Gliederung der Physik-Vorlesung für AO

FB Grundlagenwissenschaften
Prof. Dr. rer. nat. habil. Erhard Döpel
Physik
Gliederung der Vorlesung für den Studiengang Augenoptik
1. Semester
1.
Einführung
1. Systematik physikalischer Disziplinen und ihr Inhalt
2. physikalische Größen, Messen, Maßeinheiten, (Meßfehler, Meßgenauigkeit im Praktikum)
2.
2.1
Mechanik
Kinematik des Massenpunktes
1. lineare Translationsbewegung (1D): Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung
2. Freiheitsgrade der Translationsbewegung,
3. Bewegung des Massenpunktes im Raum (3D):
Wurf (kartesische Koordinaten) und Kreisbewegung (Polarkoordinaten)
Dynamik der Translationsbewegung des Massenpunktes
1. Newtonsche Axiome (Bewegungsgleichung)
2. Kräfte (homogenes Schwerefeld, Gravitationskraft, Federkraft, Reibungskräfte)
3. Impuls, Impulserhaltung
4. Arbeit, Energie, Energieerhaltung, Leistung
5. Stoßgesetze
Dynamik der Rotationsbewegung des starren Körpers
1. Freiheitsgrade der Bewegung starrer Körper, Translations- und Rotationsbewegung
2. Rotationsenergie, Massenträgheitsmoment (Steiner’scher Satz)
3. Drehmoment
4. Bewegungsgleichung der Rotation
5. Drehimpuls und -erhaltung
Mechanik der Flüssigkeiten und Gase (kompressibel - inkompressibel)
1. Druck, Auftrieb
2. Oberflächenspannung, Kohäsion und Adhäsion
3. Strömungsmechanik (ideale Flüssigkeit, Kontinuitätsgleichung, Bernoulli-Gleichung)
4. Strömung zäher Medien - innere Reibung (Zähigkeit, Hagen-Poiseuille, Stokes, Reynolds-Zahl)
2.2
2.3
2.4
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Wärmelehre
(fällt weg)
Einführung
Veranschaulichung der Begriffe Wärme und Temperatur,
Temperaturabhängigkeit von Stoffeigenschaften: Wärmeausdehnung, Viskosität, ...
Wärmetransport
Wärmeleitung, Wärmeübergang, Wärmestrahlung (Stefan-Boltzmann, Wien)
Thermodynamische Systeme
1. Zustandsgrößen, Prozeßgrößen, Wärmekapazität
2. Zustandsgleichungen am Beispiel des idealen Gases (thermisch und kalorisch)
Erster Hauptsatz der Thermodynamik
1. Zustandsänderungen (adiabatisch, polytrop, isochor, isobar - Enthalpie, isotherm)
2. wichtige Beziehungen für idale Gase
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
1. reversible und irreversible Zustandsänderungen
2. Kreisprozesse, Carnot-Prozeß (Wärmekraftmaschinen und Wärmepumpen)
3. Entropie
4. Formulierung des zweiten Hauptsatzes
1
2. Semester
4.
4.1
4.2
5.
5.1
5.2
Elektrizität und Magnetismus (statisch, in Absprache mit E-Technik: nur Felder)
Elektrisches Feld
1. Coulombsches Gesetz
2. elektrische Feldstärke und Potential
(Überlagerung von Punktladungen, Vollkugel, Spitzeneffekt, Plattenkondensator)
3. Leiter im elektrischen Feld, Influenz
4. Dielektrika im elektrischen Feld, Dielektrische Verschiebungsdichte, E- und D-Feld an Grenzflächen
5. Kapazität, Energie des elektrischen Feldes
Magnetfeld
1. magnetische Feldstärke, Durchflutungsgesetz
2. Kräfte auf magnetische Dipole, magnetische Flussdichte
3. Kräfte auf bewegte Ladungen: Lorentzkraft, Hall-Effekt
4. Induktionsgesetz,
5. Induktion, Energie des magnetischen Feldes
Schwingungen und Wellen
Schwingungen
1. Bewegungsgleichung für ungedämpfte harmonische Schwingung: Federschwinger
2. allgemeine Lösung, Analogie zur Kreisbewegung, Veranschaulichung in der komplexen Ebene
3. weitere Beispiele für mechanische schwingungsfähige Systeme
( Torsionspendel, mathematisches und physikalisches Pendel)
4. freie gedämpfte Schwingung (3 Fälle, elektrischer Schwingkreis)
5. erzwungene Schwingung (Resonanz, Absorption und Dispersion von Licht)
6. Überlagerung von Schwingungen ( Schwebungen, Modulation, Lissajous-Figuren)
7. Gekoppelte Schwingung (Energieübertragung)
8. Fourier-Analyse und -Synthese
Wellen (wenn Zeit bleibt)
1. Natur der Wellenerscheinungen (Wellengleichung): Saite, Schall und elektromagnetische Wellen
2. harmonische Wellen, Phasengeschwindigkeit
3. Energietransport, Intensität
4. Huygens’sches und Fermat’sches Prinzip
5. Reflexion, Brechung und Beugung
6. Überlagerung von Wellen, Interferenz, stehende Wellen
7. Doppler-Effekt
2