Vorwort
Prolog
Übungen – hors d’œuvres
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