Beetz E=mc^2: Physik für Höhlenmenschen

2015
ISBN: 978-3-642-54409-5
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 365 Seiten

Die einfache Logik eines Frühmenschen reicht schon aus, um die Grundzüge der Physik zu verstehen. Zu jeder Kraft gehört eine Gegenkraft - das wussten die Menschen der Steinzeit schon intuitiv. Deswegen kann der Autor bei seinem Versuch, die Physik 'begreiflich' zu machen, in die Jungsteinzeit zurückgehen. Da Mathematik die 'Sprache der Physik' ist, muss der Denker Eddi Einstein seinen Kumpel Rudi bei dessen Suche nach den Gesetzen der Natur unterstützen.

Jürgen Beetz studierte nach einer humanistischen und naturwissenschaftlichen Schulausbildung Elektrotechnik, Mathematik und Informatik an der TH Darmstadt und der University of California, Berkeley. Bei einem internationalen IT-Konzern war er als Systemanalytiker, Berater und Dozent in leitender Funktion tätig. Von ihm ist im selben Verlag '1+1=10: Mathematik für Höhlenmenschen' erschienen.

Autoren/Hrsg.

Beetz, Jürgen

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhalt;10
3;Kapitel 1;12
3.1;Was bisher geschah und wie Rudi zur Physik kam;12
4;Kapitel 2;15
4.1;Rudi Radlos und die einfachen Dinge;15
4.1.1;2.1 Messung von Raum, Zeit und Kraft;16
4.1.1.1;Eigenschaften von Körpern werden gemessen;17
4.1.1.2;Eine physikalisch exakte Messung;19
4.1.2;2.2 Grundbegriffe von Kraft und Bewegung;20
4.1.2.1;Kraft und Gegenkraft;21
4.1.2.2;Zwei kämpfende Böcke;22
4.1.2.3;Kraft und Gewicht;23
5;Kapitel 3;28
5.1;Kräfte bewegen die Welt;28
5.1.1;3.1 Statik: Zusammensetzung von Kräften;29
5.1.1.1;Kraft wirkt auf Körper – aber wie?;29
5.1.1.2;Die Summe aller Kräfte ist null – die der „Momente“ auch;31
5.1.1.3;Ein Möbelhaus in der Steinzeit;34
5.1.1.4;Der Flaschenzug;36
5.1.2;3.2 Dynamik: Bewegung durch Kräfte;38
5.1.2.1;Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung – alles eine Frage der Zeit;38
5.1.2.2;Rudi beschleunigt und bremst sein „Sitzgehrad“;39
5.1.2.3;Der Affe am Seil;41
5.1.2.4;Reibereien können ganz schön bremsen;43
5.1.3;3.3 Impuls, Energie und Arbeit;45
5.1.3.1;Rudi dreht sich im Kreise;46
5.1.3.2;Die „Fliehkraft“ und ihre Gegenkraft;47
5.1.3.3;Rudi gerät auf die schiefe Bahn;50
5.1.3.4;Alles ist relativ;52
5.1.3.5;Das ideale Pendel;53
5.1.3.6;Harmonische Schwingungen;56
5.1.4;3.4 Die Welt ist voller Energie;58
5.1.4.1;Nichts geht verloren – im Idealfall;58
5.1.4.2;Mehr als ein Rechentrick;60
5.1.4.3;Irgendwas bewegt sich immer;63
6;Kapitel 4;66
6.1;Kräfte verändern Körper;66
6.1.1;4.1 Elastizität bei Zug und Drehung;67
6.1.1.1;Eine gespannte Feder enthält Energie;67
6.1.1.2;Pfeil und Bogen;69
6.1.1.3;Billard – der elastische Stoß;72
6.1.1.4;Knetmasse – der unelastische Stoß;74
6.1.2;4.2 Kräfte in Luft und Wasser;74
6.1.2.1;Was schwimmt denn da im Wasser … und warum?;74
6.1.2.2;Wie man den Wind messen kann;77
6.1.2.3;Rudi wird zum Kraftprotz;78
6.1.2.4;Rudi misst den Strömungsdruck;79
6.1.2.5;Daniel Bernoulli, der Dachabdecker;80
6.1.2.6;Fassen wir zusammen;82
7;Kapitel 5;84
7.1;Rudi R. schwitzt und friert;84
7.1.1;5.1 Wärme wirkt auf Körper;85
7.1.1.1;Wärme dehnt Körper;86
7.1.1.2;Die „WW-Regel“;86
7.1.2;5.2 Wärme wird gespeichert und verrichtet Arbeit;88
7.1.2.1;Wärme wird gespeichert und „geht verloren“;88
7.1.2.2;Zitternde Moleküle;89
7.1.2.3;Die Mutter aller Dampfmaschinen;91
7.1.2.4;Revolutionen der Menschheitsgeschichte;92
7.1.3;5.3 Wärme verändert Körper;94
7.1.3.1;Rudi macht Wasser warm;94
7.1.3.2;Wärme verändert den Aggregatzustand von Materie;95
7.1.3.3;Joule, Thomson, Linde & Co.;98
7.1.4;5.4 Die Wärme-Grundgesetze;100
7.1.4.1;Die thermodynamischen Hauptsätze;100
7.1.4.2;Entropie – was ist das?;101
7.1.4.3;Die Wärmepumpe – ein Gesetzesverstoß?;103
8;Kapitel 6;106
8.1;Rudi kann auch Lärm machen;106
8.1.1;6.1 Die Regeln der Töne;107
8.1.1.1;Schall braucht ein Ausbreitungsmedium;108
8.1.1.2;Mitschwingen im Gleichklang;109
8.1.1.3;Absorption vernichtet Schall, Reflexion bringt ihn wieder;110
8.1.2;6.2 Wellen und ihre Gesetze;111
8.1.2.1;Töne sind harmonische Schwingungen;111
8.1.2.2;Ein Klavier, ein Klavier;111
8.1.2.3;Derselbe Ton ist nicht derselbe;113
8.1.2.4;Interferenz und Schwebung;114
9;Kapitel 7;117
9.1;Geheimnisvolle Kräfte aus der Zukunft;117
9.1.1;7.1 Unsichtbare Kräfte, sichtbare Effekte;118
9.1.1.1;Elektrizität ist wie Wasser;119
9.1.1.2;Froschschenkel kann man nicht nur essen;120
9.1.1.3;Georg Simon Ohm erlässt 1825 ein Gesetz;121
9.1.1.4;Gleichstrom bleibt gleich, Wechselstrom wechselt;123
9.1.1.5;Gleichrichter und Wechselrichter;125
9.1.1.6;Ladungen gibt es nicht nur bei Gericht;126
9.1.1.7;Was kondensiert im Kondensator?;127
9.1.2;7.2 Elektrizität und Magnetismus sind Zwillinge;129
9.1.2.1;Ein Feld voller Vektoren;130
9.1.2.2;Maxwell ist kein kalter Kaffee;131
9.1.2.3;Von der Induktion zur Transformation;133
9.1.2.4;Wir bauen uns einen Magneten;135
9.1.2.5;Es formieren sich Widerstände;136
9.1.3;7.3 Wirkungen auf Körper und Materie;137
9.1.3.1;Was dem einen sein Motor, ist dem anderen sein Generator;137
9.1.3.2;Fahr’n, fahr’n, fahr’n – mit der Straßenbahn;138
9.1.3.3;Rainer Maria Schuko erfindet einen Stecker;139
9.1.3.4;Materie löst sich durch Strom auf;139
9.1.3.5;Elektrizität in 6 verschiedenen Geschmacksrichtungen;141
9.1.4;7.4 Elektromagnetische Wellen und ihr Verhalten;142
9.1.4.1;Das elektromagnetische Spektrum;143
9.1.4.2;Elektromagnetische Wellen do it yourself;144
9.1.4.3;Strom fließt durch das „Nichts“!;146
10;Kapitel 8;151
10.1;Erkenntnis erleuchtet, Licht erhellt;151
10.1.1;8.1 Das Wesen des Lichtes und seine Gesetze;152
10.1.1.1;Lichtausbreitung und Brechung;152
10.1.1.2;Lichtbrechung am Prisma;154
10.1.1.3;Spektrallinien verraten viel;155
10.1.1.4;Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung;157
10.1.2;8.2 Lichteffekte und ihre praktischen Anwendungen;159
10.1.2.1;Spieglein, Spieglein an der Wand;159
10.1.2.2;Linsen für nah und fern;160
10.1.2.3;Fernsehen und Nahsehen;162
10.1.2.4;Rudi macht einen Doppelspaltversuch;163
10.1.2.5;Was können wir überhaupt sehen?;164
10.1.3;8.3 Wie schnell ist das Licht und was ist es überhaupt?;166
10.1.3.1; Ein Experiment mit „ohne Ergebnis“;168
10.1.3.2; Was ist Licht?;169
11;Kapitel 9;173
11.1;Das Universum von innen;173
11.1.1;9.1 Materie wird in ihre Bestandteile zerlegt;174
11.1.1.1;Eddi muss einen Barren Gold zerlegen;174
11.1.1.2;Materie scheint nicht immer stabil zu sein;178
11.1.1.3;Wir schauen uns ein Atom genauer an;178
11.1.2;9.2 Woraus besteht das „Nichts“ der Materie?;180
11.1.2.1;Das Unteilbare, aufgeschraubt;181
11.1.2.2;Die Wanderer unter den Elementen: „Ionen“;184
11.1.2.3;Radio-Aktivität und zerfallende Atomkerne;186
11.1.2.4;Unteilbare Atome, zusammengebaut;188
11.1.2.5;Kerne spalten und zusammenbacken;192
11.1.3;9.3 „Quanten“ sind keine großen Schuhe;193
11.1.3.1;Die kleinen Dinger, wo sind sie denn überhaupt?;194
11.1.3.2;Getret’ner Quark wird breit, nicht stark233;196
11.1.3.3;Der Elementarteilchen-Zoo;198
11.1.3.4;Der Doppelspaltversuch mit Quanten;201
11.1.3.5;Die klassische Physik muss nachsitzen;203
11.1.3.6;Noch mehr Seltsames aus der Quantenwelt;206
11.1.4;9.4 Warum hält das alles zusammen?;209
11.1.4.1;Aber es zerfällt doch!;210
12;Kapitel 10;214
12.1;Das Universum von außen;214
12.1.1;10.1 Was fliegt da eigentlich so herum?;215
12.1.1.1;Das Weltall ist groß;216
12.1.1.2;Glückliche Umstände zeichnen die Erde aus;218
12.1.1.3;Was fliegt im Sonnensystem herum?;219
12.1.1.4;Der Zollstock im Weltall;221
12.1.1.5;Ein Blick in die Ferne ist ein Blick zurück;223
12.1.1.6;Was Kosmologen sonst noch messen … und wie;223
12.1.1.7;Sterne und Planeten;224
12.1.2;10.2 Warum hält auch das alles zusammen?;226
12.1.2.1;Fliehkraft, da capo;229
12.1.2.2;Der Mond birgt ein Geheimnis;229
12.1.3;10.3 Wieso fliegt das Universum dennoch auseinander?;232
12.1.3.1;Der Weltraum ist leer;233
12.1.3.2;Ich sehe was, was du nicht siehst;234
12.1.3.3;Das Universum expandiert;236
12.1.3.4;Dunkle Kräfte lassen ganze Galaxien rotieren;237
12.1.4;10.4 Der Kosmos besteht aus Teilen, die aus Teilen bestehen;240
12.1.4.1;Stern ist nicht gleich Stern;240
12.1.4.2;Sterne bilden Galaxien, Galaxien bilden Galaxienhaufen;241
12.1.4.3;Warum ist nicht Nichts?;243
12.1.4.4;Sind wir allein hier?;245
12.1.5;10.5 Die wohl berühmteste Formel der Welt;246
12.1.5.1;Die Relativitätstheorie ist eine Absolutheitstheorie;247
12.1.5.2;Bewegte Uhren gehen langsamer;250
12.1.5.3;Das Unbegreifliche in der Relativitätstheorie;252
12.1.5.4;Was ist ein „gekrümmter Raum“?;253
12.1.6;10.6 Und wo kam das Universum überhaupt her?;257
12.1.6.1;Ein Stern wird geboren;257
12.1.6.2;Ein Stern stirbt auch wieder – und das ist nicht traurig;259
12.1.6.3;Was auseinanderfliegt, muss einmal zusammen gewesen sein;260
12.1.6.4;Der Uhr-Knall;262
12.1.6.5;Die längste TV-Serie der Welt;265
12.1.6.6;Wie soll das bloß enden – ein Universum verschwindet?!;266
13;Kapitel 11;270
13.1;Physik und Metaphysik;270
13.1.1;11.1 Theorien sind gut, Experimente sind besser;272
13.1.1.1;Das Wesen der Physik;272
13.1.1.2;Werkzeuge der Physik;274
13.1.1.3;Grundkräfte der Physik;276
13.1.1.4;Fünf (?) Revolutionen der Physik;278
13.1.1.5;Abgeschlossene Systeme – gibt’s die?;280
13.1.1.6;Die Konvergenz der Theorien;281
13.1.2;11.2 Philosophie und Spiritualität;283
13.1.2.1;Wie wirklich ist die Wirklichkeit?;284
13.1.2.2;Beschreibt die Physik die reale Welt?;286
13.1.2.3;Ist der Kosmos für uns maßgeschneidert?;287
13.1.2.4;Rudis Teekanne;289
13.1.2.5;Wissenschaft „entzaubert die Welt“?;291
13.1.3;11.3 Große Fragen der Physik;292
13.1.3.1;Bekanntes Unbekanntes und unbekanntes Unbekanntes;292
13.1.3.2;Alles ist vorbestimmt;293
13.1.3.3;Leben aus „toter Materie“;295
13.1.3.4;Wahrheit und Wirklichkeit;298
13.1.4;11.4 Das physikalische Quartett;300
13.1.4.1;Fassen wir zusammen;306
14;Anmerkungen;309
15;Stichwortliste und Register;357