Newtonsche Mechanik

Eine Einführung in die klassische Mechanik

Anthony P. French, Frank Epperlein

• Verlag: De Gruyter
• Jahr: 2011
• ISBN:
  9783110822090
• Auflage: 1
• Thema: Physical Sciences
• Thema: Physics

Inhaltsverzeichnis

• Vorwort
• Prolog
• Übungen – hors d’oeuvres
• I Der Zugang zur Newtonschen Mechanik
• 1 Ein Universum aus Teilchen
• 1.1 Das Teilchenbild
• 1.2 Elektronen und Nukleonen
• 1.3 Atomkerne
• 1.4 Atome
• 1.5 Moleküle und lebende Zellen
• 1.6 Sand und Staub
• 1.7 Andere irdische Objekte
• 1.8 Planeten und Monde
• 1.9 Sterne
• 1.10 Galaxien
• 1.11 Aufgaben
• 2 Raum, Zeit und Bewegung
• 2.1 Was ist Bewegung?
• 2.2 Bezugssysteme
• 2.3 Koordinatensysteme
• 2.4 Kombination von Verschiebungsvektoren
• 2.5 Die Zerlegung von Vektoren
• 2.6 Vektoraddition und die Eigenschaften des Raumes
• 2.7 Zeit
• 2.8 Einheiten und Standards von Länge und Zeit
• 2.9 Weg-Zeit-Diagramme
• 2.10 Geschwindigkeit
• 2.11 Momentangeschwindigkeiten
• 2.12 Relativgeschwindigkeit und Relativbewegung
• 2.13 Planetenbewegung; Ptolemäus gegen Kopernikus
• 2.14 Aufgaben
• 3 Beschleunigte Bewegungen
• 3.1 Beschleunigung
• 3.2 Die Analyse der geradlinigen Beschleunigung
• 3.3 Eine Bemerkung über zusätzliche Wurzeln
• 3.4 Bewegungsprobleme in zwei Dimensionen
• 3.5 Freier Fall von einzelnen Atomen
• 3.6 Andere Eigenschaften der Bewegung im freien Fall
• 3.7 Die gleichförmige Kreisbewegung
• 3.8 Geschwindigkeit und Beschleunigung in Polarkoordinaten
• 3.9 Aufgaben
• 4 Kräfte und Gleichgewicht
• 4.1 Kräfte im statischen Gleichgewicht
• 4.2 Einheiten der Kraft
• 4.3 Gleichgewichtsbedingungen; Kräfte als Vektoren
• 4.4 Aktion und Reaktion beim Kontakt von Objekten
• 4.5 Rotationsgleichgewicht; Drehmoment
• 4.6 Kräfte ohne Kontakt; Gewicht
• 4.7 Rollen und Seile
• 4.8 Aufgaben
• 5 Die verschiedenen Kräfte der Natur
• 5.1 Die Grundtypen der Kräfte
• 5.2 Gravitationskräfte
• 5.3 Elektrische und magnetische Kräfte
• 5.4 Kernkräfte
• 5.5 Kräfte zwischen neutralen Atomen
• 5.6 Kontaktkräfte
• 5.7 Reibungskräfte
• 5.8 Schlußbemerkungen
• 5.9 Aufgaben
• 6 Kraft, Trägheit und Bewegung
• 6.1 Das Trägheitsprinzip
• 6.2 Kraft und träge Masse: Das Newtonsche Grundgesetz
• 6.3 Einige Bemerkungen zum Newtonschen Grundgesetz
• 6.4 Maßstäbe für Massen und Kräfte
• 6.5 Impuls, Arbeit, Kraftstoß und kinetische Energie
• 6.6 Die Invarianz des Newtonschen Grundgesetzes; Relativität
• 6.7 Invarianz bei speziellen Kraftgesetzen
• 6.8 Das Newtonsche Grundgesetz und die Zeitumkehr
• 6.9 Schlußbemerkungen
• 6.10 Aufgaben
• II Klassische Mechanik bei der Arbeit
• 7 Die Anwendung des Newtonschen Grundgesetzes
• 7.1 Einige einführende Beispiele
• 7.2 Bewegung in zwei Dimensionen
• 7.3 Die Bewegung auf einer Kreisbahn
• 7.4 Gekrümmte Bewegung mit veränderlicher Geschwindigkeit
• 7.5 Kreisbahnen von geladenen Teilchen in Magnetfeldern
• 7.6 Geladene Teilchen in einem magnetischen Feld
• 7.7 Massenspektrographen
• 7.8 Der Bruch von schnellrotierenden Objekten
• 7.9 Bewegung gegen Widerstandskräfte
• 7.10 Detaillierte Untersuchung der Bewegung mit Widerstand
• 7.11 Bewegung in viskosen Medien
• 7.12 Anwachsen und Abfallen der Geschwindigkeit bei einer Bewegung mit Widerstand
• 7.13 Luftwiderstand und „Unabhängigkeit der Bewegungen“
• 7.14 Einfache harmonische Bewegung
• 7.15 Mehr über die einfache harmonische Bewegung
• 7.16 Aufgaben
• 8 Die universale Gravitation
• 8.1 Die Entdeckung der universalen Gravitation
• 8.2 Die Umlaufbahnen der Planeten
• 8.3 Umlaufzeiten der Planeten
• 8.4 Das dritte Keplersche Gesetz
• 8.5 Der Mond und der Apfel
• 8.6 Die Bestimmung der Mondentfernung
• 8.7 Die Gravitationswirkung einer großen Kugel
• 8.8 Andere Satelliten der Erde
• 8.9 Der Wert von G und die Masse der Erde
• 8.10 Lokale Schwankungen von g
• 8.11 Die Masse der Sonne
• 8.12 Die Bestimmung der Entfernung zur Sonne
• 8.13 Masse und Gewicht
• 8.14 Schwerelosigkeit
• 8.15 Die Jupitermonde
• 8.16 Etwas über andere Planeten lernen
• 8.17 Die Entdeckung des Neptun
• 8.18 Gravitation außerhalb des Sonnensystems
• 8.19 Einsteins Theorie der Gravitation
• 8.20 Aufgaben
• 9 Stoßprozesse und Erhaltungssätze
• 9.1 Die Stoßgesetze
• 9.2 Die Erhaltung des Impulses
• 9.3 Impuls als vektorielle Größe
• 9.4 Aktion, Reaktion und Stoß
• 9.5 Eine Ausweitung des Prinzips der Impulserhaltung
• 9.6 Die von einem Teilchenstrom ausgeübte Kraft
• 9.7 Der Schub eines Fluidstrahls
• 9.8 Raketenantriebe
• 9.9 Zusammenstöße und Bezugssysteme
• 9.10 Die kinetische Energie bei Zusammenstößen
• 9.11 Das Schwerpunktsystem
• 9.12 Stoßprozesse in zwei Dimensionen
• 9.13 Elastische Stöße zwischen Atomkernen
• 9.14 Unelastische und explosive Prozesse
• 9.15 Was ist überhaupt ein Stoß?
• 9.16 Wechselwirkende Teilchen mit äußeren Kräften
• 9.17 Der Druck eines Gases
• 9.18 Das Neutrino
• 9.19 Aufgaben
• 10 Energieerhaltung; Schwingungen
• 10.1 Einführung
• 10.2 Integrale der Bewegung
• 10.3 Arbeit, Energie und Leistung
• 10.4 Die potentielle Energie der Gravitation
• 10.5 Mehr über eindimensionale Situationen
• 10.6 Die Energiemethode bei eindimensionalen Bewegungen
• 10.7 Einige Beispiele für die Energiemethode
• 10.8 Der harmonische Oszillator mit der Energiemethode
• 10.9 Kleine Oszillationen
• 10.10 Der lineare Oszillator als Zweikörperproblem
• 10.11 Stoßprozesse mit Energiespeicherung
• 10.12 Das zweiatomige Molekül
• 10.13 Aufgaben
• 11 Konservative Kräfte und Bewegung im Raum
• 11.1 Die Ausweitung des Konzepts der konservativen Kraft
• 11.2 Die Beschleunigung von zwei verbundenen Massen
• 11.3 Ein Objekt, das sich auf einer senkrechten Kreisbahn bewegt
• 11.4 Ein Experiment von Galileo
• 11.5 Eine Masse auf einer parabolischen Bahn
• 11.6 Das einfache Pendel
• 11.7 Das Pendel als harmonischer Oszillator
• 11.8 Das einfache Pendel bei größeren Amplituden
• 11.9 Die universale Gravitation, eine konservative Zentralkraft
• 11.10 Die Gravitation einer Kugelschale
• 11.11 Eine Vollkugel
• 11.12 Fluchtgeschwindigkeiten
• 11.13 Mehr über die Kriterien für konservative Kräfte
• 11.14 Felder
• 11.15 Äquipotentialflächen und der Gradient der potentiellen Energie
• 11.16 Bewegung in konservativen Kraftfeldern
• 11.17 Der Effekt von dissipativen Kräften
• 11.18 Der Gaußsche Satz
• 11.19 Anwendungen des Gaußschen Satzes
• 11.20 Aufgaben
• III Einige weiterführende Anwendungen
• 12 Trägheitskräfte und Nichtinertialsysteme
• 12.1 Bewegung in nichtbeschleunigten Bezugssystemen
• 12.2 Bewegungen in einem beschleunigten Bezugssystem
• 12.3 Beschleunigte Bezugssysteme und Trägheitskräfte
• 12.4 Beschleunigungsmesser
• 12.5 Beschleunigte Bezugssysteme und Gravitation
• 12.6 Zentrifugalkraft
• 12.7 Zentrifugen
• 12.8 Corioliskräfte
• 12.9 Dynamik auf einem Taifunrad
• 12.10 Allgemeine Bewegungsgleichungen in einem rotierenden Bezugssystem
• 12.11 Die Erde als rotierendes Bezugssystem
• 12.12 Die Gezeiten
• 12.13 Tidenhöhen; Einflüsse der Sonne
• 12.14 Die Suche nach einem fundamentalen Inertialsystem
• 12.15 Spekulationen über den Ursprung der Trägheit
• 12.16 Aufgaben
• 13 Bewegung unter dem Einfluß von Zentralkräften
• 13.1 Grundlegende Merkmale des Problems
• 13.2 Der Flächensatz
• 13.3 Die Erhaltung des Drehimpulses
• 13.4 Energieerhaltung bei der Bewegung im Zentralkraftfeld
• 13.5 Die Interpretation von Effektivpotentialverläufen
• 13.6 Gebundene Bahnen
• 13.7 Ungebundene Bahnen
• 13.8 Kreisförmige Umlaufbahnen in einem r-2-Kraftfeld
• 13.9 Kleine Störungen einer kreisförmigen Umlaufbahn
• 13.10 Die elliptischen Umlaufbahnen der Planeten
• 13.11 Die Ableitung des r-2-Gesetzes aus der Ellipsenbahn
• 13.12 Elliptische Umlaufbahnen; eine analytische Behandlung
• 13.13 Die Energie einer elliptischen Umlaufbahn
• 13.14 Bewegungen in der Nähe der Erdoberfläche
• 13.15 Interplanetare Übergangsbahnen
• 13.16 Die Berechnung einer Umlaufbahn aus den Anfangsbedingungen
• 13.17 Eine Familie von zusammenhängenden Bahnen
• 13.18 Die Bewegung unter dem Einfluß einer Zentralkraft als Zweikörperproblem
• 13.19 Ableitung der Gleichung für die Bewegungsbahn aus dem Kraftgesetz
• 13.20 Rutherfordstreuung
• 13.21 Streuquerschnitte
• 13.22 Eine historische Bemerkung
• 13.23 Aufgaben
• 14 Ausgedehnte Systeme und Dynamik der Rotation
• 14.1 Impuls und kinetische Energie eines Vielteilchensystems
• 14.2 Drehimpuls
• 14.3 Der Drehimpuls als fundamentale Größe
• 14.4 Drehimpulserhaltung
• 14.5 Trägheitsmomente von ausgedehnten Objekten
• 14.6 Spezialfälle
• 14.7 Zwei Theoreme über Trägheitsmomente
• 14.8 Die kinetische Energie rotierender Objekte
• 14.9 Drehimpulserhaltung und kinetische Energie
• 14.10 Torsionsschwingungen und starre Pendel
• 14.11 Bewegung unter der kombinierten Wirkung von Kräften und Drehmomenten
• 14.12 Kraftstöße und Drehmomente
• 14.13 Hintergrund zur Kreiselbewegung
• 14.14 Kreisel mit fester Präzession
• 14.15 Mehr über Präzessionsbewegungen
• 14.16 Kreisel in der Navigation
• 14.17 Atome und Atomkerne als Kreisel
• 14.18 Kreiselbewegung mit F=ma
• 14.19 Nutation
• 14.20 Die Präzession der Tag- und Nachtgleiche
• 14.21 Aufgaben
• Anhang
• Das metrische Einheitensystem
• Umrechnungsfaktoren
• Einige physikalische Konstanten
• Literaturverzeichnis
• Lösungen ausgewählter Aufgaben
• Sachwortregister