D. Michel_______Wintersemester 1996/97

D. Michel (handschriftliches Manuskript)
Vorlesung Experimentalphysik
Teil 1: Mechanik
0.
0.1.
0.2.
Seite
0.3.
0.4.
0.5.
0.5.1.
0.5.2.
0.5.3.
Allgemeine Einführung
Physik als integrierender Bestandteil der universellen menschlichen Kultur
Bewegung unter irdischen Bedingungen. Peripatetische Dynamik. Newtonsche
Dynamik
Newtonsche Axiome
Die physikalische Methode
Messung physikalischer Größen. Größen. Einheiten
Physikalische Größen
Basiseinheiten der Mechanik
Meßfehler
6
11
16
18
18
20
23
1.
1.1.
1.2.
1.3.
2.
2.1.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
Kinematik
Geradlinige Bewegung
Dreidimensionale Bewegung
Kreisbewegung, Winkelgeschwindigkeit
Dynamik des Massenpunktes
Kräfte
Eindimensionale Bewegung (im Schwerefeld)
Schiefe Ebene
Freier Fall
Zusammengesetzte Bewegung
Harmonische Schwingungen
Fadenpendel. Mathematisches Pendel
26
26
29
32
33
33
36
36
37
40
42
44
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
Das allgemeine Gravitationsgesetz
Keplersche Gesetze
Newtons Betrachtungen
Bestimmung von 
Träge und schwere Masse. Äquivalenzprinzip
Effektives Gewicht
Schwerefeld innerhalb einer Kugel mit konstanter Dichte  = const.
47
47
51
53
56
57
58
4.
4.1.
4.2.
Arbeit, Energie, Impuls
Arbeit, Leistung
Kinetische und Potentielle Energie
Energiesatz der Mechanik
Beispiele und Versuche zum Energiesatz
Kraftstoß, Impuls
Impulserhaltungssatz
Einfache Versuche zum Impulserhaltungssatz
Schwerpunktssatz
Anwendungen des Energie- und Impulsbegriffes
Treibstrahlgeschwindigkeit oder Geschoßgeschwindigkeit
Raketenantrieb
Stoßgesetze
Elastische Stöße
Unelastischer Stoß
Erhaltung der Gravitationsenergie
59
59
60
4.3.
4.4.
4.4.1.
4.4.2.
4.4.3.
4.5.
4.5.1.
4.5.2.
4.5.3.
4.5.3.1.
4.5.3.2.
4.6.
1
1
62
64
64
65
67
68
68
69
71
71
75
77
5.
5.1.
5.2.
5.3.
Reibung
Haftreibung
Gleitreibung
Viskose Reibung (Stokes, Newton)
81
82
83
86
6.
6.1.
6.2.
6.2.1.
6.2.2.
6.3.
6.4.
Kräfte in bewegten Bezugssystemen
Zur Klassifizierung von Kräften. Teil 2
Gleichförmig bewegte Bezugssysteme
Galilei-Transformation
Lorentz-Transformation
Gleichförmig beschleunigte Systeme
Trägheitskräfte im rotierenden Bezugssystem
87
87
89
89
93
98
99
7.
7.1.
Mechanik starrer Körper
Grundbegriffe: Bewegungsmöglichkeiten starrer Körper und Gleichgewicht
starrer Körper
Freiheitsgrade der Bewegung
Translationsbewegungen, Massenmittelpunkt, Schwerpunkt
Drehmoment einer Kraft
Drehbewegungen, Winkelgeschwindigkeit
Dynamik des starren Körpers
Bewegungsgleichung des starren Körpers
Beispiel zur Bewegung starrer Körper. Messung von Trägheitsmomenten.
Drehschwingungen
Berechnung von Trägheitsmomenten
Steinerscher Satz
Rotationsenergie (Kinetische Energie bei Rotationsbewegungen eines
starren Körpers)
Trägheitsellipsoid.
Veranschaulichung eines Trägheitstensors im Hauptachsensystem
Lösung von Bewegungsgleichungen für verschiedene starre Körper
Rollbewegung
Reversionspendel (Ergänzung zum Physikalischen Pendel)
Kreisel
Allgemeines
Kräftefreier Kreisel. Nutationsbewegung
Schwerer Kreisel. Präzessionsbewegung des symm. Kreisels im Schwerefeld
Zusammenfassung
102
148
8.3.
8.4.
Die Mechanik von deformierbaren festen Körpern
Hookesches Gesetz. Dehnung.
Längenänderung in einer Richtung
Querkontraktion bei Längenänderung in einer Richtung und bei allseitigem
Druck
Scherung, Drillung, Torsionsmodul
Biegung eines Balkens
9.
9.1.
9.2.
9.2.1.
9.2.2.
9.3.
9.3.1.
9.3.2.
9.3.3
Flüssigkeiten
Freie Verschiebbarkeit von Flüssigkeiten
Statischer Druck in einer Flüssigkeit
Definition, Druckausbreitung
Schweredruck
Flüssigkeitsgrenzflächen
Oberflächenspannung
Kapillarität
Grenzflächenspannung
158
158
159
159
163
165
166
168
169
10.
10.1.
Gase
Makroskopische Größen
173
173
7.1.1.
7.1.2.
7.1.3.
7.1.4.
7.2.
7.2.1.
7.2.2.
7.2.3.
7.2.4.
7.2.5.
7.2.6.
7.3.
7.3.1.
7.3.2.
7.3.3.
7.3.3.1.
7.3.3.2.
7.3.3.3.
7.4.
8.
8.1.
8.2.
102
102
104
108
112
123
123
125
128
131
132
133
137
137
139
140
140
144
145
147
148
149
151
153
10.1.1.
10.1.2.
10.2.
10.2.1.
10.2.2.
10.2.3.
10.3.
10.3.1.
10.3.2.
10.3.3.
Gasdruck
Luftdruck, Barometrische Höhenformel
Statistische Interpretation des Druckes, Kinetische Gastheorie
Modell des idealen Gases
Gasdruck
Zustandsgleichung des idealen Gases
Geschwindigkeitsverteilung
Berechnung von Mittelwerten
Geschwindigkeitsverteilung f(vx, vy, vz)
Energieverteilungsfunktion
173
176
177
177
177
181
183
183
184
187
11.
11.1.
11.2.
11.3.
11.3.1.
11.3.2.
11.3.3.
11.4.
11.4.1.
11.4.2.
11.4.3.
11.4.3.1.
11.4.3.2.
11.4.3.3.
11.4.3.4.
Strömende Flüssigkeiten und Gase
Grundbegriffe, Beschreibung von Strömungen
Fluß, Flußdichte, Kontinuitätsgleichung
Strömung idealer Flüssigkeiten
Bernoulli-Gleichung
Druckmessung in strömenden Flüssigkeiten (Gasen)
Anwendungen und Beispiele
Laminare Strömungen
Reibungskräfte in strömenden Flüssigkeiten
Laminare Strömung
Turbulente Strömung
Entstehung und Merkmale
Strömungswiderstand
Aerodynamischer Auftrieb
Reynoldszahl
189
189
191
196
196
197
199
199
200
201
204
204
205
206
207
12.
12.1.
12.1.1.
12.1.2.
12.1.3.
12.1.4.
12.1.5.
12.1.6.
12.1.7.
12.2.
12.2.1.
12.2.2.
12.2.3.
12.2.3.1.
12.2.3.2.
12.2.3.3.
12.2.4.
12.2.4.0.
12.2.4.1.
12.2.4.2.
12.2.4.3.
12.3.
12.3.1.
12.3.2.
12.4.
12.5.
Mechanische Schwingungen und Wellen
Schwingungen
Darstellung von harmonischen Schwingungen ohne Dämpfung
Gedämpfte Schwingung
Erzwungene Schwingung
Energiebilanz bei einer Schwingung
Parametrischer Oszillator
Überlagerung von Schwingungen
Gekoppelte Schwingungen
Mechanische Wellen
Darstellung der Wellen
Phasengeschwindigkeit, Wellengleichung
Wellenausbreitung in verschiedenen Medien
Wellenausbreitung
Energiedichte
Gruppengeschwindigkeit
Stehende Wellen
Einführung
Eigenschwingungen von schwingenden Luftsäulen
Schwingende Stäbe
Eigenschwingungen von Platten, Membranen, Hohlräumen
Wellen der bewegten Quellen
Doppler-Effekt
Schnell bewegte Schallquellen Q
Messung von Schallintensitäten
Wohltemperierte Stimmung bei Musikinstrumenten
208
208
208
209
213
218
220
222
227
231
231
232
235
235
237
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239
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244
244
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248