewegungen 211 Federkraft: Das hookesche Gesetz 211 Immer schon nachfedern 212 Das hookesche Gesetz und die Richtung der Kraft 213 Die einfache harmonische Bewegung 213 Senkrecht und waagerecht 214 Ein genauerer Blick auf die harmonische Bewegung 215 Die Kreisfrequenz einer Masse an einer Feder 222 Die Energie in einfachen harmonischen Bewegungen 224 Schwingende Pendel 225 Teil IV Alles uber Warme 227 Kapitel 13 Heiss auf Thermodynamik 229 Der Sprung ins warme Wasser 229 Das Thermometer sagt Celsius 229 US-Thermometer sagen Fahrenheit 230 Das Thermometer sagt Kelvin 230 Es wird warm: Langenausdehnung 231 Wieder ein Koeffizient 232 Ein Beispiel fur Gleisarbeiter 233 Es bleibt warm: Volumenausdehnung 234 Mit dem (Warme-)Strom schwimmen 235 Warm zugedeckt 235 Die Phase andert sich, die Temperatur nicht 237 Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 237 Gut versteckt: Latente Warme 238 Kapitel 14 Hier, nimm meine Jacke: Warmeubertragung 241 In Wallung versetzt: Konvektion 241 Autsch, das war heiss! Warmeleitung 242 Wovon die Warmeleitung abhangt 243 Die Gleichung fur die Warmeleitung anwenden 244 Warme Strahlung 245 Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 246 Schwarze Korper 248 Das Geheimnis der Avogadro-Zahl 249 Das Gasgesetz wird geschmiedet 250 Ein Beispiel: Der Druck eines idealen Gases 252 Alternativen: Die Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac 252 Gasmolekule haben's eilig 254 Die Geschwindigkeit von Luftmolekulen 254 Die kinetische Energie eines idealen Gases 255 Kapitel 15 Warme trifft Arbeit: Die Hauptsatze der Thermodynamik 257 Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 257 Warme und Arbeit erhalten: Der erste Hauptsatz 258 Energieerhaltung mit Zahlen 259 Die Zustande andern sich 259 Vom Umgang mit spezifischen Warmekapazitaten 266 Wohin die Warme fliesst: Der zweite Hauptsatz 267 Arbeit aus Warme mit Warmekraftmaschinen 267 Vom Wirkungsgrad einer Dampfmaschine 268 Man kann nicht alles haben, sagt Carnot 269 Kalter geht s nicht: Der dritte (und absolut letzte) Hauptsatz 271 Kalte hat seltsame Wirkungen 271 Teil V Elektrischer Strom und Magneten 273 Kapitel 16 Wie elektrisiert 275 Plus oder minus? Die Ladung von Elektron und Proton 275 Ziehen und Schieben: Elektrische Krafte 276 Das coulombsche Gesetz 276 Abstand halten 277 Die Geschwindigkeit von Elektronen 277 Krafte zwischen mehreren Ladungen 278 Wirkung aus der Ferne: Elektrische Felder 280 Aus allen Richtungen: Felder von Punktladungen 281 Ganz schon geladen: Das elektrische Feld im Plattenkondensator 283 Die Spannung hochdrehen! Das elektrische Potenzial 284 Berechnung der elektrischen potenziellen Energie 285 Spannung ist Potenzial 286 Das elektrische Potenzial bleibt erhalten 287 Das elektrische Potenzial von Punktladungen 288 Aufladen, was die Kapazitat hergibt 291 Kapitel 17 Standig unter Strom 293 Der lange Marsch der Elektronen: Strom 293 Strom definieren 293 Strom in Batterien berechnen 294 Widerstandsfahig: Das ohmsche Gesetz 295 Der Strom durch einen Widerstand 295 Ganz spezifische Widerstande 296 Leistung lohnt sich 297 Schon der Reihe nach: Reihenschaltungen 297 Alles auf einmal: Parallelschaltungen 298 Maschendraht und Knoten: Die kirchhoffschen Regeln 300 Anwendung der Maschenregel 301 Rechnen mit vielen Maschen 302 Kondensatoren im Kreis 304 Kondensatoren in Parallelschaltung 304 Kondensatoren in Reihenschaltung 305 Kondensator plus Widerstand gleich RC-Schaltkreis 306 Kapitel 18 Uberaus anziehend: Magnetismus 309 Anziehen und Abstossen 309 Die Wirkung auf bewegte Ladungen 311 Die Starke magnetischer Krafte 312 Gebogene Bahnen: Ladungen im Magnetfeld 313 Magnetfelder arbeiten nicht 314 aber sie wirken trotzdem! 314 Strome verbiegen 316 Krafte auf Strome 316 Rotierende Schleifen 317 Das Magnetfeld eines Drahts 319 Ein magnetischer Fall 319 Magnetfelder in Leiterschleifen 321 Schon gleichmassig: Magnetfelder von Spulen 323 Kapitel 19 Spannende Strome 325 Eine Spannung wird induziert 325 Spannende Bewegung im Magnetfeld 325 Induktionsspannung und Flache 327 Faraday und der Fluss 328 Richtige Vorzeichen: Die lenzsche Regel 330 Induktivitaten 332 Auf und ab: Wechselstromkreise 333 Harmonische Sinusspannung 334 Im Gleichschritt durch den Widerstand 334 Am Kondensator eilt der Strom voraus 336 An der Spule trodelt der Strom 339 Dreifache Herausforderung: RCL-Stromkreise 341 Kapitel 20 Linsen und Spiegel im Rampenlicht 343 Alles uber Spiegel legeipS rebu sellA 343 Licht wird abgelenkt 344 Licht brechen mit Snellius 344 Gemessene und "gefuhlte" Tiefe 345 Spieglein, Spieglein an der Wand 347 Hohlspiegel wirken vergrossernd 347 Konvexe Spiegel wirken verkleinernd 352 Mit Linsen sieht man besser 353 Sammellinsen wirken vergrossernd 353 Zerstreuungslinsen wirken verkleinernd 357 Teil VI Der Top-Ten-Teil 359 Kapitel 21 Alles ist relativ(istisch) 361 Die Natur behandelt alle gleich 361 Licht ist immer gleich schnell 362 Bei hoher Geschwindigkeit dehnt sich die Zeit 362 Raumfahrer altern langsamer 363 Bei hoher Geschwindigkeit schrumpft die Lange 364 Materie ist gleich Energie 364 Materie plus Antimaterie gleich bumm 365 Die Sonne verliert an Masse 365 Die Sonne verschwindet aber nur langsam 365 Es geht nicht schneller 365 Und Newton hat trotzdem recht! 366 Kapitel 22 Zehn wilde Theorien 369 Ganz klein und ganz anders 369 Hier und da zugleich 370 Konnen Quanten rechnen? 370 Gravitation krummt den Raum 370 Schwarze Locher halten Licht fest 371 Geht's noch kleiner? 372 Explosive Mischung: Materie und Antimaterie 372 Auch nicht schlecht: Supernovae 372 Vom Urknall zum Endknall 373 Dunkle Bedrohung 373 Zukunftsphysik 374 Losungen 375 Stichwortverzeichnis 393
