Halliday Physik für natur- und ingenieurwissenschaftliche Studiengänge

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.

• 1 Bewegung1.1 Ort, Verschiebung und mittlere Geschwindigkeit 11.2 Momentangeschwindigkeit 41.3 Beschleunigung 51.4 Konstante Beschleunigung 81.5 Der freie Fall 121.6 Zwei und drei Raumdimensionen 141.7 Durchschnittsgeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit 151.8 Durchschnittsbeschleunigung und Momentanbeschleunigung 181.9 Wurfbewegungen 191.10 Die gleichformige Kreisbewegung 241.11 Relativbewegung in einer Dimension 261.12 Relativbewegung in zwei Dimensionen 281.13 Zusammenfassung 291.14 Fragen 312 Kraft und Bewegung2.1 Das erste und das zweite NewtonscheGesetz 352.2 Einige besondere Krafte 422.3 Die Newtonschen Gesetze in der Praxis 472.4 Reibung 502.5 Stromungswiderstand und Endgeschwindigkeit 542.6 Gleichformige Kreisbewegung 562.7 Scheinkrafte 582.8 Zusammenfassung 612.9 Fragen 633 Kinetische Energie und Arbeit3.1 Energie 693.2 Arbeit und kinetische Energie 713.3 Von der Gravitationskraft verrichtete Arbeit 743.4 Von einer Federkraft verrichtete Arbeit 763.5 Von einer allgemeinen veranderlichen Kraft verrichtete Arbeit 803.6 Leistung 833.7 Zusammenfassung 853.8 Fragen 864 Potenzielle Energie und Energieerhaltung4.1 Potenzielle Energie 894.2 Der Energieerhaltungssatz derMechanik 944.3 Grafische Darstellung der potenziellen Energie 984.4 Von einer auseren Kraft an einem SystemverrichteteArbeit 1014.5 Energieerhaltung 1044.6 Zusammenfassung 1074.7 Fragen 1095 Systeme von Teilchen5.1 Der Schwerpunkt 1135.2 Das zweite Newtonsche Gesetz fur ein Teilchensystem 1165.3 Der Impuls 1195.4 Stosprozesse: Der Kraftstos 1215.5 Die Impulserhaltung 1255.6 Inelastische eindimensionale Stose 1275.7 Elastische eindimensionale Stose 1295.8 Zweidimensionale Stose 1325.9 Systeme mit veranderlicher Masse: Eine Rakete 1335.10 Ausere Krafte und Anderungen der inneren Energie 1365.11 Zusammenfassung 1385.12 Fragen 1396 Die Rotation ausgedehnter Körper6.1 Die Variablen der Rotation 1436.2 Rotation mit konstanter Winkelbeschleunigung 1486.3 Beziehungen zwischen den Variablen fur lineare Bewegung und Rotation 1496.4 Die kinetische Energie der Rotation 1526.5 Die Berechnung des Tragheitsmoments 1546.6 Das Drehmoment 1566.7 Das zweite Newtonsche Gesetz fur die Rotation 1586.8 Arbeit und kinetische Energie der Rotation 1596.9 Zusammenfassung 1626.10 Fragen 1647 Rollbewegung, Drehmoment und Drehimpuls7.1 Die Rollbewegung 1677.2 Krafte und die kinetische Energie der Rollbewegung 1697.3 Das Jo-Jo 1727.4 Eine erweiterte Definition des Drehmoments 1737.5 Der Drehimpuls 1757.6 Das zweite Newtonsche Gesetz in Winkelschreibweise 1777.7 Der Drehimpuls eines starren Korpers 1797.8 Die Erhaltung des Drehimpulses 1827.9 Die Prazession eines Kreisels 1857.10 Zusammenfassung 1877.11 Fragen 1888 Gleichgewicht und Elastizität8.1 Gleichgewicht 1918.2 Beispiele fur statische Gleichgewichte 1958.3 Elastizitat 1988.4 Zusammenfassung 2038.5 Fragen 2039 Gravitation9.1 Das Newtonsche Gravitationsgesetz 2079.2 Gravitation und das Superpositionsprinzip  2109.3 Die Gravitation in der Nahe der Erdoberflache 2119.4 DieGravitation innerhalb der Erde 2149.5 Die potenzielle Energie der Gravitation 2169.6 Planeten und Satelliten: DieKeplerschen Gesetze 2209.7 Satelliten: Umlaufbahnen und Energie 2239.8 Einstein und die Gravitation 2259.9 Zusammenfassung 2279.10 Fragen 22910 Fluide10.1 Fluide,Dichte und Druck 23310.2 Ruhende Fluide 23510.3 Druckmessung 23810.4 Das Pascalsche Prinzip 24010.5 Das archimedische Prinzip 24110.6 DieKontinuitatsgleichung 24510.7 Die Bernoulli-Gleichung 24810.8 Zusammenfassung 25110.9 Fragen 25211 Schwingungen11.1 Harmonische Schwingungen 25511.2 Die Energie einer harmonischen Schwingung 26011.3 Das Torsionspendel 26211.4 Pendel und Kreisbewegungen 26411.5 Gedampfte harmonische Schwingungen 26911.6 Erzwungene Schwingungen und Resonanz 27111.7 Das Foucaultsche Pendel 27311.8 Zusammenfassung 27411.9 Fragen 27512 Wellen – I12.1 Transversalwellen 27912.2 DieWellengeschwindigkeit eines gespannten Seils 28512.3 Energie und Leistung einer sich ausbreitenden Seilwelle 28812.4 Die Wellengleichung 29012.5 Die Interferenz von Wellen 29312.6 Darstellung von Wellen durch Zeiger 29712.7 Stehende Wellen und Resonanz 29812.8 Zusammenfassung 30412.9 Fragen 30513 Wellen – II13.1 Die Schallgeschwindigkeit 30713.2 Die Ausbreitung von Schallwellen 31013.3 Interferenz 31413.4 Schallintensitat und Schallpegel 31613.5 Musikalische Tone 31913.6 Schwebungen 32213.7 Der Doppler-Effekt 32313.8 Uberschallgeschwindigkeit und Stoswellen 32813.9 Zusammenfassung 32913.10 Fragen 33014 Temperatur, Wärme und der erste Hauptsatz der Thermodynamik14.1 Temperatur 33314.2 Die Celsius- und die Fahrenheit-Skala 33614.3 Warmeausdehnung 33914.4 Die Absorption von Warme 34114.5 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik 34714.6 Mechanismen der Warmeubertragung 35314.7 Zusammenfassung 35814.8 Fragen 35915 Die kinetische Gastheorie15.1 Ein neuer Blick aufGase 36315.2 Ideale Gase 36415.3 Druck, Temperatur und gemittelte Geschwindigkeiten 36815.4 Kinetische Translationsenergie 37115.5 Diemittlere freie Weglange 37215.6 Die Verteilungsfunktion der Molekulgeschwindigkeiten 37415.7 Die molare Warmekapazitat idealer Gase 37715.8 Freiheitsgrade und molare Warmekapazitat 38215.9 Die adiabatische Expansion eines idealen Gases 38515.10 RealeGase 38915.11 Zusammenfassung 39215.12 Fragen 39316 Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik16.1 Entropie 39716.2 Entropie in Aktion: Thermodynamische Maschinen 40216.3 Kaltemaschinenund reale Maschinen 40716.4 Eine statistische Interpretation der Entropie 41116.5 Zusammenfassung 41416.6 Fragen 41617 Elektrische Ladung17.1 Elektromagnetismus 41917.2 Die elektrische Ladung ist quantisiert 42617.3 Die elektrische Ladung ist eine Erhaltungsgrose 42717.4 Zusammenfassung 42917.5 Fragen 42918 Elektrische Felder18.1 Das elektrische Feld 43318.2 Das elektrische Feld einer Punktladung 43618.3 Das elektrische Feld eines Dipols 43818.4 Elektrisches Feld einer linearen Ladungsverteilung 44018.5 Das elektrische Feld einer geladenen Scheibe 44418.6 Punktladung imelektrischen Feld 44618.7 EinDipol in einemelektrischen Feld 44818.8 Zusammenfassung 45118.9 Fragen 45219 Der Gaußsche Satz19.1 Das Coulombsche Gesetz in neuem Licht 45519.2 Der Gaussche Satz 45819.3 Eigenschaften eines geladenen, isolierten Leiters 46219.4 Eine Anwendung des Gausschen Satzes: Zylindersymmetrie 46519.5 Eine Anwendung des Gausschen Satzes: Ebene Symmetrie 46619.6 Eine Anwendung des Gausschen Satzes: Kugelsymmetrie 46919.7 Zusammenfassung 47119.8 Fragen 47220 Das elektrische Potenzial20.1 Das elektrische Potenzial 47520.2 Aquipotenzialflachen 47920.3 Das Potenzial von Punktladungen 48220.4 Das Potenzial eines elektrischen Dipols 48520.5 Das Potenzial einer kontinuierlichen Ladungsverteilung 48720.6 Die Berechnung des elektrischen Felds aus demelektrischen Potenzial 49020.7 Die elektrische potenzielle Energie eines Systems von Punktladungen 49220.8 Das Potenzial eines geladenen, isolierten leitendenKorpers 49320.9 Zusammenfassung 49520.10 Fragen 49721 Kapazität21.1 Kondensatoren und ihre Anwendungen 49921.2 Die Berechnung der Kapazitat 50221.3 Parallel- und Reihenschaltung von Kondensatoren 50621.4 In einem elektrischen Feld gespeicherte Energie 51121.5 Kondensatormit Dielektrikum 51321.6 Dielektrika und Gausscher Satz 51721.7 Zusammenfassung 51921.8 Fragen 52022 Elektrischer Stromund Widerstand22.1 Ladung in Bewegung: Elektrischer Strom 52322.2 Die Stromdichte 52522.3 Widerstand und spezifischer Widerstand 52822.4 Das Ohmsche Gesetz 53222.5 Elektrische Leistung in Stromkreisen 53622.6 Zusammenfassung 54122.7 Fragen 54223 Stromkreise23.1 Unverzweigte Stromkreise 54523.2 Verzweigte Stromkreise 55423.3 Amperemeter und Voltmeter 55823.4 RC-Kreise 55923.5 Zusammenfassung 56323.6 Fragen 56424 Magnetfelder24.1 Magnetfelder und die Definition von ⃗B 56724.2 Gekreuzte Felder:Die Entdeckung des Elektrons 57224.3 Gekreuzte Felder: DerHall-Effekt 57424.4 Geladene Teilchen auf einer Kreisbahn 57624.5 Zyklotronund Synchrotron 58024.6 Die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht 58224.7 Das Drehmoment auf eine stromdurchflossene Drahtschleife 58424.8 Dasmagnetische Dipolmoment 58724.9 Zusammenfassung 58924.10 Fragen 59025 Magnetfelder aufgrund von Strömen25.1 Das Magnetfeld umeinen Strom 59325.2 Die Kraft zwischen parallelen Stromen 59825.3 Das Amperesche Gesetz 59925.4 Zylinder- und Ringspulen 60325.5 Eine stromfuhrende Spule alsmagnetischer Dipol 60625.6 Zusammenfassung 60925.7 Fragen 60926 Induktion und Induktivität26.1 Das Faradaysche Gesetz und die Lenzsche Regel 61326.2 Induktion und Energietransfer 61926.3 Induzierte elektrische Felder 62226.4 Induktivitat 62526.5 Selbstinduktion 62726.6 RL-Kreise 62926.7 Energiespeicherung im Magnetfeld 63226.8 Die Energiedichte eines Magnetfelds 63426.9 Gegeninduktion 63526.10 Zusammenfassung 63726.11 Fragen 63827 Elektromagnetische Schwingkreise und Wechselstrom27.1 LC-Schwingungen 64127.2 Gedampfte Schwingungen in einem RLC-Kreis 64727.3 Erzwungene Schwingungen 64927.4 Der Reihen-RLC-Kreis 65727.5 Leistung in Wechselstromkreisen 66227.6 Transformatoren 66427.7 Zusammenfassung 66827.8 Fragen 66928 Magnetismus und Materie28.1 Der Gaussche Satz fur Magnetfelder 67128.2 Induziertemagnetische Felder 67328.3 Der Verschiebungsstrom und die Maxwell-Gleichungen 67528.4 Magnete 67828.5 Der Magnetismus von Elektronen 68028.6 Diamagnetismus 68728.7 Paramagnetismus 68828.8 Ferromagnetismus 69128.9 Zusammenfassung 69428.10 Fragen 69629 Elektromagnetische Wellen29.1 Elektromagnetische Wellen 69929.2 Energietransport und Poynting-Vektor 70729.3 Der Strahlungsdruck 71029.4 Polarisation 71229.5 Reflexion und Brechung 71629.6 Totalreflexion 72129.7 Polarisation durch Reflexion 72329.8 Zusammenfassung 72429.9 Fragen 72630 Abbildungen30.1 Bilder und ebene Spiegel 72930.2 Kugelspiegel 73330.3 Spharische brechende Flachen 73830.4 Dunne Linsen 74030.5 Optische Instrumente 74730.6 Drei Herleitungen 75130.7 Zusammenfassung 75330.8 Fragen 75431 Interferenz31.1 Licht als Welle 75731.2 Beugung am Doppelspalt 76131.3 Interferenzund Intensitat 76631.4 Interferenz an dunnen Schichten 77031.5 Das Michelson-Interferometer 77631.6 Zusammenfassung 77731.7 Fragen 77832 Beugung32.1 Beugung am Einzelspalt 78132.2 Intensitaten bei der Beugung am Einzelspalt 78532.3 Beugung an einer kreisrunden Offnung 78932.4 Beugung am Doppelspalt 79232.5 Beugungsgitter 79532.6 Beugungsgitter: Dispersion und Auflosungsvermogen 79932.7 Rontgenbeugung 80132.8 Zusammenfassung 80432.9 Fragen 80533 Relativitätstheorie33.1 Gleichzeitigkeitund Zeitdilatation 80733.2 Die Relativitat der Lange 81633.3 Die Lorentz-Transformation 81833.4 Die Relativitat der Geschwindigkeiten 82233.5 Der Doppler-Effekt fur Lichtwellen 82333.6 Impuls und Energie 82733.7 Zusammenfassung 83333.8 Fragen 83434 Photonen und Materiewellen34.1 Das Photon: Teilchen des Lichts 83734.2 Der photoelektrische Effekt 83934.3 Photonenimpuls, Compton-Verschiebung und Lichtinterferenz 84234.4 Die Geburtsstunde der Quantenphysik 84834.5 Elektronenund Materiewellen 85034.6 Die Schrodinger-Gleichung 85434.7 Die Heisenbergsche Unscharferelation 85734.8 Reflexion an einer Potenzialschwelle 85834.9 Der Tunneleffekt 86034.10 Zusammenfassung 86334.11 Fragen 86535 Mehr über Materiewellen35.1 Die Energie eines Elektrons in einer Elektronenfalle 86735.2 Die Wellenfunktionen eines Elektrons in einem Kastenpotenzial 87135.3 Das eindimensionale endliche Kastenpotenzial 87535.4 Zwei- und dreidimensionale Elektronenfallen 87635.5 DasWasserstoffatom 88035.6 Zusammenfassung 89135.7 Fragen 89236 Atome36.1 Eigenschaften von Atomen 89536.2 Das Stern-Gerlach-Experiment 90136.3 Kernspinresonanz 90436.4 Das Pauli-Prinzip 90636.5 DerAufbau des Periodensystems 90836.6 Rontgenstrahlung 91136.7 Laser 91536.8 Zusammenfassung 92036.9 Fragen 92137 Elektrische Leitfähigkeit von Festkörpern37.1 Die elektrischen Eigenschaften von Metallen 92337.2 Halbleiter und Dotierung 93037.3 pn-Ubergange und Transistoren 93537.4 Zusammenfassung 94337.5 Fragen 944AnhangA Das Internationale Einheitensystem (SI) 948B AstronomischeDaten 951C Umrechnungsfaktoren 952D Mathematische Formeln 954E Eigenschaften der Elemente 959F Antworten auf die Kontrollfragen und Fragen 962G Stichwortverzeichnis 970

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