Einführung 21
Über dieses Buch 21
Konventionen in diesem Buch 21
Was Sie nicht lesen müssen 22
Törichte Annahmen über den Leser 22
Wie dieses Buch aufgebaut ist 22
Teil I: Die Grundlagen 22
Teil II: Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 22
Teil III: Energie und Arbeit 23
Teil IV: Alles über Wärme 23
Teil V: Elektrischer Strom und Magneten 23
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 23
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23
Wie es weitergeht 24
Teil I Die Grundlagen 25
Kapitel 1 Mit Physik die Welt verstehen 27
Womit sich die Physik beschäftigt 27
Mit Bewegung fängt es an 28
Überall ist Energie 29
Warm und gemütlich 30
Vom Blitzschlag zum Laserstrahl 30
Verrückt, verrückter, … Physik! 31
Kapitel 2 Die Grundlagen verstehen 33
Nicht erschrecken, es ist nur Physik 33
Messen und Voraussagen 35
Behalten Sie die Einheiten im Auge 36
Von Meter zu Ellen und zurück: Einheiten umrechnen 36
Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise 37
Die Genauigkeit von Messwerten 40
Welche Ziffern zählen 40
Geben Sie Ihre Fehler zu 41
Etwas einfache Algebra 41
…und noch ein bisschen Trigonometrie 42
Kapitel 3 Geschwindigkeit ist keine Hexerei 45
Strecken und Entfernungen 45
Achsen gliedern die Welt 47
Von der Strecke zur Geschwindigkeit 48
Was ist eigentlich Geschwindigkeit? 49
Ein Blick auf den Tacho: Die Momentangeschwindigkeit 49
Gleichmäßig voran: konstante Geschwindigkeit 50
Stop and Go: wechselnde Geschwindigkeit 50
Mittelmaß: Durchschnittsgeschwindigkeit 50
Mittlere gegen konstante Geschwindigkeit 51
Schneller oder langsamer: Beschleunigung 52
Die Definition der Beschleunigung 52
Die Einheit der Beschleunigung 53
Positive und negative Beschleunigungen 54
Mittlere und momentane Beschleunigung 55
Konstante und variable Beschleunigung 55
Die Beziehung zwischen Beschleunigung, Zeit und Strecke 55
Eine nahe liegende Beziehung 56
Noch mehr Geschwindigkeit 57
Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Strecke 58
Kapitel 4 Richtungsweisend: Wo geht’s lang? 63
Vektoren verstehen 63
Orientierungshilfe: Das Prinzip von Vektoren 64
Von A nach B: Vektoren addieren 65
Neue Wege gehen: Vektoren subtrahieren 66
Zahlenspiele mit Vektoren 67
Vektoren und ihre Komponenten 69
Komponenten von Vektoren aus Beträgen und Winkeln bestimmen 69
Beträge und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 71
Vektoren enträtseln 72
Strecken sind auch Vektoren 73
Noch ein Vektor: Geschwindigkeit 74
Einer geht noch: Beschleunigung 75
Im Bann der Schwerkraft: Der freie Fall 76
Teil II Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 81
Kapitel 5 Ziehen und Schieben: Kräfte 83
Kräfte walten überall 83
Bühne frei für das erste Newtonsche Gesetz 84
In Schwung kommen: Masse und Trägheit 85
Maße für Masse 85
Darf ich vorstellen: Das zweite Newtonsche Gesetz 86
Krafteinheit 87
Resultierende Kräfte 87
Das große Finale: Das dritte Newtonsche Gesetz 92
Reibung und das dritte Newtonsche Gesetz 93
Winkel und Kräfte im dritten Newtonschen Gesetz 93
Im Gleichgewicht 97
Kapitel 6 Auf der schiefen Bahn: Schiefe Ebenen und Reibung 101
Lassen Sie sich nicht runterziehen: Gravitation 101
Es geht aufwärts: Die schiefe Ebene 102
Winkelzüge 103
Beschleunigung macht Spaß 104
Reibereien 105
Reibung und Normalkraft 105
Der Reibungskoeffizient 106
Haften und Gleiten 107
Mit Reibung bergauf 109
Schwerkraft und Flugbahnen 113
Hoch hinaus: Die Maximalhöhe 113
Luftikus: Flugzeit 114
Hin und zurück: Die gesamte Flugdauer 114
Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 115
Kapitel 7 Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 119
Immer rundherum: Gleichförmige Kreisbewegung 119
Richtungsänderung: Die Zentripetalbeschleunigung 120
Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 121
Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 122
Wie am Schnürchen: Zentripetalkraft 122
Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 123
Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 125
Der Apfel fällt nicht weit vom Stamm: Das Newtonsche Gravitationsgesetz 127
Gravitation an der Erdoberfläche: Die Erdbeschleunigung 129
Kreisbahnen und das Gravitationsgesetz 129
Rundherum: Vertikale Kreisbewegung 133
Teil III Energie und Arbeit 137
Kapitel 8 Physik in Aktion 139
Es ist nicht so, wie Sie denken… 139
Arbeit messen 139
Gewichte stemmen 140
Zug um Zug 141
Negative Arbeit 142
Mit Schwung voran: Kinetische Energie 143
Eine Formel für die kinetische Energie 144
Kinetische Energie in der Praxis 145
Das wahre Leben: Resultierende Kräfte 146
Energievorrat: Potentielle Energie 148
Der Kampf gegen die Schwerkraft 148
Bäumchen wechsel dich! Die Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie 149
Am Scheideweg: Konservative und nicht konservative Kräfte 150
Vorwärts, rückwärts, rundherum: Energieerhaltung 151
Wie im freien Fall 153
Hoch hinaus 153
Arbeite schneller, Leistung zählt! 154
Leistung messen 154
Was Leistung sonst noch bedeutet 155
Kapitel 9 Schwungvoll: Impuls und Kraftstoß 157
Rempelei: Der Kraftstoß 157
Impulse geben 158
Der Zusammenhang zwischen Impuls und Kraftstoß 159
Noch einmal Poolbillard: Kraftstoß und Impuls 160
Kraftvoll durch den Regen 161
Impulserhaltung 162
Geschwindigkeit imGriff: Impulserhaltung in der Praxis 163
Impulserhaltung und Schlussgeschwindigkeit 164
Auto gegen Auto: Elastische und inelastische Stöße 166
Gummibälle: Elastische Stöße 166
Kneteklumpen: Inelastische Stöße 167
Stöße in einer Dimension 167
Stöße in zwei Dimensionen 169
Kapitel 10 Wie man’s dreht und wendet: Rotationsbewegungen 173
Von der geradlinigen Bewegung zur Rotation 173
Die Tangentialbewegung 174
Die Tangentialgeschwindigkeit 174
Die Tangentialbeschleunigung 176
Die Zentripetalbeschleunigung 176
Vektoren und Rotationsbewegungen 178
Der Vektor der Winkelgeschwindigkeit 178
Der Vektor der Winkelbeschleunigung 179
Drehen und wenden: Das Drehmoment 180
Die Drehmomentgleichung 181
Hebelarme verstehen 183
Drehmomente bestimmen 184
Das Drehmoment als Vektor 185
Nicht wackeln: Rotationsgleichgewicht 185
Flagge zeigen: Immer schön imGleichgewicht 186
Ein Rotationsgleichgewicht mit Reibung 187
Kapitel 11 Immer rundherum: Dynamik von Rotationsbewegungen 191
Das zweite Newtonsche Gesetz in Rotation 191
Tangentialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung 192
Das Trägheitsmoment 193
Das Trägheitsmoment unter der Lupe 193
Drehmomente im CD-Player: Trägheit in der Praxis 195
Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 196
Arbeit und kinetische Energie in Rotationsbewegungen 198
In der Tretmühle: Arbeit bei Rotationen 198
Kinetische Energie in Rotationsbewegungen 200
Die kinetische Energie der Rotation auf einer Rampe 201
Nicht zu bremsen: Der Drehimpuls 203
Die Drehimpulserhaltung 203
Satellitenbahnen: Die Drehimpulserhaltung in der Praxis 204
Kapitel 12 Hin und her, hin und her: Harmonische Bewegungen 207
Federkraft: Das Hookesche Gesetz 207
Immer schön nachfedern 208
Das Hookesche Gesetz und die Richtung der Kraft 208
Die einfache harmonische Bewegung 209
Senkrecht und waagerecht 209
Ein genauerer Blick auf die harmonische Bewegung 211
Die Kreisfrequenz einer Masse an einer Feder 217
Die Energie in einfachen harmonischen Bewegungen 218
Schwingende Pendel 220
Teil IV Alles über Wärme 223
Kapitel 13 Einheizen mit Thermodynamik 225
Der Sprung ins heiße Wasser 225
Das Thermometer sagt Celsius 226
Das Thermometer sagt Fahrenheit 226
Das Thermometer sagt Kelvin 226
Es wird warm: Längenausdehnung 227
Wieder ein Koeffizient 228
Ein Beispiel für Gleisarbeiter 229
Es bleibt warm: Volumenausdehnung 229
Mit dem (Wärme-)Strom schwimmen 230
Die Phase ändert sich, die Temperatur nicht 232
Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 233
Gut versteckt: Latente Wärme 234
Kapitel 14 Hier, nimm meine Jacke: Wärmeübertragung 237
Im Wasserkocher: Konvektion 237
Autsch, das war heiß! Wärmeleitung 238
Wovon die Wärmeleitung abhängt 239
Die Gleichung für die Wärmeleitung anwenden 241
Licht senden, Licht empfangen: Strahlung 242
Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 242
Schwarze Körper 244
Das Geheimnis der Avogadro-Zahl 245
Das Gasgesetz wird geschmiedet 246
Ein Beispiel: Der Druck eines idealen Gases 248
Alternativen: Die Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac 248
Gasmoleküle haben’s eilig 249
Die Geschwindigkeit von Luftmolekülen 249
Die kinetische Energie eines idealen Gases 250
Kapitel 15 Wärme trifft Arbeit: Die Hauptsätze der Thermodynamik 253
Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 253
Wärme und Arbeit erhalten: Der Erste Hauptsatz 254
Energieerhaltung mit Zahlen 255
Isobar, isochor, isotherm, adiabatisch - und was noch…? 255
Vom Umgang mit spezifischen Wärmekapazitäten 262
Wärme fließen lassen: Der Zweite Hauptsatz 264
Arbeit aus Wärme mit Wärmekraftmaschinen 264
VomWirkungsgrad einer Dampfmaschine 264
Man kann nicht alles haben, sagt Carnot 265
Jetzt wird’s kalt: Der Dritte (und absolut letzte) Hauptsatz 267
Teil V Elektrischer Strom und Magneten 269
Kapitel 16 Die Luft mit Elektrostatik knistern lassen 271
Plus oder minus? Die Ladung von Elektron und Proton 271
Ziehen und schieben: Elektrische Kräfte 272
Das Coulombsche Gesetz 272
Bälle auf Distanz halten 273
Die Geschwindigkeit von Elektronen 273
Kräfte zwischen mehreren Ladungen 274
Wirkung aus der Ferne: Elektrische Felder 275
Aus allen Richtungen: Felder von Punktladungen 277
Schön gleichmäßig geladen: Das elektrische Feld im Plattenkondensator 278
Dreh die Spannung hoch! Das elektrische Potential 280
Berechnung der elektrischen potentiellen Energie 280
Spannung ist Potential 281
Das elektrische Potential bleibt erhalten 282
Das elektrische Potential von Punktladungen 283
Aufladen, was die Kapazität hergibt 285
Kapitel 17 Elektronen mit Stromkreisen schubsen 289
Der lange Marsch der Elektronen: Strom 289
Strom definieren 290
Strom in Batterien berechnen 290
Widerstandsfähig: Das Ohmsche Gesetz 291
Der Strom durch einen Widerstand 291
Ganz spezifische Widerstände 292
Es wird was geleistet 292
Schön der Reihe nach: Reihenschaltungen 293
Alles auf einmal: Parallelschaltungen 294
Knoten und Schleifen binden: Die Kirchhoffschen Regeln 295
Anwendung der Maschenregel 296
Rechnen mit vielen Maschen 297
Kondensatoren im Kreis 299
Kondensatoren in Parallelschaltung 299
Kondensatoren in Reihenschaltung 300
Kondensator plus Widerstand gleich RC-Schaltkreis 301
Kapitel 18 Überaus anziehend: Magnetismus 305
Anziehen und abstoßen 305
Zwang auf bewegte Ladungen 307
Die Stärke magnetischer Kräfte 308
Jeder auf seiner Bahn: Geladene Teilchen imMagnetfeld 309
Magnetfelder arbeiten nicht… 309
… aber sie wirken trotzdem! 310
Ströme verbiegen 311
Kräfte auf Ströme 311
Ströme werden gedreht 313
Das Magnetfeld eines Drahts 314
Magnetfelder in Leiterschleifen 316
Schön gleichmäßig: Magnetfelder von Spulen 318
Kapitel 19 Ströme mit Spannung fließen lassen 321
Eine Spannung wird induziert 321
Spannende Bewegung imMagnetfeld 322
Induktionsspannung und Fläche 323
Faraday und der Fluss 324
Richtige Vorzeichen: Die Lenzsche Regel 326
Induktivitäten 328
Auf und ab: Wechselstromkreise 328
Wie die Wechselspannung aussieht 329
DemWiderstand ist alles egal 330
Am Kondensator beeilt sich der Strom 331
An der Spule trödelt der Strom 334
Die dreifache Herausforderung: RCL-Stromkreise 336
Kapitel 20 Ein Lichtstrahl auf Linsen und Spiegeln 339
Alles über Spiegel - legeipS rebü sellA 339
Licht wird abgelenkt 340
Licht brechen mit Snellius 340
Gemessene und »gefühlte« Tiefe 341
Spieglein, Spieglein an der Wand 342
Hohlspiegel wirken vergrößernd 343
Konvexe Spiegel wirken verkleinernd 348
Mit Linsen sieht man besser 349
Sammellinsen wirken vergrößernd 349
Zerstreuungslinsen wirken verkleinernd 352
Teil VI Der Top-Ten-Teil 355
Kapitel 21 Alles ist relativ(istisch) 357
Die Natur behandelt alle gleich 357
Licht ist immer gleich schnell 358
Bei hoher Geschwindigkeit dehnt sich die Zeit 358
Raumfahrer altern langsamer 359
Bei hoher Geschwindigkeit schrumpft die Länge 360
Materie ist gleich Energie 360
Materie plus Antimaterie gleich…bumm 361
Die Sonne verliert an Masse 361
Es geht nicht schneller als das Licht 361
Und Newton hat trotzdem Recht! 362
Kapitel 22 Zehn wilde Theorien 365
Klein, kleiner … und ganz anders 365
Man kann nie sicher sein, sagt Heisenberg 366
Gravitation krümmt den Raum 366
Schwarze Löcher halten Licht fest 367
Geht’s noch kleiner? 367
Explosive Mischung: Materie und Antimaterie 368
Noch explosiver: Supernovae 368
Vom Urknall zum Endknall 368
Jetzt wird es dunkel 369
Ich weiß, dass ich nichts weiß 369
Lösungen 371
Glossar 387
Stichwortverzeichnis 393
