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Mechanik, Thermodynamik, Schwingungen und Wellen

AutorUlrich Hahn
VerlagDe Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr2014
ReiheDe Gruyter Studium 
Seitenanzahl494 Seiten
ISBN9783110350579
FormatePUB/PDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis34,95 EUR

Das Fach Physik ist essentieller Bestandteil der Grundausbildung für Ingenieurwissenschaftler – hier wird die Basis für das Verständnis technischer Anwendungen gelegt sowie Methoden und Strategien erarbeitet, mit denen neues technisches Wissen erlangt wird. Im ersten Band werden Mechanik, Thermodynamik und Schwingungen & Wellen abgehandelt.

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Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur zweiten Auflage????????????????????????????????????????????????????????????????????5
Inhalt Band 1????????????????????????????????????????9
1 Einführung??????????????????????????????????????15
1.1 Wie wird das Wissen gewonnen?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16
1.1.1 Gültigkeitsbereiche physikalischer Gesetze??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18
1.1.2 Prinzipien der klassischen Physik????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19
1.2 Physikalische Größen??????????????????????????????????????????????????????????????20
1.2.1 Basisgrößen und Maßsysteme??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22
1.2.2 Rechnen mit physikalischen Größen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23
2 Mechanik??????????????????????????????????27
2.1 Bewegung??????????????????????????????????????27
2.1.1 Rotation??????????????????????????????????????????28
2.1.2 Translation????????????????????????????????????????????????29
2.2 Kinematik????????????????????????????????????????29
2.2.1 Eindimensionale Bewegungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????30
2.2.2 Spezielle eindimensionale Bewegungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33
2.2.3 Allgemeiner Zusammenhang zwischen den kinematischen Größen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????35
2.2.4 Bewegungszustände und ihre Änderung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36
2.2.5 Bewegungen in zwei und drei Dimensionen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36
2.3 Dynamik von Massenpunkten????????????????????????????????????????????????????????????????????????48
2.3.1 Erstes Newtonsches Axiom??????????????????????????????????????????????????????????????????????????48
2.3.2 Mengenartige physikalische Größen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????49
2.3.3 Zweites Newtonsches Axiom????????????????????????????????????????????????????????????????????????????50
2.3.4 Drittes Newtonsches Axiom????????????????????????????????????????????????????????????????????????????51
2.3.5 Kräfte in der Natur????????????????????????????????????????????????????????????????54
2.3.6 Anwendungen der Newtonschen Axiome??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????61
2.3.7 Koordinatentransformationen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????70
2.3.8 Numerisches Lösen von Bewegungsgleichungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????76
2.3.9 Arbeit und Energie??????????????????????????????????????????????????????????????81
2.4 Systeme von Massenpunkten????????????????????????????????????????????????????????????????????????100
2.4.1 System und Systemgrenze????????????????????????????????????????????????????????????????????????100
2.4.2 Schwerpunkt????????????????????????????????????????????????101
2.4.3 Einfluss von äußeren Kräften??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????105
2.4.4 Schwerpunktsystem????????????????????????????????????????????????????????????107
2.4.5 Kinetische Energie eines Systems von Massenpunkten??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????107
2.5 Stoßprozesse??????????????????????????????????????????????108
2.5.1 Unelastische Stöße??????????????????????????????????????????????????????????????109
2.5.2 Antrieb durch Massenströme: Raketen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????112
2.5.3 Elastische Stöße??????????????????????????????????????????????????????????116
2.5.4 Kräfte bei Stößen????????????????????????????????????????????????????????????121
2.6 Dynamik des starren Körpers, Drehbewegungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????123
2.6.1 Freiheitsgrade bei der Rotation????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????124
2.6.2 Rotationsenergie und Trägheitsmoment??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????124
2.6.3 Vektorielle Beschreibung der Drehbewegung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????133
2.6.4 Drehmoment??????????????????????????????????????????????137
2.6.5 Drehimpuls??????????????????????????????????????????????149
2.6.6 Arbeit und Leistung bei Drehbewegungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????166
2.6.7 Vermischte Probleme der Dynamik????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????167
2.7 Mechanik deformierbarer Körper??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????176
2.7.1 Deformation fester Körper????????????????????????????????????????????????????????????????????????????178
2.7.2 Flüssigkeiten????????????????????????????????????????????????????181
2.7.3 Strömungen??????????????????????????????????????????????190
3 Thermodynamik????????????????????????????????????????????205
3.1 Temperatur??????????????????????????????????????????205
3.1.1 Temperaturskalen??????????????????????????????????????????????????????????206
3.1.2 Temperaturmessung????????????????????????????????????????????????????????????208
3.2 Thermodynamische Systeme??????????????????????????????????????????????????????????????????????210
3.2.1 Zustandsgrößen in der Thermodynamik????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????211
3.3 Thermische Ausdehnung????????????????????????????????????????????????????????????????212
3.3.1 Festkörper: Längenausdehnung??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????212
3.3.2 Flüssigkeiten????????????????????????????????????????????????????215
3.3.3 Gase??????????????????????????????????218
3.4 Die Zustandsgleichung idealer Gase??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????219
3.5 Mikroskopische Beschreibung der Wärme – kinetische Gastheorie????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????225
3.5.1 Kinetische Energie und Temperatur eines idealen Gases????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????226
3.5.2 Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????229
3.5.3 Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????231
3.6 Erster Hauptsatz der Thermodynamik??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????235
3.6.1 Formulierungen des 1. Hauptsatzes????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????236
3.6.2 Wärme und Wärmekapazität??????????????????????????????????????????????????????????????????????????240
3.6.3 Spezielle Zustandsänderungen idealer Gase????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????250
3.7 Thermodynamische Maschinen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????257
3.7.1 Kreisprozesse????????????????????????????????????????????????????257
3.7.2 Carnotscher Kreisprozess??????????????????????????????????????????????????????????????????????????261
3.7.3 Vergleichsprozesse für reale thermodynamische Maschinen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????266
3.7.4 Kreisprozesse für Turbinen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????275
3.7.5 1. Hauptsatz für offene Systeme????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????278
3.8 2. Hauptsatz der Thermodynamik??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????281
3.8.1 Irreversible Prozesse????????????????????????????????????????????????????????????????????281
3.8.2 Wirkungsgrade thermodynamischer Maschinen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????283
3.8.3 Entropie??????????????????????????????????????????289
3.8.4 Thermodynamische Potentiale????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????310
3.9 Reale Gase und Phasenänderungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????312
3.9.1 Reale Gase??????????????????????????????????????????????312
3.9.2 Phasenübergänge reiner Stoffe????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????318
3.9.3 Phasenübergänge von Stoffgemischen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????328
3.9.4 Feuchte Luft??????????????????????????????????????????????????331
3.10 Wärmetransport????????????????????????????????????????????????????334
3.10.1 Wärmeleitung????????????????????????????????????????????????????335
3.10.2 Konvektion????????????????????????????????????????????????349
3.10.3 Wärmestrahlung????????????????????????????????????????????????????????357
4 Schwingungen und Wellen????????????????????????????????????????????????????????????????369
4.1 Klassifikation von Schwingungen und Wellen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????369
4.2 Eindimensionale Schwingungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????370
4.2.1 Freie harmonische Schwingungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????370
4.2.2 Gedämpfte freie harmonische Schwingungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????386
4.2.3 Erzwungene Schwingungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????396
4.2.4 Parametrisch angeregte Schwingungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????407
4.2.5 Selbsterregte Schwingungen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????409
4.2.6 Überlagerung von Schwingungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????410
4.2.7 Gekoppelte Schwingungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????424
4.3 Wellen??????????????????????????????????428
4.3.1 Ausbreitung eindimensionaler Wellen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????430
4.3.2 Reflexion von eindimensionalen Wellen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????438
4.3.3 Überlagerung von eindimensionalen Wellen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????443
4.3.4 Wellenfelder??????????????????????????????????????????????????455
4.3.5 Doppler-Effekt??????????????????????????????????????????????????????468
Index????????????????????????475

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