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Halliday Physik für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge

3. Auflage

von: David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker
52,99 €
Verlag:	Wiley-VCH
Format:	EPUB
Veröffentl.:	26.11.2019
ISBN/EAN:	9783527822669
Sprache:	deutsch
Anzahl Seiten:	992

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Beschreibungen

Titelbeschreibung

Das Halliday-Lehrbuch Physik für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge bietet einen Überblick über den Stoff typischer Experimentalphysik-Vorlesungen. Dementsprechend wurde der Stoff auf die Bedürfnisse dieser Studierenden zugeschnitten und gestrafft. Außerdem stellt jedes Kapitel einen ausgeprägten Praxisbezug her, um die Anwendung physikalischer Konzepte zu illustrieren. Für die dritte Auflage wurden die Kapitel nicht nur überarbeitet, sondern didaktisch neu strukturiert: die Lerninhalte sind nun in Modulen organisiert, wobei jede Einheit die Lernziele explizit aufführt und die Schlüsselkonzepte zusammenfasst. So können Studentinnen und Studenten zielgerichtet lernen und den Lernerfolg nach der Lektüre selbst überprüfen. Das Übungsbuch hilft bei der Durchdringung des Stoffs der einführenden Experimentalphysik-Vorlesungen für Nebenfachstudierende. Es enthält mehr als 750 Aufgaben mit ausführlichenb Lösungen aus allen Kapiteln des Lehrbuchs. Dabei stammen die Aufgaben aus allen Themenbereichen der Experimentalphysik und reichen von Standardaufgaben, die jeder können muss, bis hin zu weiterführenden Aufgaben für Fortgeschrittene.

Inhaltsverzeichnis

1 Bewegung 1.1 Ort, Verschiebung und mittlere Geschwindigkeit 1 1.2 Momentangeschwindigkeit 4 1.3 Beschleunigung 5 1.4 Konstante Beschleunigung 8 1.5 Der freie Fall 12 1.6 Zwei und drei Raumdimensionen 14 1.7 Durchschnittsgeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit 15 1.8 Durchschnittsbeschleunigung und Momentanbeschleunigung 18 1.9 Wurfbewegungen 19 1.10 Die gleichformige Kreisbewegung 24 1.11 Relativbewegung in einer Dimension 26 1.12 Relativbewegung in zwei Dimensionen 28 1.13 Zusammenfassung 29 1.14 Fragen 31 2 Kraft und Bewegung 2.1 Das erste und das zweite NewtonscheGesetz 35 2.2 Einige besondere Krafte 42 2.3 Die Newtonschen Gesetze in der Praxis 47 2.4 Reibung 50 2.5 Stromungswiderstand und Endgeschwindigkeit 54 2.6 Gleichformige Kreisbewegung 56 2.7 Scheinkrafte 58 2.8 Zusammenfassung 61 2.9 Fragen 63 3 Kinetische Energie und Arbeit 3.1 Energie 69 3.2 Arbeit und kinetische Energie 71 3.3 Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit 74 3.4 Von einer Federkraft verrichtete Arbeit 76 3.5 Von einer allgemeinen veranderlichen Kraft verrichtete Arbeit 80 3.6 Leistung 83 3.7 Zusammenfassung 85 3.8 Fragen 86 4 Potenzielle Energie und Energieerhaltung 4.1 Potenzielle Energie 89 4.2 Der Energieerhaltungssatz derMechanik 94 4.3 Grafische Darstellung der potenziellen Energie 98 4.4 Von einer auseren Kraft an einem SystemverrichteteArbeit 101 4.5 Energieerhaltung 104 4.6 Zusammenfassung 107 4.7 Fragen 109 5 Systeme von Teilchen 5.1 Der Schwerpunkt 113 5.2 Das zweite Newtonsche Gesetz fur ein Teilchensystem 116 5.3 Der Impuls 119 5.4 Stosprozesse: Der Kraftstos 121 5.5 Die Impulserhaltung 125 5.6 Inelastische eindimensionale Stose 127 5.7 Elastische eindimensionale Stose 129 5.8 Zweidimensionale Stose 132 5.9 Systeme mit veranderlicher Masse: Eine Rakete 133 5.10 Ausere Krafte und Anderungen der inneren Energie 136 5.11 Zusammenfassung 138 5.12 Fragen 139 6 Die Rotation ausgedehnter Körper 6.1 Die Variablen der Rotation 143 6.2 Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung 148 6.3 Beziehungen zwischen den Variablen fur lineare Bewegung und Rotation 149 6.4 Die kinetische Energie der Rotation 152 6.5 Die Berechnung des Tragheitsmoments 154 6.6 Das Drehmoment 156 6.7 Das zweite Newtonsche Gesetz fur die Rotation 158 6.8 Arbeit und kinetische Energie der Rotation 159 6.9 Zusammenfassung 162 6.10 Fragen 164 7 Rollbewegung, Drehmoment und Drehimpuls 7.1 Die Rollbewegung 167 7.2 Krafte und die kinetische Energie der Rollbewegung 169 7.3 Das Jo-Jo 172 7.4 Eine erweiterte Definition des Drehmoments 173 7.5 Der Drehimpuls 175 7.6 Das zweite Newtonsche Gesetz in Winkelschreibweise 177 7.7 Der Drehimpuls eines starren Korpers 179 7.8 Die Erhaltung des Drehimpulses 182 7.9 Die Prazession eines Kreisels 185 7.10 Zusammenfassung 187 7.11 Fragen 188 8 Gleichgewicht und Elastizität 8.1 Gleichgewicht 191 8.2 Beispiele fur statische Gleichgewichte 195 8.3 Elastizitat 198 8.4 Zusammenfassung 203 8.5 Fragen 203 9 Gravitation 9.1 Das Newtonsche Gravitationsgesetz 207 9.2 Gravitation und das Superpositionsprinzip 210 9.3 Die Gravitation in der Nahe der Erdoberflache 211 9.4 DieGravitation innerhalb der Erde 214 9.5 Die potenzielle Energie der Gravitation 216 9.6 Planeten und Satelliten: DieKeplerschen Gesetze 220 9.7 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie 223 9.8 Einstein und die Gravitation 225 9.9 Zusammenfassung 227 9.10 Fragen 229 10 Fluide 10.1 Fluide,Dichte und Druck 233 10.2 Ruhende Fluide 235 10.3 Druckmessung 238 10.4 Das Pascalsche Prinzip 240 10.5 Das archimedische Prinzip 241 10.6 DieKontinuitatsgleichung 245 10.7 Die Bernoulli-Gleichung 248 10.8 Zusammenfassung 251 10.9 Fragen 252 11 Schwingungen 11.1 Harmonische Schwingungen 255 11.2 Die Energie einer harmonischen Schwingung 260 11.3 Das Torsionspendel 262 11.4 Pendel und Kreisbewegungen 264 11.5 Gedampfte harmonische Schwingungen 269 11.6 Erzwungene Schwingungen und Resonanz 271 11.7 Das Foucaultsche Pendel 273 11.8 Zusammenfassung 274 11.9 Fragen 275 12 Wellen – I 12.1 Transversalwellen 279 12.2 DieWellengeschwindigkeit eines gespannten Seils 285 12.3 Energie und Leistung einer sich ausbreitenden Seilwelle 288 12.4 Die Wellengleichung 290 12.5 Die Interferenz von Wellen 293 12.6 Darstellung von Wellen durch Zeiger 297 12.7 Stehende Wellen und Resonanz 298 12.8 Zusammenfassung 304 12.9 Fragen 305 13 Wellen – II 13.1 Die Schallgeschwindigkeit 307 13.2 Die Ausbreitung von Schallwellen 310 13.3 Interferenz 314 13.4 Schallintensitat und Schallpegel 316 13.5 Musikalische Tone 319 13.6 Schwebungen 322 13.7 Der Doppler-Effekt 323 13.8 Uberschallgeschwindigkeit und Stoswellen 328 13.9 Zusammenfassung 329 13.10 Fragen 330 14 Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik 14.1 Temperatur 333 14.2 Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala 336 14.3 Warmeausdehnung 339 14.4 Die Absorption von Warme 341 14.5 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 347 14.6 Mechanismen der Warmeubertragung 353 14.7 Zusammenfassung 358 14.8 Fragen 359 15 Die kinetische Gastheorie 15.1 Ein neuer Blick aufGase 363 15.2 Ideale Gase 364 15.3 Druck, Temperatur und gemittelte Geschwindigkeiten 368 15.4 Kinetische Translationsenergie 371 15.5 Diemittlere freie Weglange 372 15.6 Die Verteilungsfunktion der Molekulgeschwindigkeiten 374 15.7 Die molare Warmekapazitat idealer Gase 377 15.8 Freiheitsgrade und molare Warmekapazitat 382 15.9 Die adiabatische Expansion eines idealen Gases 385 15.10 RealeGase 389 15.11 Zusammenfassung 392 15.12 Fragen 393 16 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik 16.1 Entropie 397 16.2 Entropie in Aktion: Thermodynamische Maschinen 402 16.3 Kaltemaschinenund reale Maschinen 407 16.4 Eine statistische Interpretation der Entropie 411 16.5 Zusammenfassung 414 16.6 Fragen 416 17 Elektrische Ladung 17.1 Elektromagnetismus 419 17.2 Die elektrische Ladung ist quantisiert 426 17.3 Die elektrische Ladung ist eine Erhaltungsgrose 427 17.4 Zusammenfassung 429 17.5 Fragen 429 18 Elektrische Felder 18.1 Das elektrische Feld 433 18.2 Das elektrische Feld einer Punktladung 436 18.3 Das elektrische Feld eines Dipols 438 18.4 Elektrisches Feld einer linearen Ladungsverteilung 440 18.5 Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe 444 18.6 Punktladung imelektrischen Feld 446 18.7 EinDipol in einemelektrischen Feld 448 18.8 Zusammenfassung 451 18.9 Fragen 452 19 Der Gaußsche Satz 19.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht 455 19.2 Der Gaussche Satz 458 19.3 Eigenschaften eines geladenen, isolierten Leiters 462 19.4 Eine Anwendung des Gausschen Satzes: Zylindersymmetrie 465 19.5 Eine Anwendung des Gausschen Satzes: Ebene Symmetrie 466 19.6 Eine Anwendung des Gausschen Satzes: Kugelsymmetrie 469 19.7 Zusammenfassung 471 19.8 Fragen 472 20 Das elektrische Potenzial 20.1 Das elektrische Potenzial 475 20.2 Aquipotenzialflachen 479 20.3 Das Potenzial von Punktladungen 482 20.4 Das Potenzial eines elektrischen Dipols 485 20.5 Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung 487 20.6 Die Berechnung des elektrischen Felds aus demelektrischen Potenzial 490 20.7 Die elektrische potenzielle Energie eines Systems von Punktladungen 492 20.8 Das Potenzial eines geladenen, isolierten leitendenKorpers 493 20.9 Zusammenfassung 495 20.10 Fragen 497 21 Kapazität 21.1 Kondensatoren und ihre Anwendungen 499 21.2 Die Berechnung der Kapazitat 502 21.3 Parallel- und Reihenschaltung von Kondensatoren 506 21.4 In einem elektrischen Feld gespeicherte Energie 511 21.5 Kondensatormit Dielektrikum 513 21.6 Dielektrika und Gausscher Satz 517 21.7 Zusammenfassung 519 21.8 Fragen 520 22 Elektrischer Stromund Widerstand 22.1 Ladung in Bewegung: Elektrischer Strom 523 22.2 Die Stromdichte 525 22.3 Widerstand und spezifischer Widerstand 528 22.4 Das Ohmsche Gesetz 532 22.5 Elektrische Leistung in Stromkreisen 536 22.6 Zusammenfassung 541 22.7 Fragen 542 23 Stromkreise 23.1 Unverzweigte Stromkreise 545 23.2 Verzweigte Stromkreise 554 23.3 Amperemeter und Voltmeter 558 23.4 RC-Kreise 559 23.5 Zusammenfassung 563 23.6 Fragen 564 24 Magnetfelder 24.1 Magnetfelder und die Definition von ⃗B 567 24.2 Gekreuzte Felder: Die Entdeckung des Elektrons 572 24.3 Gekreuzte Felder: DerHall-Effekt 574 24.4 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn 576 24.5 Zyklotronund Synchrotron 580 24.6 Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht 582 24.7 Das Drehmoment auf eine stromdurchflossene Drahtschleife 584 24.8 Dasmagnetische Dipolmoment 587 24.9 Zusammenfassung 589 24.10 Fragen 590 25 Magnetfelder aufgrund von Strömen 25.1 Das Magnetfeld umeinen Strom 593 25.2 Die Kraft zwischen parallelen Stromen 598 25.3 Das Amperesche Gesetz 599 25.4 Zylinder- und Ringspulen 603 25.5 Eine stromfuhrende Spule alsmagnetischer Dipol 606 25.6 Zusammenfassung 609 25.7 Fragen 609 26 Induktion und Induktivität 26.1 Das Faradaysche Gesetz und die Lenzsche Regel 613 26.2 Induktion und Energietransfer 619 26.3 Induzierte elektrische Felder 622 26.4 Induktivitat 625 26.5 Selbstinduktion 627 26.6 RL-Kreise 629 26.7 Energiespeicherung im Magnetfeld 632 26.8 Die Energiedichte eines Magnetfelds 634 26.9 Gegeninduktion 635 26.10 Zusammenfassung 637 26.11 Fragen 638 27 Elektromagnetische Schwingkreise und Wechselstrom 27.1 LC-Schwingungen 641 27.2 Gedampfte Schwingungen in einem RLC-Kreis 647 27.3 Erzwungene Schwingungen 649 27.4 Der Reihen-RLC-Kreis 657 27.5 Leistung in Wechselstromkreisen 662 27.6 Transformatoren 664 27.7 Zusammenfassung 668 27.8 Fragen 669 28 Magnetismus und Materie 28.1 Der Gaussche Satz fur Magnetfelder 671 28.2 Induziertemagnetische Felder 673 28.3 Der Verschiebungsstrom und die Maxwell-Gleichungen 675 28.4 Magnete 678 28.5 Der Magnetismus von Elektronen 680 28.6 Diamagnetismus 687 28.7 Paramagnetismus 688 28.8 Ferromagnetismus 691 28.9 Zusammenfassung 694 28.10 Fragen 696 29 Elektromagnetische Wellen 29.1 Elektromagnetische Wellen 699 29.2 Energietransport und Poynting-Vektor 707 29.3 Der Strahlungsdruck 710 29.4 Polarisation 712 29.5 Reflexion und Brechung 716 29.6 Totalreflexion 721 29.7 Polarisation durch Reflexion 723 29.8 Zusammenfassung 724 29.9 Fragen 726 30 Abbildungen 30.1 Bilder und ebene Spiegel 729 30.2 Kugelspiegel 733 30.3 Spharische brechende Flachen 738 30.4 Dunne Linsen 740 30.5 Optische Instrumente 747 30.6 Drei Herleitungen 751 30.7 Zusammenfassung 753 30.8 Fragen 754 31 Interferenz 31.1 Licht als Welle 757 31.2 Beugung am Doppelspalt 761 31.3 Interferenzund Intensitat 766 31.4 Interferenz an dunnen Schichten 770 31.5 Das Michelson-Interferometer 776 31.6 Zusammenfassung 777 31.7 Fragen 778 32 Beugung 32.1 Beugung am Einzelspalt 781 32.2 Intensitaten bei der Beugung am Einzelspalt 785 32.3 Beugung an einer kreisrunden Offnung 789 32.4 Beugung am Doppelspalt 792 32.5 Beugungsgitter 795 32.6 Beugungsgitter: Dispersion und Auflosungsvermogen 799 32.7 Rontgenbeugung 801 32.8 Zusammenfassung 804 32.9 Fragen 805 33 Relativitätstheorie 33.1 Gleichzeitigkeitund Zeitdilatation 807 33.2 Die Relativitat der Lange 816 33.3 Die Lorentz-Transformation 818 33.4 Die Relativitat der Geschwindigkeiten 822 33.5 Der Doppler-Effekt fur Lichtwellen 823 33.6 Impuls und Energie 827 33.7 Zusammenfassung 833 33.8 Fragen 834 34 Photonen und Materiewellen 34.1 Das Photon: Teilchen des Lichts 837 34.2 Der photoelektrische Effekt 839 34.3 Photonenimpuls, Compton-Verschiebung und Lichtinterferenz 842 34.4 Die Geburtsstunde der Quantenphysik 848 34.5 Elektronenund Materiewellen 850 34.6 Die Schrodinger-Gleichung 854 34.7 Die Heisenbergsche Unscharferelation 857 34.8 Reflexion an einer Potenzialschwelle 858 34.9 Der Tunneleffekt 860 34.10 Zusammenfassung 863 34.11 Fragen 865 35 Mehr über Materiewellen 35.1 Die Energie eines Elektrons in einer Elektronenfalle 867 35.2 Die Wellenfunktionen eines Elektrons in einem Kastenpotenzial 871 35.3 Das eindimensionale endliche Kastenpotenzial 875 35.4 Zwei- und dreidimensionale Elektronenfallen 876 35.5 DasWasserstoffatom 880 35.6 Zusammenfassung 891 35.7 Fragen 892 36 Atome 36.1 Eigenschaften von Atomen 895 36.2 Das Stern-Gerlach-Experiment 901 36.3 Kernspinresonanz 904 36.4 Das Pauli-Prinzip 906 36.5 DerAufbau des Periodensystems 908 36.6 Rontgenstrahlung 911 36.7 Laser 915 36.8 Zusammenfassung 920 36.9 Fragen 921 37 Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern 37.1 Die elektrischen Eigenschaften von Metallen 923 37.2 Halbleiter und Dotierung 930 37.3 pn-Ubergange und Transistoren 935 37.4 Zusammenfassung 943 37.5 Fragen 944 Anhang A Das Internationale Einheitensystem (SI) 948 B AstronomischeDaten 951 C Umrechnungsfaktoren 952 D Mathematische Formeln 954 E Eigenschaften der Elemente 959 F Antworten auf die Kontrollfragen und Fragen 962 G Stichwortverzeichnis 970

Rezension

"Halliday Physik ist ein didaktisch hervorragend gestaltetes Lehrbuch." Prof. Dr. Franz Sachslehner, Universität Wien

Autorenportrait

Stephan W. Koch lehrt Physik in Marburg und ist häufig als Gastwissenschaftler an der Universität von Arizona, Tucson/USA. Er hat in Frankfurt Physik studiert, 1979 promoviert und sich, nach Forschungsaufenthalten bei den IBM Research Labs, 1983 habilitiert. Anschließend ging er in die USA, wo er ab 1989 Full Professor an der University of Arizona in Tucson war. 1993 folgte er einem Ruf an die Uni Marburg, blieb aber bis heute Adjunct Professor in Arizona. 1997 erhielt Herr Koch den Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft, 1999 den Max-Planck-Forschungspreis der Humboldt-Stiftung und Max-Planck-Gesellschaft. Seit mehreren Jahren ist er als Herausgeber und Berater für Fachzeitschriften aktiv.