Bewährtes, etwas konventionelles Material für Ingenieure

Sowie sehr viele andere gute Titel…

Klassiker für das Physikstudium, wesentlich ausführlicher als Ingenieurbücher; Gerthsen/Vogel oft ‘eleganter’ aber schwieriger als Tipler; Arbeitshefte mit vielen Aufgaben erhältlich

Größeres Gewicht auf ‘moderne’ Entwicklungen

Aus dem englischsprachigen Lehrbetrieb…; empfehlenswerte Vertiefungen und andere Aspekte als hierzulande…

1. Einleitung! Was machen wir heute noch?

2. MechanikKinematik

Geradlinige Bewegung (Translation)Allgemeine nichtgeradlinige BewegungKreisbewegung (Rotation)

Dynamik der TeilchenImpuls, Impulserhaltung, KraftDrehimpuls,Energie, EnergieerhaltungVerschiebungsenergie (potentielle Energie)Bewegungsenergie (kinetische Energie)

Starre KörperSchwerpunkt, Drehmoment, Trägheitsmoment, Steinerscher Satz

GravitationRelativitätstheorie

3. Elektrodynamik (Elektrizität und Magnetismus) Elektrische Wechselwirkung( Maxwellsche Gleichung)

Ladung, LadungserhaltungCoulombgesetz, E -Feld, Potential, Dipol Vektorfelder, Gaußscher SatzMaterie im elektrischen Feld (Dielektrikum) Kapazität, KondensatorenEnergie im elektrischen FeldOhmsches Gesetz, Leitfähigkeit, Widerstand

Magnetische Wechselwirkung( Maxwellsche Gleichung) Lorentzkraft, Kraft und Drehmoment auf einen elektrischen Strom Magnetfeld eines stromdurchflossenen LeitersMagnetischer FlußMaterie im magnetischen Feld, Dia-, Para-, Ferromagnetismus

Zeitabhängige elektromagnetische FelderInduktionsgesetz ( Maxwellsche Gleichung)Maxwellscher Verschiebungsstrom ( Maxwellsche Gleichung) Selbstinduktion, Induktivität, SpulenEnergie des magnetischen Feldes

Werkzeuge zurecht legen!Messen, Statistik, Unsicherheiten, Fehler…Vektoranalysis, Differentialgleichungen, komplexe Zahlen,...

4. Schwingungen, harmonischer OszillatorUngedämpfte harmonische SchwingungenÜberlagerung (Superposition) von zwei harmonischen Schwingungen Gekoppelte harmonische OszillatorenGedämpfte harmonische SchwingungenErzwungene Schwingungen (Resonanz)

5. WellenWellenausbreitung und Wellengleichung

WellenausbreitungWellengleichung für elektromagnetische Wellen Energie und Impuls einer elektromagnetischen WelleHertz'scher DipolFouriertheoremFourieranalyse einer periodischen BewegungFourierintegral für nichtperiodische Bewegungen

(Unschärfebeziehungen) Phasen- und Gruppengeschwindigkeit

Interferenz und BeugungReflexion und Brechung von WellenSuperposition (Interferenz) von WellenInterferenz von zwei synchron emittiertenWellenInterferenz von N synchron emittierten Wellen Stehende Wellen (Eigenwertproblem)Zwei- und dreidimensionale stehende Wellen (Membran, Resonator) Beugung von WellenBeugung am EinfachspaltBeugung am DoppelspaltBeugungsgitter (N Spalte) Röntgenbeugung an Kristallen

6. Experimentelle Grundlagen der QuantenphysikPhotonen (Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie)

Compton-Effekt Photo-Effekt

Teilchen und FelderMateriefelder, de Broglie-Wellen Elektronen- und Neutronenbeugung Beugung von Elektronen am Doppelspalt ('Gedankenexperimente')Heisenbergsche Unschärferelation und Prinzipien der

Quantenmechanik

7. Quantenmechanik, Schrödingergleichung SchrödingergleichungPotentialstufeTeilchen im Potentialkasten und Niveaudichte

8. Wasserstoffatom und Aufbau des Periodischen SystemsWasserstoffatomElektronenstruktur der Atome (Periodisches System)

9. Bändermodell des FestkörpersBindungstypenPeriodisches Potential (qualitativ)Modell der freien ElektronenElektronenbewegung in einem periodischen Potential (quantitativ)Leitfähigkeit von Festkörpern (Leiter, Halbleiter, Isolatoren) Elementare Schaltelemente (pn-Übergang, Transistor)

10. LaserHohlraumstrahlung (Plancksches Strahlungsgesetz)Elektromagnetische ÜbergängeLaserprinzip und Anwendungen von Lasern

Vergleich mit Giancoli

“Physics is a number”

1. Einleitung

Das SI-System

• Die Sekunde ist die Zeitdauer von 9 192 631 770 Schwingungsperioden der Lichtstrahlung, die während des Übergangs zwischen den zwei Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandsniveaus eines Cäsium-133 Atoms emittiert wird.

• Der Meter ist die Länge des Weges, den das Licht in Vakuum im 299 792 458 ten Teil einer Sekunde zurücklegt.

• Das Kilogramm ist die Masse eines internationalen Prototyps des Kilogramms. Es ist ein Platin-Iridium-Zylinder, der in Paris aufbewahrt wird.

• Durch zwei unendlich lange, gerade Leiter mit vernachlässigbarem Querschnitt fliesst ein konstanter Strom von einem Ampere, wenn er in einem Abstand von einem Meter im Vakuum eine Kraft zwischen diesen Leitern je 1 m Leiterlänge von 2 · 10−7 Newton hervorruft.

Dimensionsanalyse

bluemer

Rectangle

Physik: quantitative Wissenschaft

Messung bedeutet: Bestimmung des Werts einer Messgröße, sowie ihre stat. und syst. Unsicherheiten

Basisgrößen: Länge, Zeit, Masse, Elektrischer Strom, Temperatur, Stoffmenge, Lichtstärke

Größenordnungen

Aufbau des Universums von Galaxienhaufen zu Quarks und Leptonen

Heute:

- Messgenauigkeit & Fehler

- Vektoren

- Differentialgleichung

Erinnerung V1:

• Systematische Fehler

• Zufällige (statistische) Fehler

Messgenauigkeit & Fehler

Systematische Fehlerreproduzierbar

bestimmter zeitlicher Verlauf

Zufällige (statistische) Fehlernicht reproduzierbar

regelloser zeitlicher Verlauf

Bekanntesystematische Fehlerwertmäßig erfassbar

Unbekanntesystematische Fehler

wertmäßig nicht erfassbar

Korrigierbare Fehlerdurch Korrektionberücksichtigen

Nicht korrigierbare FehlerFehlergrenzen (statistisch)

ermitteln

Messergebnis Messunsicherheit±

Mittewert (der Messwerte):

Standardabweichung der Stichprobe:

Fehler des Mittelwerts:

• Zentraler Grenzwertsatz

Courtesy of the www.cfa.harvard.edu

• Fehlerfortpflanzung

Beispiel: Längenmessungen

Fehlerfortpflanzung – expandiert -

Gaußsches Fehlerfortpflanzungsgesetz

Keine unsinnigen Dezimalstellen angeben !