Vorkurs Physik für Ingenieure

Dieser Vorkurs beinhaltet das nötige Grundwissen der Physik, das Studierende - vor allem der Natur- und Ingenieurwissenschaften - kennen sollten. Zu jedem Thema gibt es eine ausführliche Einleitung, viele Abbildungen, durchgerechnete Beispiele und Musteraufgaben sowie Übungsaufgaben mit Lösungen. Kurzum: Der perfekte Einstieg in die Welt der Physik.

Vorwort 5

Hinweise zum Buch 7

1 Einführung 13

1.1 Was ist Physik? 13

1.2 Wozu Physik? 14

1.3 Ziele des Physik-Vorkurses 14

1.4 Wie löst man eine Physikaufgabe? 15

1.5 Physikalische Größen, Einheiten, SI-Einheiten 16

1.6 Messgenauigkeit, sinnvolles Runden 18

1.7 Ein paar mathematische Grundlagen 19

Bogenmaß, Trigonometrie und Vektoren 20

Differentialrechnung 23

2 Mechanik 25

2.1 Was ist "klassische Mechanik"? 25

2.2 Newtonsche Axiome 26

Formulierung der Newtonschen Axiome 26

Beispiele 27

2.3 Kräfte und Masse 29

Was sind Kräfte? 29

Addieren von Kräften 30

Zerlegen von Kräften 33

Masse, Gewichtskraft, Ortsfaktor, Schwerpunkt 37

Anwendung: Seilmaschinen 43

Ausblick: Statik, Dynamik, Drehmoment, Freischneiden 44

Musteraufgaben 46

Übungsaufgaben 49

2.4 Kinematik (Bewegungslehre) 51

Was ist Kinematik? 51

Kinematik in einer Raumdimension 52

Wichtige Spezialfälle: Gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegung (jeweils in einer Raumdimension) 59

Kinematik in zwei Raumdimensionen, Wurfbewegungen 63

Musteraufgabe 68

Übungsaufgaben 70

2.5 Reibung 71

Haftreibung, Gleitreibung, Rollreibung 71

Musteraufgabe 72

Übungsaufgabe 73

2.6 Grundgesetz der Dynamik (Aktionsprinzip), Kinetik 74

Theorie 74

Musteraufgabe 76

Übungsaufgaben 78

2.7 Energieerhaltung in der Mechanik 79

Arbeit, Energie und Leistung 79

Energieerhaltung 88

Musteraufgabe 89

Übungsaufgaben 92

2.8 Impulserhaltungssatz 94

Grundlagen 94

Musteraufgabe 97

Übungsaufgaben 98
2.9 Gleichförmige Kreisbewegungen 99

Grundbegriffe 99

Musteraufgabe 105

Übungsaufgaben 105

2.10 Mechanische Schwingungen 107

Grundbegriffe 107

Musteraufgabe 110

Übungsaufgabe 112

3 Elektrizitätslehre und Magnetismus 113

3.1 Grundbegriffe der Elektrizitätslehre 113

Elektrische Ladungen und elektrische Felder 113

Elektrische Arbeit und elektrische Spannung 116

Elektrische Stromstärke 120

Ohmscher Widerstand, elektrische Leitfähigkeit 122

Elektrische Arbeit und elektrische Leistung 123

Coulomb-Kraft 124

Musteraufgabe 126

Übungsaufgaben 127

3.2 Stromkreise, Reihen- und Parallelschaltung von ohmschen Widerständen 130

Stromkreise 130

Strom- und Spannungsmessung 131

Reihen- und Parallelschaltung ohmscher Widerstände 131

Musteraufgabe 137

Übungsaufgaben 139

3.3 Kondensator und Kapazität 140

Grundbegriffe 140

Musteraufgabe 147

Übungsaufgaben 148

3.4 Magnetfelder, magnetische Flussdichte und Lorentzkraft 149

Magnetismus und Magnetfelder 149

Magnetische Flussdichte, Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters 150

Lorentzkraft 152

Übungsaufgabe 153

3.5 Induktionsgesetz, Eigeninduktivität und Magnetfeld einer Spule 153

Grundbegriffe 153

Musteraufgabe 157

Übungsaufgaben 158

4 Wärmelehre 159

4.1 Wichtige Grundbegriffe und physikalische Größen 159

4.2 Gasgesetze 162

Aggregatzustände, ideales Gas 162

Gesetz von Boyle-Mariotte 163

Gesetze von Gay-Lussac 164

Zustandsgleichung des idealen Gases 165

4.3 Wärme, Arbeit und spezifische Wärmekapazität 166

4.4 Musteraufgabe 169

4.5 Übungsaufgaben 171

5 Strahlenoptik 172

5.1 Einführung 172

5.2 Reflexionsgesetz 173

5.3 Brechungsgesetz 173

5.4 Brechung an Linsen, Linsengleichung 177

5.5 Musteraufgabe 180

5.6 Übungsaufgaben 182

Anhang 1: Lösungen zu den Übungsaufgaben 183

Anhang 2: Einige Formelgrößen und Einheiten 223

Literaturverzeichnis 224

Index 225