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Technische Mechanik für Dummies, 3. Auflage

Technische Mechanik für Dummies, 3. Auflage

Wilhelm Kulisch

ISBN: 978-3-527-81545-6

Jul 2018

470 pages

Select type: E-Book

$9.99

Über die Autoren 9

Einführung 21

Über dieses Buch 21

Konventionen in diesem Buch 21

Was Sie nicht lesen müssen 22

Törichte Annahmen über die Leser 22

Wie dieses Buch aufgebaut ist 22

Teil I: Grundlagen 22

Teil II: Statik 22

Teil III: Endlich etwas Bewegung: Die Dynamik 23

Teil IV: Unter Druck gesetzt: Festigkeitslehre 23

Teil V: Der Top-Ten-Teil 23

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23

Wie es weitergeht 24

TEIL I GRUNDLAGEN 25

Kapitel 1 Technische Mechanik: Die Grundlagen 27

Technische Mechanik: Eine eigenständige Wissenschaft 27

Eine Wissenschaft, viele Themen 28

Eine Wissenschaft, viele Anwendungen 30

Teil I: Mathematische und physikalische Grundlagen 30

Alles über Winkel und Richtungen 30

Alles über Bewegungen 31

Teil II: Fest und unverrückbar: Die Statik 31

Mit frischen Kräften 32

Immer in Ruhe bleiben: Schwerpunkt und Gleichgewicht 32

Statik angewandt: Lager, Balken und Fachwerke 32

Sich aneinander reiben 33

Teil III: Endlich etwas Bewegung: Dynamik 33

Klein, aber beweglich: Die Dynamik von Massepunkten 33

Einerseits starr, andererseits beweglich: Die Dynamik starrer Körper 34

Alles schwingt und rotiert: Die Maschinendynamik 34

Teil IV: Unter Druck gesetzt: Festigkeitslehre 34

Ziehen, drücken oder biegen: Die Grundbegriffe 35

Wieder in Form kommen: Elastische Verformung 35

Die Form ändern: Plastische Verformung 36

Marmor, Stein und Eisen bricht: Bruchmechanik und andere Versagensmechanismen 36

Teil V: Top-Ten-Teil 37

Kapitel 2 Ganz ohne Mathematik geht es nicht 39

Auf die Richtung kommt es an: Vektorrechnung 40

Wozu braucht man Vektoren? 40

Was ist eigentlich ein Vektor? 41

Pfeile oder Zahlen: Die Darstellung von Vektoren 41

Addition und Subtraktion von Vektoren 43

Drei Mal Multiplizieren 44

Auf den Winkel kommt es an: Trigonometrie 50

Mein Hut, der hat drei Ecken 50

Sie sind oft nützlich: Sinus- und Kosinussatz 51

Rechte Winkel 52

Aufgaben 55

Kapitel 3 Alles ist in Bewegung: Die Kinematik 57

Bewegung pur: Kinematik 58

Geradeaus: Gradlinige Translationsbewegungen 59

Eine konstante Beschleunigung nach unten: Der freie Fall 61

Eins nach dem anderen: Überlagerung von Geschwindigkeiten 63

Immer dasselbe: Energie- und Impulserhaltungssatz 68

Beispiel: Stöße 69

Kreisverkehr: Kreisbewegungen 71

Karussell fahren: Die Winkelgeschwindigkeit 72

Nicht aus der Bahn geraten: Die Zentripetalbeschleunigung 74

Immer schneller werden: Die Winkelbeschleunigung 75

Aufgaben 76

TEIL II FEST UND UNVERRÜCKBAR: DIE STATIK 79

Kapitel 4 Mit frischen Kräften 81

Ein starkes Team: Kraft und Drehmoment 81

Auf die Kraft kommt es an 82

Die Kraft auf den Punkt bringen: Das Drehmoment 84

Mit Kraft arbeiten 87

Die Linie entlang 88

Addition von Kräften 88

In die Bestandteile zerlegen 90

Von allen Seiten: Kräftesysteme 92

Übersicht über Kräftesysteme 92

Zentrale ebene Kräftesysteme 93

Allgemeine ebene Kräftesysteme 95

Räumliche Kräftesysteme 99

Kräfte freimachen 101

Aufgaben 106

Kapitel 5 Immer in Ruhe bleiben: Schwerpunkt und Gleichgewicht 109

Der Momentensatz 110

Man muss Schwerpunkte setzen 110

Eine ganze Reihe von Schwerpunkten: Begriffsbestimmungen 111

Den Schwerpunkt bestimmen 112

Den Schwerpunkt berechnen 113

Flächenschwerpunkt 115

Auch Linien besitzen einen Schwerpunkt 122

Die Freiheit, sich zu bewegen: Freiheitsgrade 124

Gleichgewicht und Standsicherheit 126

Gleichgewicht 126

Arten des Gleichgewichts 131

Fest auf den Füßen stehen: Standsicherheit 132

Aufgaben 136

Kapitel 6 Statik angewandt: Lager, Balken und Fachwerke 139

Die Verbindung mit der Außenwelt: Lager und Gelenke 139

Lagerkräfte 140

Auf die Wertigkeit kommt es an: Lagerarten 142

Gelenke 146

Balken 147

Äußere und innere Kräfte 147

Frei oder bestimmt: Die statische Bestimmtheit von Balken 148

Altehrwürdig und doch modern: Fachwerke 151

Nichts als Stäbe und Knoten: Wichtige Begriffe 151

Bestimmt oder unbestimmt? 153

Ermittlung der Stabkräfte 156

Aufgaben 167

Kapitel 7 Sich aneinander reiben 169

Und sie bewegt sich doch 170

Haften, Gleiten, Rollen: Arten der Reibung 170

Es kommt nur auf die Reibungskoeffizienten an 171

Räder müssen rollen: Die Rollreibung 179

Reibung: Hinderlich und nützlich zugleich 181

Reibung ist überall: Das Fahrrad 182

Reibung in Lagern 183

In die Höhe steigen: Die Leiter 185

Seilreibung 187

Voll in die Eisen steigen: Bremsen 190

Aufgaben 192

TEIL III ENDLICH ETWAS BEWEGUNG: DIE DYNAMIK 193

Kapitel 8 Klein, aber dynamisch: Die Dynamik der Massepunkte 195

Noch einmal: Kräfte 196

Newton 196

Träge und schwer: Die Masse 200

Rund ums Zentrum: Kreisbewegungen 203

Auch Kräfte können träge sein: Das Prinzip von d’Alembert 204

Im Schweiße deines Angesichts: Die Arbeit 207

Arbeit gleich Kraft mal Weg 207

Viele Kräfte, viel Arbeit 208

Nobody is perfect: Der Wirkungsgrad 211

Energie ist überall und geht nicht verloren 212

Es gibt mehr als eine Art der Energie 213

Stets konstant, aber nicht das Gleiche 214

Was für eine Leistung! 215

Leistung gleich Arbeit pro Zeit 216

Was lange wirkt, wirkt endlich gut 219

Vergleich Translation – Kreisbewegung 219

Aufgaben 220

Kapitel 9 Einerseits starr, andererseits beweglich: Die Dynamik starrer Körper 221

Ein wichtiges Gesetz: Der Schwerpunktsatz 221

Der Schwerpunkt bestimmt, wo es lang geht 222

Das 2 Newton’sche Gesetz für starre Körper 222

Drehbewegungen starrer Körper 223

Alle Punkte im Gleichschritt: Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung 224

Auf den Punkt gebracht: Das Drehmoment 225

Trägheit in unterschiedlichen Formen: Das Trägheitsmoment 226

Jeder Punkt zählt einzeln 226

Steiner’scher Satz 233

Zwei wichtige Größen: Rotationsenergie und Drehimpuls 235

Rotationsenergie 235

Pirouetten drehen: Drehimpuls und Drehimpulserhaltungssatz 239

Voll getroffen: Stöße 241

Wumms! Es hat gekracht 241

Voll ins Zentrum: Der gerade, zentrale, elastische Stoß 243

Nicht ganz einfach: Schiefe Stöße 245

Vergleich von Translation und Rotation 247

Aufgaben 248

Kapitel 10 Alles schwingt und rotiert: Einführung in die Maschinendynamik 251

Harmonische Schwingungen 252

Hin und her, auf und ab: Beispiele von Schwingungen 252

Viele Schwingungen, eine Beschreibung 255

Ziemlich verdreht: Das Torsionspendel 261

Alle harmonischen Schwingungen weisen Gemeinsamkeiten auf 262

Dämpfung und erzwungene Schwingungen 263

Alles hat einmal ein Ende: Gedämpfte Schwingungen 263

Das ist der Rhythmus, wo jeder mit muss: Erzwungene Schwingungen 265

Das kann in einer Katastrophe enden: Resonanz 266

Schwingungssysteme 267

Parallel- und Reihenschaltungen von Federn 267

Gekoppelte Pendel 270

Gekoppelte Schwingungssysteme 273

Auch Stäbe können schwingen 275

Aufgaben 279

TEIL IV FESTIGKEITSLEHRE UND KONTINUUMSMECHANIK 281

Kapitel 11 Ziehen, drücken oder biegen: Die Grundbegriffe 283

Den Belastungen nachgeben 284

Spannung pur 284

Auf die inneren Kräfte kommt es an 285

Körper freischneiden: Das Schnittverfahren 285

Ziehen, Drücken und Schieben 286

Ein jeder muss seine Last tragen 287

Die Ohren lang ziehen: Zugbeanspruchung 288

Dem Druck nachgeben: Druckbeanspruchung 289

Schubbeanspruchung 290

Auf Biegen und Brechen: Biegebeanspruchung 291

Torsionsbeanspruchung 293

Belastungen werden Realität 294

Gemischte Belastungen 294

Körper voller Spannungen 297

Spannungszustand 298

Spannungstensor 299

Mohr’scher Spannungskreis 300

Den Stab brechen: Die Spannungs-Dehnungs-Kurve 301

Aufgaben 303

Kapitel 12 Wieder in Form kommen: Elastische Verformung 307

Am Haken hängen: Das Hooke’sche Gesetz 308

Elastizität beschreiben: Die elastischen Konstanten 309

In die Länge gezogen: Der Elastizitätsmodul 310

Dem Druck standhalten: Der Kompressionsmodul 311

Ziemlich verdreht: Der Schubmodul (Torsionsmodul) 313

Längs und quer: Die Poisson-Zahl 314

Nur zwei von vieren zählen: Beziehungen zwischen den elastischen Konstanten 317

Elastische Energie 318

Vollkommen elastisch 321

Bis ans Limit 321

Im Bereich des Hooke’schen Gesetzes 322

Man kann selbst Stahl in die Länge ziehen 322

Auf dass sich die Balken biegen 323

Der beidseitig gelagerte Balken und die Biegelinie 327

Ans Herz gedrückt: Die Hertz’sche Pressung 328

Aufgaben 331

Kapitel 13 Die Form ändern: Plastische Verformung 333

Spannungs-Dehnungs-Diagramme 334

Begriffe zur Beschreibung der plastischen Deformation 334

Nominelle und wahre Spannungen 337

Atome verschieben sich: Die Mechanismen der plastischen Verformung 339

Verfestigungsmechanismen 341

Nachwirkungen 342

Nicht zu stoppen: Das Kriechen 342

Schließlich doch relaxt 344

Hart wie Marmelade 344

Härteskalen 345

Aufgaben 347

Kapitel 14 Marmor, Stein und Eisen bricht: Bruchmechanik und andere Versagensmechanismen 349

Spröder Bruch 351

Ein Riss reicht aus: Das Griffith-Modell 351

Widerstand gegen spröden Bruch: Die Zähigkeit 353

Bruchzähigkeit 355

Duktiler Bruch: Versagen durch dauerhafte Verformung 358

Irgendwann wird es zu viel: Der Ermüdungsbruch 360

Einfach umgeknickt 362

Auch Oberflächen können versagen: Der Verschleiß 364

Mit der Zeit abgenutzt 365

Es kommt auf das Gesamtsystem an: Tribologische Systeme 365

Angriff von außen: Arten des Verschleißes 366

Verschleiß quantitativ 367

Aufgaben 370

TEIL V DER TOP-TEN-TEIL 371

Kapitel 15 Zehn wichtige Anwendungen der Technischen Mechanik 373

Bauingenieurswesen 373

Baustatik 373

Maschinenbau 374

Maschinenbau 374

Maschinendynamik 374

Apparatebau 374

Materialwissenschaften und Werkstoffkunde 374

Werkstoffkunde 375

Materialwissenschaften 375

Weitere Bereiche 375

Anlagenbau 375

Feinmechanik 376

Mechatronik 376

Luft- und Raumfahrttechnik 376

Kapitel 16 Zehn wichtige Internetadressen 377

Vektorrechnung 377

Die gesamte Statik und die Festigkeitslehre in einem Link 377

Statik lernen 378

Baustatik aus Kassel 378

Technische Mechanik interaktiv 379

Reibung von allen Seiten 379

Interaktive Dynamik 379

Hier schwingt alles 379

Alles über die Mechanik 380

Das Neueste aus der Physik 380

Anhang Lösungen der Aufgaben 381

Kapitel 2 381

Kapitel 3 383

Kapitel 4 386

Kapitel 5 390

Kapitel 6 394

Kapitel 7 398

Kapitel 8 401

Kapitel 9 404

Kapitel 10 408

Kapitel 11 411

Kapitel 12 414

Kapitel 13 416

Kapitel 14 417

Stichwortverzeichnis 421