Kirchgessner / Schreck Lern- und Übungsbuch zur Theoretischen Physik 1.

Klassische Mechanik
1. Auflage 2013
ISBN: 978-3-486-85842-6
Verlag: De Gruyter
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 266 Seiten

eine der größten Hürden in den ersten Semestern des Physikstudiums stellt das Pflichtfach Theoretische Physik dar. An den wöchentlichen Übungsaufgaben und anspruchsvollen Klausuren scheitern jedoch viele Studierende. Dieses Lern- und Übungsbuch ermöglicht die optimale Prüfungsvorbereitung, in dem es eine Brücke zwischen der Theorie der Vorlesung und der Anwendung der erlernten Kenntnisse bildet. Die Autoren, durch langjährige Erfahrung als Tutoren mit den Schwierigkeiten von Studienanfängern vertraut, stellen systematische Lösungsansätze und clevere Rechenkniffe vor. Für alle Aufgaben wird der vollständige Lösungsweg präsentiert.

Autoren/Hrsg.

Kirchgessner, Karsten

Schreck, Marco

Fachgebiete

• Naturwissenschaften Physik Physik Allgemein Theoretische Physik, Mathematische Physik, Computerphysik
• Naturwissenschaften Physik Mechanik Klassische Mechanik, Newtonsche Mechanik

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;1. Newtonsche Gesetze;11
2.1;1.1 Einführung;11
2.2;1.2 Erstes Newtonsches Gesetz;13
2.3;1.3 Zweites Newtonsches Gesetz;13
2.4;1.4 Drittes Newtonsches Gesetz;14
2.5;1.5 Superpositionsprinzip;15
3;2. Raumkurven und Kinematik;17
3.1;2.1 Parametrisierung von Raumkurven;17
3.1.1;2.1.1 Bewegung auf einer Geraden;18
3.1.2;2.1.2 Bewegung auf einem Kreis;19
3.1.3;2.1.3 Bewegung entlang einer Schraubenlinie;22
3.1.4;2.1.4 Abrollkurven;23
3.2;2.2 Geschwindigkeit und Beschleunigung;24
3.3;2.3 Bogenlänge;27
3.3.1;2.3.1 Bogenlänge des Graphen einer Funktion;31
3.4;2.4 Begleitendes Dreibein;31
3.5;2.5 Raumkurven in Polarkoordinaten;37
3.5.1;2.5.1 Die Basisvektoren der Polarkoordinaten;41
3.5.2;2.5.2 Bewegung einer Punktmasse in Polarkoordinaten;42
3.6;2.6 Raumkurven in Kugelkoordinaten;46
3.6.1;2.6.1 Bewegung einer Punktmasse in Kugelkoordinaten;48
4;3. Fundamentale Größen in der Mechanik;51
4.1;3.1 Arbeit und Energie;51
4.2;3.2 Potenzielle Energie;58
4.3;3.3 Kinetische Energie;65
4.4;3.4 Drehimpuls;66
4.5;3.5 Drehmoment;68
4.6;3.6 Kinetische Energie und Drehimpuls in krummlinigen Koordinatensystemen;71
4.6.1;3.6.1 Rotationsenergie einer Punktmasse;72
4.6.2;3.6.2 Vektorielle Winkelgeschwindigkeit;73
5;4. Bezugssysteme in der klassischen Mechanik;75
5.1;4.1 Inertialsysteme;75
5.2;4.2 Galilei-Transformation;79
5.3;4.3 Rotierende Bezugssysteme;83
5.3.1;4.3.1 Beschreibung von Drehungen;86
5.3.2;4.3.2 Scheinkräfte in rotierenden Bezugssystemen;87
5.3.3;4.3.3 Die Bedeutung der Corioliskraft;89
5.4;4.4 Von der Beschleunigung zum Orts-Zeit-Gesetz;91
6;5. Klassische Ein-Teilchen-Systeme;97
6.1;5.1 Schiefer Wurf;97
6.1.1;5.1.1 Das Orts-Zeit-Gesetz des schiefen Wurfs;98
6.2;5.2 Harmonischer Oszillator;102
6.2.1;5.2.1 Differenzialgleichungen und deren Lösung;104
6.2.2;5.2.2 Lösung der Bewegungsgleichung des harmonischen Oszillators;106
6.2.3;5.2.3 Physikalische Interpretation der Lösung des harmonischen Oszillators;109
6.2.4;5.2.4 Anfangsbedingungen für den harmonischen Oszillator;109
6.3;5.3 Gedämpfter harmonischer Oszillator;115
6.3.1;5.3.1 Starke Reibung;116
6.3.2;5.3.2 Schwache Reibung;118
6.3.3;5.3.3 Kritische Reibung;119
6.4;5.4 Kepler-Problem als Einkörperproblem;121
6.4.1;5.4.1 Die Bewegung eines Planeten entlang einer Ellipse;122
6.4.2;5.4.2 Wichtigstes zu Ellipsen, Hyperbeln und Parabeln;125
6.4.3;5.4.3 Die Lösung der Bewegungsgleichung;126
6.4.4;5.4.4 Effektives Potenzial;133
7;6. Erhaltungsgrößen und Erhaltungssätze;139
7.1;6.1 Gesamtimpuls und Impulserhaltung;139
7.2;6.2 Drehimpulserhaltung;146
7.3;6.3 Energieerhaltung;146
7.4;6.4 Bedeutung von Erhaltungsgrößen;147
7.5;6.5 Anzahl von Erhaltungsgrößen;154
7.5.1;6.5.1 Symmetrien als Ursache von Erhaltungsgrößen;155
8;7. Klassische Zwei- und Mehr-Teilchen-Systeme;159
8.1;7.1 Zweikörperproblem, Schwerpunkts- und Relativkoordinaten;159
8.1.1;7.1.1 Physikalische Diskussion des Zweikörperproblems;161
8.2;7.2 Stoßprozesse;163
8.2.1;7.2.1 Elastische Stöße zweier Punktmassen;163
8.2.2;7.2.2 Inelastische Stöße zweier Punktmassen;167
8.3;7.3 Gekoppelte Schwingungen;169
8.3.1;7.3.1 Gekoppelte Schwingungen in zwei Dimensionen;176
9;8. Mechanik ausgedehnter Körper;185
9.1;8.1 Von der Punktmasse zum starren Körper;185
9.2;8.2 Schwerpunkt und Trägheitsmoment eines starren Körpers;187
9.2.1;8.2.1 Verallgemeinerung des Trägheitsmoments;193
9.3;8.3 Steinerscher Satz;200
9.4;8.4 Energie eines rotierenden starren Körpers;204
9.5;8.5 Eulersche Winkel;209
9.6;8.6 Kreisel;215
9.6.1;8.6.1 Der kräftefreie Kreisel;217
9.6.2;8.6.2 Bewegung des Kreisels unter Einwirkung einer Kraft;221
9.7;8.7 Von der Schwingung zur Welle;223
10;Lösungen der Übungsaufgaben;233
11;Index;265

Über Autor(innen)

Dipl.-Phys. Karsten Kirchgessner und Dr. Marco Schreck, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)