Wiley.com
Print this page Share
E-book

Physik für Dummies, 4. Auflage

ISBN: 978-3-527-69257-6
404 pages
April 2015
Physik für Dummies, 4. Auflage (3527692576) cover image

Description

Von Ampere bis Zentripetalkraft – alles, was Sie über Physik wissen müssen

Lässt Thermodynamik Sie kalt? Stößt Magnetismus Sie ab? Oder springt der Funke der Elektrizität einfach nicht auf Sie über? Kein Problem, Physik für Dummies entführt auch die, die damit eigentlich nichts am Hut haben, in die faszinierende Welt der Physik. Steve Holzner stellt Ihnen physikalische Phänomene vor und erklärt die dahinterstehenden Naturgesetze samt der notwendigen mathematischen Grundlagen. Egal ob Energie, Wärme oder Licht, alles wird mit ausführlichen Beispielen und anschauli‑ chen Abbildungen erläutert. Nach jedem Kapitel finden Sie Übungsaufgaben und Lösungen, mit denen Sie das Gelernte festigen können.

See More

Table of Contents

Über dieses Buch 21

Konventionen in diesem Buch 21

Was Sie nicht lesen müssen 21

Törichte Annahmen über den Leser 21

Wie dieses Buch aufgebaut ist 21

Teil I: Die Grundlagen 22

Teil II: Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 22

Teil III: Energie und Arbeit 22

Teil IV: Alles über Wärme 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 beschäftigt 27

Mit Bewegung fängt es an 28

Überall ist Energie 29

Warm und gemütlich 30

Vom Blitzschlag zum Laserstrahl 30

Verrückt, verrückter, … 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 zurück: Einheiten umrechnen 36

Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise 39

Die Genauigkeit von Messwerten 40

Ziffern, die zählen 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

Gleichmäßig 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 Beträgen und Winkeln bestimmen 67

Beträge und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 69

Vektoren enträtseln 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 Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 79

Kapitel 5 Ziehen und Schieben: Kräfte 81

Kräfte walten überall 81

Bühne frei für das erste newtonsche Gesetz 82

In Schwung kommen: Masse und Trägheit 83

Maße für Masse 83

Darf ich vorstellen: Das zweite newtonsche Gesetz 84

Krafteinheit 85

Resultierende Kräfte 85

Das große Finale: Das dritte newtonsche Gesetz 90

Reibung und das dritte newtonsche Gesetz 91

Winkel und Kräfte 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 abwärts: Die schiefe Ebene 100

Winkelzüge 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 Maximalhöhe 112

In höchste Höhen: Flugzeit 113

Hin und zurück: Die gesamte Flugdauer 114

Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 114

Kapitel 7 Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 117

Immer rundherum: Gleichförmige Kreisbewegung 117

Richtungsänderung: Die Zentripetalbeschleunigung 118

Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 119

Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 120

Wie am Schnürchen: Zentripetalkraft 120

Die Zentripetalkraft wird gebraucht! 121

Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 121

Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 124

Der Apfel fällt nicht weit vom Stamm: Das newtonsche Gravitationsgesetz 126

Mit einem Apfel fing es an 127

Gravitation an der Erdoberfläche: 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 für die kinetische Energie 144

Kinetische Energie in der Praxis 146

Das wahre Leben: Resultierende Kräfte 147

Energievorrat: Potenzielle Energie 149

Der Kampf gegen die Schwerkraft 149

Bäumchen, wechsle dich! Die Umwandlung von kinetischer in potenzielle Energie 150

Am Scheideweg: Konservative und nicht konservative Kräfte 151

Vorwärts, rückwärts, rundherum: Energieerhaltung 152

Wie im freien Fall 154

Hoch hinaus 154

Arbeite schneller, Leistung zählt! 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 für 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 Stöße 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 schön 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 Trägheitsmoment 197

Das Trägheitsmoment unter der Lupe 198

Angewandte Trägheit: Drehmomente im CD-Player 199

Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 201

Arbeit und kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 202

In der Tretmühle: 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 schön 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 über Wärme 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: Längenausdehnung 231

Wieder ein Koeffizient 232

Ein Beispiel für Gleisarbeiter 233

Es bleibt warm: Volumenausdehnung 234

Mit dem (Wärme-)Strom schwimmen 235

Warm zugedeckt 235

Die Phase ändert sich, die Temperatur nicht 237

Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 237

Gut versteckt: Latente Wärme 238

Kapitel 14 Hier, nimm meine Jacke: Wärmeübertragung 241

In Wallung versetzt: Konvektion 241

Autsch, das war heiß! Wärmeleitung 242

Wovon die Wärmeleitung abhängt 243

Die Gleichung für die Wärmeleitung anwenden 244

Warme Strahlung 245

Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 246

Schwarze Körper 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

Gasmoleküle haben's eilig 254

Die Geschwindigkeit von Luftmolekülen 254

Die kinetische Energie eines idealen Gases 255

Kapitel 15 Wärme trifft Arbeit: Die Hauptsätze der Thermodynamik 257

Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 257

Wärme und Arbeit erhalten: Der erste Hauptsatz 258

Energieerhaltung mit Zahlen 259

Die Zustände ändern sich 259

Vom Umgang mit spezifischen Wärmekapazitäten 266

Wohin die Wärme fließt: Der zweite Hauptsatz 267

Arbeit aus Wärme mit Wärmekraftmaschinen 267

Vom Wirkungsgrad einer Dampfmaschine 268

Man kann nicht alles haben, sagt Carnot 269

Kälter geht’s nicht: Der dritte (und absolut letzte) Hauptsatz 271

Kälte 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 Kräfte 276

Das coulombsche Gesetz 276

Abstand halten 277

Die Geschwindigkeit von Elektronen 277

Kräfte zwischen mehreren Ladungen 278

Wirkung aus der Ferne: Elektrische Felder 280

Aus allen Richtungen: Felder von Punktladungen 281

Ganz schön 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 Kapazität hergibt 291

Kapitel 17 Ständig unter Strom 293

Der lange Marsch der Elektronen: Strom 293

Strom definieren 293

Strom in Batterien berechnen 294

Widerstandsfähig: Das ohmsche Gesetz 295

Der Strom durch einen Widerstand 295

Ganz spezifische Widerstände 296

Leistung lohnt sich 297

Schön 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 Überaus anziehend: Magnetismus 309

Anziehen und Abstoßen 309

Die Wirkung auf bewegte Ladungen 311

Die Stärke magnetischer Kräfte 312

Gebogene Bahnen: Ladungen im Magnetfeld 313

Magnetfelder arbeiten nicht … 314

… aber sie wirken trotzdem! 314

Ströme verbiegen 316

Kräfte auf Ströme 316

Rotierende Schleifen 317

Das Magnetfeld eines Drahts 319

Ein magnetischer Fall 319

Magnetfelder in Leiterschleifen 321

Schön gleichmäßig: Magnetfelder von Spulen 323

Kapitel 19 Spannende Ströme 325

Eine Spannung wird induziert 325

Spannende Bewegung im Magnetfeld 325

Induktionsspannung und Fläche 327

Faraday und der Fluss 328

Richtige Vorzeichen: Die lenzsche Regel 330

Induktivitäten 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 trödelt der Strom 339

Dreifache Herausforderung: RCL-Stromkreise 341

Kapitel 20 Linsen und Spiegel im Rampenlicht 343

Alles über Spiegel – legeipS rebü sellA 343

Licht wird abgelenkt 344

Licht brechen mit Snellius 344

Gemessene und »gefühlte« Tiefe 345

Spieglein, Spieglein an der Wand 347

Hohlspiegel wirken vergrößernd 347

Konvexe Spiegel wirken verkleinernd 352

Mit Linsen sieht man besser 353

Sammellinsen wirken vergrößernd 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 Länge 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

Können Quanten rechnen? 370

Gravitation krümmt den Raum 370

Schwarze Löcher 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

Lösungen 375

Stichwortverzeichnis 393

See More

Author Information

Steve Holzner hat bereits zahlreiche Bucher geschrieben, darunter >Quantenphysik fur Dummies<. Er lehrt seit uber zehn Jahren Physik an der Cornell University und unterrichtet au?erdem am Massachusetts Institute of Technology (MIT).
See More
Back to Top