Mechanik und Wärmelehre

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Mechanik und Wärmelehre

ISBN: 
978-3-662-45304-9

Dieses Lehrbuch der Experimentalphysik enthält eine umfassende Darstellung der Mechanik und der Wärmelehre. Es ist als begleitende Lektüre zur einführenden Vorlesung für Studierende der Physik sowie der Nachbardisziplinen konzipiert. Dabei leitet es aus den experimentellen Befunden die grundlegenden Prinzipien her und arbeitet diese quantitativ aus. Der Stoff wird anhand von ausführlich beschriebenen Experimenten und zahlreichen Beispielen aus Natur, Technik und Wissenschaft veranschaulicht. Übungsaufgaben unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade bieten am Ende jedes Kapitels die Möglichkeit, das Erlernte anzuwenden und zu vertiefen. Angereichert mit vielen Bildern, finden die Leser hier einen anschaulichen Einstieg in die Themen Mechanik und Wärmelehre.

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  • Veranschaulicht Mechanik und Wärmelehre anhand vieler Beispiele aus Natur, Technik und Wissenschaft
  • Erarbeitung des Stoffes anhand von ausführlich beschriebenen Experimenten und veranschaulichenden Bildern
  • Ermöglicht eine Vertiefung anhand von Übungsaufgaben mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden
  • Umfasst den gesamten Bachelorstoff des Moduls Mechanik in einem Band
BegriffErklärung
Bernoulli-Gleichung
$$p_{\text{stat}}+\frac{1}{2}\rho v^{2}=p_{\text{tot}}=\text{konst.}$$
Drehimpulssatz
In einem System, in dem keine äußeren Drehmomente wirken, ist der Gesamtdrehimpuls erhalten.
Energiesatz
In einem abgeschlossenen System verändert sich die Summe aller Energieformen nicht.
Fallgesetz
Alle Körper fallen gleich schnell.
Gravitationsgesetz
$$\vec{F}_{\text{Grav}}(\vec{r})=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}\hat{e}_{r}$$
Weitere Begriffe
  • 1. Mechanik der Massenpunkte (12)
  • 2. Mechanik starrer Körper (3)
  • *2. Mechanik starrer Körper (1)
  • 3. Elastische Körper (4)
  • 4. Wärmelehre (6)
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Frage 1 von 26
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  • Wie lautet das Fallgesetz?

    Lösung

    Alle Körper fallen gleich schnell.
  • Nennen Sie Newtons erstes Axiom.

    Lösung

    Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustands gezwungen wird.
  • Was besagt Newtons zweites Axiom?

    Lösung

    Die Änderung der Bewegung einer Masse ist der Einwirkung der bewegenden Kraft proportional und geschieht nach der Richtung derjenigen geraden Linie, nach welcher jene Kraft wirkt.
  • Was besagt Newtons drittes Axiom?

    Lösung

    Kräfte treten immer paarweise auf. Übt ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft aus (actio), so wirkt eine gleich große, aber entgegen gerichtete Kraft von Körper B auf Körper A (reactio).
  • Wann gilt die Energieerhaltung?

    Lösung

    In einem abgeschlossenen System verändert sich die Summe aller Energieformen nicht.
  • Wann gilt die Impulserhaltung?

    Lösung

    In einem System, in dem nur innere Kräfte wirken, ist der Gesamtimpuls erhalten.
  • Wie lautet Relativitätsprinzip?

    Lösung

    Die Gesetze, nach denen sich die Zustände der physikalischen Systeme ändern, sind unabhängig davon, auf welches von zwei relativ zueinander in gleichförmiger Translationsbewegung befindlichen Koordinatensysteme diese Zustandsänderungen bezogen werden.
  • Wie bewegt sich der Schwerpunkt, wenn keine äußeren Kräfte angreifen?

    Lösung

    Bei Abwesenheit äußerer Kräfte bewegt sich der Massenmittelpunkt geradlinig und gleichförmig.
  • Wie lautet Keplers erstes Gesetz?

    Lösung

    Die Planeten bewegen sich auf Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht.
  • Was besagt das zweite Kepler'sche Gesetz?

    Lösung

    Der Fahrstrahl von der Sonne zum Planeten überstreicht in gleichen Zeiten gleiche Flächen.
  • Wie lautet das dritte Kepler'sche Gesetz?

    Lösung

    Die Quadrate der Umlaufzeiten der Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen der großen Halbachsen.
  • Wie lautet das Gravitationsgesetz?

    Lösung

    $$\vec{F}_{\text{Grav}}(\vec{r})=G\frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}\hat{e}_{r}$$
  • Was besagt der Hauptsatz der Statik?

    Lösung

    Ein Körper ist in Ruhe, wenn die Summe aller von außen angreifenden Kräfte und die Summe aller von außen angreifenden Drehmomente verschwindet.
  • Wie lautet eine alternative Formulierung des Hauptsatzes der Statik?

    Lösung

    Die Wirkung aller in einer Ebene auf einen Körper einwirkenden Kräftepaare lässt sich durch ein einziges Kräftepaar mit dem Schwerpunkt als Mittelpunkt ersetzen.
  • Was besagt der Drehimpulssatz?

    Lösung

    In einem System, in dem keine äußeren Drehmomente wirken, ist der Gesamtdrehimpuls erhalten.
  • Wofür nutzt man den Satz von Steiner?

    Lösung

    Hat ein Körper der Masse M ein Trägheitsmoment $I_S$ in Bezug auf eine Achse durch den Schwerpunkt, so ist das Trägheitsmoment in Bezug auf eine um den Abstand a parallel verschobene Achse $$I_{A}=I_{S}+a^{2}M.$$
  • Wie lautet die Kontinuitätsgleichung?

    Lösung

    $$-\mathrm{div}\,\vec{j}\left(\vec{r},t\right)=\frac{\partial\rho\left(\vec{r},t\right)}{\partial t}\quad\text{mit}\quad\vec{j}\left(\vec{r},t\right)=\rho\left(\vec{r},t\right)\ \vec{v}\left(\vec{r},t\right)$$
  • Wie lautet die Bernoulli-Gleichung?

    Lösung

    $$p_{\text{stat}}+\frac{1}{2}\rho v^{2}=p_{\text{tot}}=\text{konst.}$$
  • Was besagt das Hagen-Poiseuille'sche Gesetz?

    Lösung

    $$I=\frac{\pi}{8\eta}\frac{\Delta p}{L}R^{4}$$
  • Wie berechnet man die auf eine Kugel in einer Flüssigkeit wirkende Reibungskraft?

    Lösung

    $$F_{R}=-6\pi\eta Rv$$
  • Wie definiert der nullte Hauptsatz der Thermodynamik Temperturen?

    Lösung

    Befinden sich zwei Körper auf derselben Temperatur, so sind sie im thermodynamischen Gleichgewicht.
  • Was sagt der nullte Hauptsatz bezüglich der Transitivität des thermodynamischen Gleichgewichts?

    Lösung

    Befinden sich zwei Körper mit einem dritten im thermodynamischen Gleichgewicht, so sind sie auch untereinander im Gleichgewicht.
  • Wie lautet der erste Hauptsatz der Thermodynamik?

    Lösung

    Die Änderung der inneren Energie eines Systems entspricht der Differenz aus zugeführter Wärme und der vom System verrichteten Arbeit: $$\Delta U=Q-W.$$
  • Wie verhält sich die Entropie in einem geschlossenen System?

    Lösung

    Bei allen natürlichen, mit endlicher Geschwindigkeit ablaufenden Vorgängen in einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie zu.
  • Was kann aus dem zweiten Hauptsatz über den maximalen Wirkungsgrad geschlossen werden?

    Lösung

    Jede reversibel arbeitende Wärme-Kraft-Maschine hat den Wirkungsgrad des Carnot'schen Kreisprozesses. Keine hat einen höheren.
  • Was besagt der dritte Hauptsatz der Thermodynamik?

    Lösung

    Der Gleichgewichtszustand am absoluten Nullpunkt ist ein Zustand maximaler Ordnung, der nur eine Realisierungsmöglichkeit mit W=1 hat.
  • Fertig!

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