Christoph Kommer

Schwingungen und Wellen

Wir kommen endlich zu einem Lieblingsthema vieler Physiker. Hier dreht sich alles um Vorgange, die schwingen und irgendwie periodisch sind. Dabei wird Energie standig von einer Form in eine andere umgewandelt, und zwar im Idealfall ohne Verluste. In der Praxis kommt so etwas naturlich nicht vor, aber inzwischen sollte klar sein, dass Physiker erst einmal idealisieren, um ein Problem anzugehen, und sich dann um eventuelle Abweichungen vom Idealfall kummern.

Zustandsänderungen und Kreisprozesse

Wir haben jetzt endlich alle Werkzeuge zusammen, um Zustandsanderungen zu betrachten. Dabei wollen wir sehen, wie sich Gase unter Anderungen ihrer Parameter verhalten. Wir betrachten hier ausschlieslich ideale Gase, da diese einerseits eine sehr gute Nahrung fur viele reale Gase darstellen, und weil sie durch die simple ideale Gasgleichung beschrieben werden. Eine kompliziertere Herangehensweise wurden unsere Erkenntnis nicht verbessern.

Temperatur und Wärme

Thermodynamik wird in manchen Texten auch „Warmelehre“ genannt. Es geht also viel um Temperatur und was eine Temperaturanderung in verschiedenen Stoffen oder Korpern bewirkt. Eine ganz alltagliche Erscheinung ware zum Beispiel, dass Eis ab einer gewissen Temperatur anfangt, zu schmelzen. Die Thermodynamik beschaftigt sich aber auch mit der Theorie von Gasen und z. B. damit, wie diese auf sogenannte Zustandsanderungen reagieren. Daraus ergeben sich auch ganz fundamentale Erkenntnisse, wie z. B. dass man kein Perpetuum Mobile bauen kann, also eine Maschine, die Energie aus dem „Nichts“ erzeugt. Euch sind viele Grosen der Thermodynamik aus dem Alltag bekannt: Temperatur, Druck und Volumen begegnen uns standig.

Beugung an Spalt und Gitter

Interferenzphanomene werden meist mithilfe von Spalt- oder Gitterexperimenten demonstriert. Bei diesen wird in der Regel monochromatisches (d. h. Lichtwellen gleicher Wellenlange) und koharentes Licht, heutzutage einfach durch Laser (siehe Exkurs 23.1) erzeugt, auf einen oder mehrere kleine Spaltblenden gerichtet und das Interferenzmuster auf einem Schirm hinter dem Spalt oder Gitter beobachtet. Das klingt zunachst nach einem sehr einfachen und unspektakularen Aufbau, jedoch darf man die Erkenntnisse dieser Experimente nicht unterschatzen.

Kräfte und Bewegung im Kraftfeld

Inertialsysteme, wie sie in Abschnitt 1.3 beschrieben sind, sind fur uns ganz streng genommen nicht alltaglich. Denn: Keiner von uns ist in einem Inertialsystem, wir erfahren durch die Erde standig eine Schwer- bzw.

Physik ausgedehnter Körper und Rotation

In diesem Kapitel gehen wir nun zum ersten Mal weg von der Physik der Massenpunkte und hin zu Masseverteilungen oder Ansammlungen von Massenpunkten, die starr miteinander verbunden sind. Daraus ergeben sich verschiedene neue Phanomene, die es zu beherrschen gilt.

Welleneigenschaften des Lichts

In der Elektrodynamik wurde ja schon erklart, dass Licht aus Wellen besteht. Doch wie kommt es, dass wir nahezu fehlerlos mit Strahlen konstruieren konnen, wie im vorigen Kapitel? Wellen und Strahlen sind doch etwas vollig Unterschiedliches? Nun ja, in der Physik ist es haufig eine Frage der Genauigkeit und der Skala, auf der man Dinge betrachten will. Die Strahlenoptik bzw. die geometrische Optik ist dabei ein Spezialfall, der vor allem fur sichtbares Licht im Alltag haufig ausreicht.

Physik der Fluide: Hydrostatik und -dynamik

Hydrostatik und -dynamik klingen als rohe Begriffe furs Erste sehr fancy; sie sind es auch! Vor allem die Hydrodynamik gehort eigentlich zu den komplexesten Teilgebieten der Physik: unlosbare Differenzialgleichungssysteme und viel Funktionentheorie!

Energie und Arbeit

Dadurch, dass der Begriff „Energie“ standig in unserem Alltag fur allerlei Dinge verwendet wird, die nichts mit der physikalischen Energie zu tun haben, ist seine physikalische Definition umso wichtiger fur euch als Nebenfachstudierende. Oft kommt es zu ungewollten, ungunstigen und unnotigen Verwechslungen oder Verwirrung. Die Einheit der Energie ist Joule, also [E] = J = N · m = kg · m2/s2, und sie ist eine skalare Grose: klar, Energie hat keine Richtung. Aber, wie so oft im Leben, fangen wir mit der Arbeit an.

Atom- und Molekülphysik

Auch wenn man denken konnte, dass es bei der Atomphysik um Atombomben und Atomkraftwerke geht (was vielmehr Teil der Kernphysik im Bereich Kernspaltung ist) hat das Folgende damit nichts zu tun! Wir wollen stattdessen endlich ein paar Faden mit Hinblick auf verschiedene Anwendungen zusammenfuhren. Dabei wollen wir die halbklassische (was das bedeutet, werden wir gleich sehen) Theorie des sogenannten Bohr’schen Atommodells mit der Quantenmechanik vereinigen, um eine Theorie der Physik der Atomhullen und der Molekule zu entwerfen. Dies fuhrt uns zur Orbitaltheorie und zu den Atom- und Molekulspektren, die in den Naturwissenschaften von groser Bedeutung sind. In der Quantenmechanik hatten wir schon die Losung der Schrodinger-Gleichung fur Potenzialtopfe angesprochen.