Physik für Mathematiker - Labor für Medizinische Informatik
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\ PPT_Doc \ Physik (BSc) \ Inhalt Physik für Mathematiker Prof. Dr. W. Hillen, FH-Aachen / Jülich INHALT ___________________________________________________________________ A. Einführung Inhalt der Vorlesung Organisatorisches Methodik der Physik Physikalische Fragestellungen Physikalische Experimente Physikalische Messergebnisse / Messgrößen Einführung in die Themenbereiche Historische Entwicklung, Physikalische Disziplinen Klassische Mechanik Elektrodynamik Elektromagnetische Wellen Optik B. Mechanik B.1 Kinematik Eindimensionale Bewegung (Ort, Zeit, Geschwindigkeit, Beschleunigung) Bewegung im 3-dim. Raum (Geschwindigkeit und Beschleunigung) Beispiele: Freier Fall, Schiefer Wurf, Gleichförmige Kreisbewegungen B.2 Kraft und Gesetze von Newton Kraft und Bewegungsänderungen Newton‘sche Gesetze Trägheitsprinzip Aktionsprinzip Reaktionsprinzip Masse und Gewichtskraft Superpositionsprinzip der Kräfte Beispiele: Gespanntes Seil, Flaschenzug, schiefe Ebene Kräfte und Kraftfelder Gravitationskraft Federkraft und Hooke‘sches Gesetz Zentripetal- & Zentrifugalkraft der Kreisbewegung Reibungskräfte (Kontaktkräfte) Haftreibung, Gleitreibung Elektro-magnetische Kräfte Bewegungsgleichungen Beispiele: Freier Fall, schiefer Wurf (ohne/mit Reibung) Schwingungen (ohne/mit Reibung) B.3 Arbeit und Energie, Energieerhaltung Definition der Arbeit Potentielle, kinetische Energie Energie-Umwandlung und Energieerhaltung: Anwendungen des Energieerhaltungssatzes Konservative Kräfte Potential konservativer Kräfte Beispiel: Potential des Gravitationsfeldes B.4 Impuls, Teilchensysteme, Drehbewegungen Definition: Impuls Impulsänderung durch „Kraftstöße“ Impulserhaltung Elastische und inelastische Stöße Zentraler (nicht zentraler), elastischer Stoß Bewegung von „Mehr-Teilchen-Systemen“ Starrer Körper und sein Schwerpunkt Bewegung eines starren Körpers Drehbewegungen Winkelgeschwindigkeit als Vektor Drehimpuls, Drehimpulserhaltung Drehimpuls und Rotationsachse Drehimpuls eines starren Körpers Trägheitsmoment Kinetische Energie eines starren Körpers Vergleich: Translations- und Rotationsbewegung B.5 Schwingungen, Resonanzen Schwingungen: Beispiele Feder-, Fadenpendel Harmonischer Oszillator (mit/ohne Dämpfung): Differentialgleichung, Lösung Schwingfall, aperiodischer Grenzfall, Kriechfall Erzwungene Schwingungen Resonanzen C. Elektro-Magnetismus C.1 Ladungen und elektrische Felder Elektrische Ladungen Coulomb‘sches Gesetz Elektrisches Feld Elektrische Spannung und Potential Elektrischer Fluss Beispiel: Plattenkondensator Elektrischer Dipol, Dipol-Potential Dipol im elektrischen Feld Maxwell-Gleichungen für elektrostatische Felder C.2 Elektrische Ströme, Stromkreise Ladungen in elektrischen Feldern Beispiel: Oszillographenröhre Leiter und Nichtleiter Elektrische Felder um Leiter Beispiel: Faraday‘scher Käfig Influenz Beispiel: Elektrometer, Fotokopierer Ladungen in Leitern (Widerstand, Ohm‘sches Gesetz) Elektrische Leistung Stromkreise (Parallelschaltung, Serienschaltung) Netzwerke und Kirchhoff‘sche Regeln Beispiel: Wheatstone‘sche Brücke Schaltungen mit Kondensatoren Laden / Entladen von Kondensatoren C.3 Ströme und magnetische Felder Magnetische Feldlinien Vergleich: Elektrische und magnetische Feldlinien Magnetischer Fluss Magnetfeld um stromdurchflossene Leiter Biot-Savart‘sches Gesetz, Ampère‘sches Gesetz Maxwell‘sche Gleichung der Magnetostatik Magnetfeld Erzeugung und Berechnung Magnetische Kräfte auf geladene Teilchen (Lorentz-Kraft) Ladungen im Magnetfeld Beispiel: Fadenstrahlrohr, Oszillographenröhre, Massenspektrometer, Zyklotron Hall-Effekt (Messung von Magnetfeldern) Kraft auf einen Leiter im Magnetfeld Magnetisches Moment C.4 Elektrodynamik, Maxwell‘sche Gleichungen Maxwell-Gleichungen im statischen Fall Induktion Beobachtung der Induktion Induktionsgesetz Lenz‘sche Regel Maxwell‘sche Gleichung bei dynamischen B-Feldern Erzeugung von Wechselstrom / -Spannung Selbstinduktion RLC-Kreise RL-Kreis RLC-Kreis (Elektrischer Schwingkreis) Elektrischer Schwingkreis mit äußerer Anregung Verschiebungsstrom Magnetfelder bei stationären Strömen Widersprüche beim Ampère‘schen Gesetz Verschiebungsströme durch sich ändernde elektrische Felder Definition: Verschiebungsstrom Verschiebungsströme und magnetische Felder 4. Maxwell‘sche Gleichung Zusammenfassung aller Maxwell-Gleichungen ______________
