Physik für Dummies

Steven Holzner lehrte Physik an der Cornell University und unterrichtete am Massachusetts Institute of Technology (MIT). Er ist Autor zahlreicher Bücher, darunter Quantenphysik für Dummies.

• Über den Autor 9Einführung 23Über dieses Buch 23Konventionen in diesem Buch 23Was Sie nicht lesen müssen 24Törichte Annahmen über den Leser 24Wie dieses Buch aufgebaut ist 24Teil I: Die Grundlagen 24Teil II: Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 25Teil III: Energie und Arbeit 25Teil IV: Alles über Wärme 25Teil V: Elektrischer Strom und Magnete 25Teil VI: Der Top-Ten-Teil 25Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 26Wie es weitergeht 26Teil I Die Grundlagen 27Kapitel 1 Mit Physik die Welt verstehen 29Womit sich die Physik beschäftigt 29Mit Bewegung fängt es an 30Überall ist Energie 31Warm und gemütlich 32Vom Blitzschlag zum Laserstrahl 32Verrückt, verrückter … Physik! 33Kapitel 2 Die Grundlagen verstehen 35Nicht erschrecken, es ist nur Physik 36Messen und Voraussagen 37Die Einheiten im Auge behalten 38Von Meter zu Ellen und zurück: Einheiten umrechnen 39Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise 41Die Genauigkeit von Messwerten 42Ziffern, die zählen 42Fehler zugeben 43Etwas einfache Algebra 44… und noch ein bisschen Trigonometrie 45Kapitel 3 Geschwindigkeit ist keine Hexerei 47Strecken und Entfernungen 48Achsen gliedern die Welt 49Von der Strecke zur Geschwindigkeit 50Was ist eigentlich Geschwindigkeit? 51Ein Blick auf den Tacho: Momentangeschwindigkeit 52Gleichmäßig voran: Konstante Geschwindigkeit 52Stop-and-go: Wechselnde Geschwindigkeit 52Mittelmaß: Durchschnittsgeschwindigkeit 52Mittlere gegen konstante Geschwindigkeit 53Schneller oder langsamer: Beschleunigung 54Die Definition der Beschleunigung 55Die Einheit der Beschleunigung 55Positive und negative Beschleunigungen 57Mittlere und momentane Beschleunigung 57Konstante und variable Beschleunigung 57Die Beziehung zwischen Beschleunigung, Zeit und Strecke 58Eine nahe liegende Beziehung 58Noch mehr Geschwindigkeit 59Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Strecke 61Kapitel 4 Richtungsweisend: Wo geht es lang? 63Vektoren verstehen 63Orientierungshilfe: Das Vektorprinzip 64Von A nach B: Vektoren addieren 65Neue Wege gehen: Vektoren subtrahieren 66Zahlenspiele mit Vektoren 67Vektoren und ihre Komponenten 69Komponenten von Vektoren aus Beträgen und Winkeln bestimmen 69Beträge und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 71Vektoren enträtseln 73Strecken sind auch Vektoren 74Noch ein Vektor: Geschwindigkeit 75Einer geht noch: Beschleunigung 75Im Bann der Schwerkraft: Der freie Fall 77Teil II Mögen Die Kräfte Der Physik Mit Ihnen Sein 81Kapitel 5 Ziehen und Schieben: Kräfte 83Kräfte walten überall 83Bühne frei für das erste newtonsche Gesetz 84In Schwung kommen: Masse und Trägheit 85Maße für Masse 86Darf ich vorstellen: Das zweite newtonsche Gesetz 86Krafteinheit 87Resultierende Kräfte 87Das große Finale: Das dritte newtonsche Gesetz 92Reibung und das dritte newtonsche Gesetz 93Winkel und Kräfte im dritten newtonschen Gesetz 95Im Gleichgewicht 97Kapitel 6 Auf der schiefen Bahn: Geneigte Ebenen und Reibung 101Nur nicht runterziehen lassen: Gravitation 101Rolltreppe abwärts: Die schiefe Ebene 102Winkelzüge 103Beschleunigung macht Spaß 105Reibereien 105Reibung und Normalkraft 106Der Reibungskoeffizient 106Haften und Gleiten 108Mit Reibung bergauf 109Schwerkraft und Flugbahnen 114Hoch hinaus: Die Maximalhöhe 114In höchste Höhen: Flugzeit 115Hin und zurück: Die gesamte Flugdauer 115Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 116Kapitel 7 Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 119Immer rundherum: Gleichförmige Kreisbewegung 120Richtungsänderung: Die Zentripetalbeschleunigung 121Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 122Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 122Wie am Schnürchen: Zentripetalkraft 122Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 124Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 126Der Apfel fällt nicht weit vom Stamm: Das newtonsche Gravitationsgesetz 128Gravitation an der Erdoberfläche: Die Erdbeschleunigung 129Kreisbahnen und das Gravitationsgesetz 130Rundherum: Vertikale Kreisbewegung 134Teil III Energie Und Arbeit 137Kapitel 8 Physik in Aktion 139Es ist nicht so, wie Sie denken … 139Arbeit messen 140Gewichte stemmen 140Zug um Zug 141Negative Arbeit 142Mit Schwung voran: Kinetische Energie 143Eine Formel für die kinetische Energie 144Kinetische Energie in der Praxis 145Das wahre Leben: Resultierende Kräfte 147Energievorrat: Potenzielle Energie 148Der Kampf gegen die Schwerkraft 149Bäumchen, wechsle dich! Die Umwandlung von kinetischer in potenzielle Energie 150Am Scheideweg: Konservative und nicht-konservative Kräfte 150Vorwärts, rückwärts, rundherum: Energieerhaltung 152Wie im freien Fall 153Hoch hinaus 154Arbeite schneller, die Leistung zählt! 154Leistung messen 155Was Leistung sonst noch bedeutet 156Kapitel 9 Schwungvoll: Impuls und Kraftstoß 157Rempelei: Der Kraftstoß 157Impulse geben 159Der Zusammenhang zwischen Impuls und Kraftstoß 160Noch einmal Poolbillard: Kraftstoß und Impuls 161Kraftvoll durch den Regen 162Impulserhaltung 163Geschwindigkeit im Griff: Impulserhaltung in der Praxis 164Impulserhaltung und Schussgeschwindigkeit 165Auto gegen Auto: Elastische und inelastische Stöße 167Kapitel 10 Wie man’s dreht und wendet: Rotationsbewegungen 173Von der geradlinigen Bewegung zur Rotation 173Die Tangentialbewegung 174Die Tangentialgeschwindigkeit 174Die Tangentialbeschleunigung 176Die Zentripetalbeschleunigung 177Vektoren und Rotationsbewegungen 178Der Vektor der Winkelgeschwindigkeit 178Der Vektor der Winkelbeschleunigung 179Drehen und Wenden: Das Drehmoment 180Die Drehmomentgleichung 181Hebelarme verstehen 183Drehmomente bestimmen 183Das Drehmoment als Vektor 185Nicht wackeln: Rotationsgleichgewicht 186Flagge zeigen: Immer schön im Gleichgewicht 186Ein Rotationsgleichgewicht mit Reibung 188Kapitel 11 Immer rundherum: Dynamik von Rotationsbewegungen 191Das zweite newtonsche Gesetz in Rotation 191Tangentialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung 193Das Trägheitsmoment 193Das Trägheitsmoment unter der Lupe 194Angewandte Trägheit: Drehmomente im CD-Player 195Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 197Arbeit und kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 198In der Tretmühle: Arbeit bei Rotationen 198Kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 200Die kinetische Energie der Rotation auf einer Rampe 201Nicht zu bremsen: Der Drehimpuls 203Die Drehimpulserhaltung 204Satellitenbahnen: Die Drehimpulserhaltung in der Praxis 204Kapitel 12 Hin und her, hin und her: Harmonische Bewegungen 207Federkraft: Das hookesche Gesetz 207Immer schön nachfedern 208Das hookesche Gesetz und die Richtung der Kraft 209Die einfache harmonische Bewegung 209Senkrecht und waagerecht 210Ein genauerer Blick auf die harmonische Bewegung 211Die Kreisfrequenz einer Masse an einer Feder 217Die Energie in einfachen harmonischen Bewegungen 219Schwingende Pendel 221Teil IV Alles Über Wärme 223Kapitel 13 Heiß auf Thermodynamik 225Der Sprung ins warme Wasser 225Das Thermometer sagt Celsius 226US-Thermometer sagen Fahrenheit 226Das Thermometer sagt Kelvin 226Es wird warm: Längenausdehnung 227Noch ein Koeffizient 228Ein Beispiel für Gleisarbeiter 229Es bleibt warm: Volumenausdehnung 230Mit dem (Wärme-)Strom schwimmen 230Die Phase ändert sich, die Temperatur nicht 233Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 233Gut versteckt: Latente Wärme 234Kapitel 14 Hier, nimm meine Jacke: Wärmeübertragung 237In Wallung versetzt: Konvektion 237Autsch, das war heiß! Wärmeleitung 239Wovon die Wärmeleitung abhängt 239Die Gleichung für die Wärmeleitung anwenden 241Warme Strahlung 242Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 242Schwarze Körper 244Das Geheimnis der Avogadro-Zahl 245Das Gasgesetz wird geschmiedet 246Ein Beispiel: Der Druck eines idealen Gases 248Alternativen: Die Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac 248Gasmoleküle haben’s eilig 249Die Geschwindigkeit von Luftmolekülen 250Die kinetische Energie eines idealen Gases 250Kapitel 15 Wärme trifft Arbeit: Die Hauptsätze der Thermodynamik 253Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 253Wärme und Arbeit erhalten: Der erste Hauptsatz 254Energieerhaltung mit Zahlen 255Die Zustände ändern sich 256Vom Umgang mit spezifischen Wärmekapazitäten 262Wohin die Wärme fließt: Der zweite Hauptsatz 263Arbeit aus Wärme mit Wärmekraftmaschinen 264Vom Wirkungsgrad einer Dampfmaschine 264Man kann nicht alles haben, sagt Carnot 265Kälter geht’s nicht: Der dritte (und absolut letzte) Hauptsatz 267Teil V Elektrischer Strom Und Magnete 269Kapitel 16 Wie elektrisiert 271Plus oder minus? Die Ladung von Elektron und Proton 271Ziehen und Schieben: Elektrische Kräfte 272Das coulombsche Gesetz 272Abstand halten 273Die Geschwindigkeit von Elektronen 274Kräfte zwischen mehreren Ladungen 274Wirkung aus der Ferne: Elektrische Felder 276Aus allen Richtungen: Felder von Punktladungen 277Ganz schön geladen: Das elektrische Feld im Plattenkondensator 278Die Spannung hochdrehen 280Berechnung der elektrischen potenziellen Energie 280Spannung ist Potenzial 282Das elektrische Potenzial bleibt erhalten 283Das elektrische Potenzial von Punktladungen 284Aufladen, was die Kapazität hergibt 285Kapitel 17 Ständig unter Strom 289Der lange Marsch der Elektronen: Strom 289Strom definieren 290Strom in Batterien berechnen 290Widerstandsfähig: Das ohmsche Gesetz 291Der Strom durch einen Widerstand 291Ganz spezifische Widerstände 292Leistung lohnt sich 293Schön der Reihe nach: Reihenschaltungen 293Alles auf einmal: Parallelschaltungen 294Maschendraht und Knoten: Die kirchhoffschen Regeln 295Anwendung der Maschenregel 296Rechnen mit vielen Maschen 297Kondensatoren im Kreis 299Kondensatoren in Parallelschaltung 299Kondensatoren in Reihenschaltung 300Kondensator plus Widerstand gleich RC-Schaltkreis 302Kapitel 18 Überaus anziehend: Magnetismus 305Anziehen und Abstoßen 305Die Wirkung auf bewegte Ladungen 307Die Stärke magnetischer Kräfte 308Gebogene Bahnen: Ladungen im Magnetfeld 309Magnetfelder arbeiten nicht … 310… aber sie wirken trotzdem! 310Ströme verbiegen 312Kräfte auf Ströme 312Rotierende Schleifen 313Das Magnetfeld eines Drahts 315Magnetfelder in Leiterschleifen 317Schön gleichmäßig: Magnetfelder von Spulen 319Kapitel 19 Spannende Ströme 321Eine Spannung wird induziert 321Spannende Bewegung im Magnetfeld 322Induktionsspannung und Fläche 323Faraday und der Fluss 324Richtige Vorzeichen: Die lenzsche Regel 326Induktivitäten 328Auf und ab: Wechselstromkreise 329Harmonische Sinusspannung 330Im Gleichschritt durch den Widerstand 330Am Kondensator eilt der Strom voraus 331An der Spule trödelt der Strom 334Dreifache Herausforderung: RCL-Stromkreise 336Kapitel 20 Linsen und Spiegel im Rampenlicht 339Alles über Spiegel – legeipS rebü sellA 339Licht wird abgelenkt 340Licht brechen mit Snellius 340Gemessene und gefühlte Tiefe 341Spieglein, Spieglein an der Wand 343Hohlspiegel wirken vergrößernd 343Konvexe Spiegel wirken verkleinernd 348Mit Linsen sieht man besser 349Sammellinsen wirken vergrößernd 349Zerstreuungslinsen wirken verkleinernd 353Teil VI Der Top-Ten-Teil 355Kapitel 21 Alles ist relativ(istisch) 357Die Natur behandelt alle gleich 357Licht ist immer gleich schnell 358Bei hoher Geschwindigkeit dehnt sich die Zeit 359Raumfahrer altern langsamer 359Bei hoher Geschwindigkeit schrumpft die Länge 360Materie ist gleich Energie 360Materie plus Antimaterie gleich … bumm 361Die Sonne verliert an Masse 361Es geht nicht schneller 362Und Newton hat trotzdem recht! 362Kapitel 22 Zehn wilde Theorien 365Ganz klein … und ganz anders 365Hier und da zugleich 366Gravitation krümmt den Raum 367Schwarze Löcher halten Licht fest 367Geht’s noch kleiner? 368Explosive Mischung: Materie und Antimaterie 368Auch nicht schlecht: Supernovae 369Vom Urknall zum Endknall 369Dunkle Bedrohung 369Zukunftsphysik 370Anhang: Lösungen 371Glossar 387Stichwortverzeichnis 391