Physik für technische Berufe (eBook)

Physikalisch-technische Grundlagen, Formelsammlung, Versuchsbeschreibungen, Aufgaben mit ausführlichen Lösungen

Alfred Böge, Jürgen Eichler (Autoren)

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2008 | 11. Auflage
X, 390 Seiten
Vieweg+Teubner (GWV) (Verlag)
978-3-8348-9478-6 (ISBN)

Infos

Als Lehr- und Arbeitsbuch hat sich die Physik von Böge seit über 30 Jahren bewährt. Mit überschaubarem Umfang ist es besonders für Schulformen mit einem geringen aber unverzichtbaren Anteil an Physik geeignet. Die Studierenden können mit diesem Buch leicht dem Lehrstoff im Unterricht folgen und ihre Kenntnisse bei der Hausarbeit schrittweise vertiefen. Hierzu trägt die auch im Lehrwerk Technische Mechanik bewährte Zweispaltigkeit bei: in der linken Spalte steht der Lehrtext und rechts daneben wird dieser durch Rechnungen und Zeichnungen ergänzt. In der 11. Auflage wurden ein Kapitel zur Atomphysik ergänzt sowie ein Beitrag zur Supraleitung aufgenommen.



Alfred Böge ist bekannter Fachbuchautor, Ingenieur und engagierter Pädagoge. Prof. Dr. rer. nat. habil. Jürgen Eichler lehrt an der Beuth Hochschule für Technik Berlin die Fachgebiete Physik und Lasertechnik.

Inhalt

Vorwort 6
Zu den Versuchen 7
Das griechische Alphabet 7
Inhaltsverzeichnis 8
1. Physikalische Größen und Einheiten 12
1.1. Definition der physikalischen Größe 12
1.2. Schreibweise physikalischer Größen 13
1.3. Skalare und Vektoren 13
1.4. Basisgrößen (Grundgrößen) und abgeleitete Größen 16
1.4.1. Basisgrößen 16
1.4.2. Abgeleitete Größen 16
1.5. Einheiten, Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten, kohärente Einheiten 16
1.5.1. Einheiten 16
1.5.2. Basiseinheiten 17
1.5.3. Abgeleitete Einheiten 17
1.5.4. Kohärente Einheiten 17
1.5.5. Vielfache oder Bruchteile von Einheiten 17
1.6. Größengleichungen 18
1.6.1. Definition 18
1.6.2. Anwenden von Größengleichungen 18
1.6.3. Anwenden von Zahlenwertgleichungen 19
2. Bewegungen fester Körper 20
2.1. Eine Übersicht 20
2.2. Geschwindigkeit v und Beschleunigung a 21
2.2.1. Geschwindigkeit v 21
2.2.2. Geltungsbereich der Gleichung v = ?s /?t 22
2.2.3. Definition der Beschleunigung 23
2.2.4. Geltungsbereich fur a = ?v /?t 24
2.3. Das Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm 25
2.3.1. Die wichtigste Aussage des v-t-Diagramms 25
2.4. Ordnung und Gesetze der Bewegungsarten 26
2.4.1. Die gleichförmige Bewegung 26
2.4.2. Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung ohne Anfangsgeschwindigkeit 26
2.4.3. Die gleichmäßig verzögerte Bewegung ohne Endgeschwindigkeit 27
2.4.4 Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit 27
2.4.5. Die gleichmäßig verzögerte Bewegung mit Endgeschwindigkeit 28
2.4.6. Die mittlere Geschwindigkeit (Durchschnittsgeschwindigkeit) im v-t-Diagramm 29
2.5. Lösen von Aufgaben der gleichmäßig beschleunigten oder verzögerten Bewegung nach Plan 29
2.6. Die speziellen Größen der Kreisbewegung 30
2.6.1. Vorüberlegung und Feststellung 30
2.6.2. Winkelgeschwindigkeit ? und Winkelbeschleunigung ? 31
2.6.2.1. Winkelgeschwindigkeit ? 31
2.6.2.2. Winkelgeschwindigkeit ? und Drehzahl n 32
2.6.2.3. Winkelbeschleunigung ? 33
2.6.3. Zusammenhang zwischen Drehwinkel- und Weggrößen 33
2.6.3.1. Winkelgeschwindigkeit ? und Umfangsgeschwindigkeit vu 33
2.6.3.2. Winkelbeschleunigung ? und Tangentialbeschleunigung a T 34
2.6.3.3. Zusammenstellung 34
2.6.4. Das ?-t-Diagramm entspricht dem v-t-Diagramm 35
2.6.5. Ordnung und Gesetze der Kreisbewegung 35
2.6.5.1. Die gleichförmige Drehung 35
2.6.5.2. Die gleichmäßig beschleunigte Drehung 36
2.6.5.3. Die gleichmäßig verzögerte Drehung 36
2.6.6. Lösen von Aufgaben der gleichmäßig beschleunigten oder verzögerten Kreisbewegung nach Plan 37
2.6.7. Gegenüberstellung einander entsprechender Größen der geradlinigen Bewegung und der Kreisbewegung 38
2.6.8. Die Zentripetalbeschleunigung az (Radialbeschleunigung) 38
2.6.8.1. Erste Herleitung 38
2.6.8.2. Zweite Herleitung (Überlagerungsprinzip) 39
2.7. Kraft und Masse 41
2.7.1. Die Kraft als Ursache jeder Bewegungsänderung 41
2.7.2. Die Masse m als Maß der Trägheit eines Körpers 42
2.7.3. Begriffe Kraft und Masse 44
2.7.4. Eine wichtige Erkenntnis zum Gleichgewicht 45
2.7.5. Die Krafteinheit Newton (N) 45
2.7.6. Gewichtskraft FG, Normfallbeschleunigung gn 46
2.7.7. Kraft und Gegenkraft 47
2.7.8. Lösungswege für Aufgaben mit Kraft und Masse 47
2.7.8.1. Lösungsweg über die resultierende Kraft Fres = m a 47
2.7.8.2. Lösungsweg über die Trägheitskraft T = m a (Prinzip von d’Alembert) 48
2.7.9. Die speziellen Größen der Kreisbewegung (Rotation) 50
2.7.9.1. Das dynamische Grundgesetz für die Rotation 50
2.7.9.2. Das Trägheitsmoment J 51
2.7.9.3. Beispiel der Entwicklung einer Formel für das Trägheitsmoment J (Kreisscheibe) 52
2.7.9.4. Die Formeln zur Berechnung des Trägheitsmoments für die technisch wichtigsten Körper 53
2.7.9.5. Zentripetalkraft und Zentrifugalkraft (Fliehkraft) 54
2.7.9.6. Zusammenhang zwischen Translation und Rotation (Analogiebetrachtung) 55
2.8. Die Gleitreibkraft FR 55
2.8.1. Definition der Gleitreibkraft 55
2.8.2. Definition der Gleitreibzahl 56
2.8.3. Definition der Haftreibzahl 57
2.8.4. Berechnung der Reibkraft 57
2.8.4.1. Das allgemeine Reibungsgesetz 57
2.8.4.2. Bestimmen der Normalkraft FN 58
2.8.4.3. Gleit- und Haftreibzahlen 59
2.9. Fahrwiderstand 59
2.10. Mechanische Arbeit und Energie, Energieerhaltungssatz 60
2.10.1. Der Arbeitsbegriff 60
2.10.2. Der Energiebegriff 61
2.10.3. Die Einheiten für Arbeit und Energie 61
2.10.4. Das Arbeitsdiagramm 62
2.10.4.1. Das Arbeitsdiagramm einer konstanten Kraft 62
2.10.4.2. Das Arbeitsdiagramm einer veränderlichen Kraft 63
2.10.5. Die speziellen Arbeits- und Energieformen 64
2.10.5.1. Hubarbeit Wh und potenzielle Energie Ep (Lageenergie) 64
2.10.5.2. Beschleunigungsarbeit Wb und kinetische Energie Ek (Bewegungsenergie) 65
2.10.5.3. Federarbeit Wf und Federenergie Ef elastischer Körper 66
2.10.5.4. Reibarbeit WR 68
2.10.5.5. Beschleunigungsarbeit Wrot und kinetische Energie Erot bei Rotation 69
2.10.6. Der Energieerhaltungssatz 70
2.10.6.1. Untersuchung 70
2.10.6.2. Ein Perpetuum mobile1) gibt es nicht 70
2.10.6.3. Der Energieerhaltungssatz als Arbeitsgleichung 71
2.10.6.4. Lösen von Aufgaben mit dem Energieerhaltungssatz 71
2.11. Leistung und Wirkungsgrad 73
2.11.1 Der Leistungsbegriff 73
2.11.2. Die Einheiten der Leistung 74
2.11.3. Die Leistung bei Drehbewegung 74
2.11.4. Der Wirkungsgrad 75
2.11.4.1. Definition des Wirkungsgrads 75
2.11.4.2. Der Gesamtwirkungsgrad 75
3. Ruhende Flüssigkeiten und Gase 76
3.1. Der Druckbegriff 76
3.2. Die Druckeinheiten 76
3.3. Besondere Druck-Kennzeichnungen 78
3.4. Normzustand, Normvolumen, Normdichte 78
3.5. Das Druck-Ausbreitungsgesetz für Flüssigkeiten 79
3.6. Einfluss der Schwerkraft auf den Druck in Flüssigkeiten 80
3.7. Der Auftrieb in Flüssigkeiten 80
3.8. Die Druck-Volumengesetze für Gase 81
4. Strömende Flüssigkeiten und Gase 82
4.1. Strömungsgeschwindigkeit w, Volumenstrom qv, Massenstrom qm 82
4.2. Die Kontinuitätsgleichung 82
4.3. Gültigkeitsbereich der Kontinuitätsgleichung 83
4.4. Der Energiehaltungssatz der Strömung (Bernoulli’sche Druckgl.) 83
4.4.1. Bekannte Begriffe, neuer Vorgang 83
4.4.2. Herleitung der Bernoulli’schen Druckgleichung für Leitungen mit Höhenunterschied 84
4.3.3. Beispiele zur Anwendung der Kontinuitätsgleichung und der Bernoulli’schen Druckgleichung 85
5. Wärmelehre 88
5.1. Wärmeausdehnung 88
5.1.1. Wärmeausdehnung von festen Körpern 88
5.1.2. Wärmeausdehnung von Flüssigkeiten 90
5.1.3. Wärmeausdehnung von Gasen (Temperatur-Volumengesetz) 91
5.2. Wärme und Arbeit 92
5.3. Spezifische Wärmekapazität 93
5.3.1. Bestimmen der spezifischen Wärmekapazität 93
5.3.2. Bestimmen der Wärme Q (Wärmemenge) 94
5.4. Spezifische Wärmekapazität 94
5.5. Die Mischungsregel 95
5.6. Die thermodynamische Temperatur T 95
5.7. Die Gaszustandsgleichung (allgemeine Gasgleichung) 97
5.7.1. Die zwei Ausgangsgleichungen 97
5.7.2. Zustandsänderung in zwei Schritten 97
5.7.3. Zusammenfassung der beiden Ausgangsgleichungen zur Gaszustandsgleichung 98
5.7.4. Die verschiedenen Formen der Gaszustandsgleichung 98
5.7.5. Die drei Spezialfälle einer Gaszustandsänderung 98
5.7.6. Die individuelle oder spezielle Gaskonstante 99
5.7.7. Die universelle Gaskonstante 100
5.7.8. Zusammenhang zwischen der speziellen Gaskonstanten Ri und den spezifischen Wärmekapazitäten cp, cv 101
5.8. Die Übertragung der Wärme 102
5.8.1. Übertragung durch Wärmeleitung 102
5.8.2. Übertragung durch Wärmeübergang 104
5.8.3. Übertragung durch Wärmedurchgang 105
5.8.4. Übertragung durch Wärmestrahlung 106
6. Mechanische Schwingungen 113
6.1. Beschreibung der mechanischen Schwingung 113
6.2. Die Rückstellkraft 113
6.3. Das Rückstellmoment 114
6.4. Die harmonische Schwingung 114
6.4.1. Beschreibung 114
6.4.2. Die Bewegungsgesetze der harmonischen Schwingung 115
6.4.3. Die grafische Darstellung der drei Bewegungsgesetze für die harmonische Schwingung 117
6.4.4. Zusammenstellung der wichtigsten Größen und Gleichungen der harmonischen Schwingung 118
6.4.5. Rückstellkraft FR, Richtgröße D und lineares Kraftgesetz bei der harmonischen Schwingung 119
6.5. Das Schraubenfederpendel 120
6.5.1. Rückstellkraft 120
6.5.2. Federrate und Richtgröße 121
6.5.3. Das lineare Kraftgesetz 121
6.5.4. Periodendauer T des Schraubenfederpendels 122
6.6. Das Torsionspendel 123
6.6.1. Federrate R, Rückstellmoment MR und Periodendauer T 123
6.6.2. Experimentelle Bestimmung von Trägheitsmomenten Periodendauer 124
6.7. Das Schwerependel (Fadenpendel) 125
6.8. Schwingung einer Flüssigkeitssäule 126
6.9. Analogiebetrachtung zum Schraubenfederpendel, Torsionspendel, Schwerependel und zur schwingenden Flüssigkeitssäule 127
6.10. Dämpfung, Energiezufuhr, erzwungene Schwingung, Resonanz 127
6.10.1. Dämpfung 127
6.10.2. Energieminderung durch Dämpfung 128
6.10.3. Energiezufuhr 128
6.10.4. Die erzwungene Schwingung und Resonanz 129
6.10.5. Das Amplituden-Frequenzschaubild 129
6.10.6. Phasenverschiebung und Erregerfrequenz 130
6.11. Koppelschwingungen 131
6.11.1. Untersuchung am gekoppelten Schwerependel 131
6.11.2. Anwendung: Schlingertank 132
6.12. Überlagerung von Schwingungen 132
6.13. Schwebungen 134
7. Mechanische Wellen 135
7.1. Formen, Entstehung und Ausbreitung linearer Wellen 135
7.1.1. Querwelle und Längswelle 135
7.1.2. Störungseingabe 135
7.1.3. Schwingung, Welle und Energietransport 136
7.2. Gleichung der harmonischen Welle 136
7.3. Polarisation von Querwellen 138
7.4. Entstehung und Ausbreitung flächenhafter Wellen (Oberflächenwellen) 139
7.5. Entstehung und Ausbreitung der Wellen im Raum 140
7.5.1. Beobachtungen im festen Körper 140
7.5.2. Beobachtungen in Flüssigkeiten und Gasen 141
7.6. Überlagerung gleich frequenter Wellen (Interferenz) 141
7.6.1. Beschreibung 141
7.6.2. Interferenzmaximum, Interferenzminimum und Auslöschung beim Überlagern harmonischer Wellen 142
7.6.3. Die Interferenzhyperbeln bei Kreiswellen 144
7.7. Huygens’sches1) Prinzip 145
7.8. Beugung 145
7.9. Reflexion 146
7.9.1. Reflexion von Seilwellen 146
7.9.2. Reflexion von Oberflächenwellen 147
7.10. Brechung von Wellen 147
7.11. Doppler-Effekt 148
7.11.1. Still stehender Erreger (E), bewegter Beobachter (B) 148
7.11.2. Bewegter Erreger (E), still stehender Beobachter (B) 149
7.11.3. Die Mach’sche1) Zahl 151
7.12. Stehende Wellen 152
7.13. Eigenschwingungen (stehende Wellen auf begrenztem Wellenträger) 153
7.14. Kennzeichen und Bedingungen fortschreitender und stehender Wellen 154
7.15. Mathematische Behandlung stehender Wellen 155
8. Akustik 156
8.1. Begriffsbestimmung und Einschränkung 156
8.2. Schallempfindungen 156
8.3. Die Tonhöhe 157
8.4. Die Schallschnelle v 157
8.5. Der Schalldruck p 157
8.6. Die Schallstärke J 157
8.7. Die Schallgeschwindigkeit c 159
8.7.1. Schallgeschwindigkeit ck in festen Körpern 160
8.7.2. Schallgeschwindigkeit cf in Flüssigkeiten 161
8.7.3. Schallgeschwindigkeit cg in Gasen 162
8.8. Das Schalldruck-Frequenz-Schaubild 162
8.9. Die Lautstärke L 163
8.10. Stehende Schallwellen 163
8.11. Schallsender, Lautsprecher, Mikrophone 164
8.12. Ultraschall 165
9. Optik 168
9.1. Einordnung und Ausbreitung des Lichts 168
9.1.1. Das elektromagnetische Spektrum 168
9.1.2. Lichtquellen 169
9.1.3. Spektren 169
9.1.3.1. Kontinuierliches- und Linienspektrum 169
9.1.3.2. Die Fraunhofer’schen Linien, Spektralanalyse 170
9.1.4. Die Schattenbildung 170
9.1.5. Die wichtigsten Größen der Photometrie 170
9.1.6. Die Lichtgeschwindigkeit c0, Brechzahl n 173
9.2. Wellenoptik 174
9.2.1. Interferenz des Lichts 175
9.2.1.1. Schematisierte und vereinfachte Darstellung 175
9.2.1.2. Genauere Betrachtung 176
9.2.2. Beugung des Lichts 177
9.2.3. Polarisation des Lichts 179
9.3. Geometrische Optik (Strahlenoptik) 180
9.3.1. Eine zweckmäßige Vorstellung 180
9.3.2. Reflexion des Lichts 180
9.3.2.1. Reflexionsgrad, Reflexionsarten 180
9.3.2.2. Der Planspiegel 182
9.3.3. Lichtbrechung an ebenen Flächen 182
9.3.3.1. Planfläche 182
9.3.3.2. Planparallele Platte 183
9.3.3.3. Prisma 183
9.3.4. Abbildung durch ebene Flächen 184
9.3.5. Totalreflexion 184
9.3.6. Linsen 185
9.3.6.1. Begriff und Arten 185
9.3.6.2. Abbildung durch Linsen 185
9.3.6.3. Bestimmung der Brennweite f 186
10. Elektrizitätslehre 187
10.1. Elektrische Ladung 187
10.1.1. Definition, Einheit, Elementarladung 187
10.1.2. Kräfte zwischen Ladungen 188
10.1.3. Coulomb’sches Gesetz 188
10.2. Elektrischer Gleichstromkreis 189
10.2.1. Elektrischer Strom 189
10.2.2. Elektrische Spannung 190
10.2.3. Widerstand und Ohm’sches Gesetz 190
10.2.4. Elektrische Energie und Leistung 193
10.2.5. Kirchhoff’sche Regeln 194
10.2.6. Messung elektrischer Größen 196
10.2.7. Spannungs- und Stromquellen 198
10.3. Elektrisches Feld 200
10.3.1. Elektrische Feldlinien 200
10.3.2. Influenz und Polarisation 201
10.3.3. Feldstärke und Spannung 202
10.3.4. Kondensator 203
10.4. Magnetisches Feld 205
10.4.1. Magnetische Feldstärke 205
10.4.2. Kräfte im Magnetfeld 208
10.4.3. Magnetische Materialien 209
10.5. Elektromagnetische Induktion 212
10.5.1. Induktionsgesetz 212
10.5.2. Selbstinduktion 215
10.6. Wechselstromkreis 216
10.6.1. Spannungsgeneratoren 216
10.6.2. Transformatoren 218
10.6.3. Impedanzen (Wechselstromwiderstände) 219
10.6.4. Leistung im Wechselstromkreis 222
10.6.5. Drehstrom 223
10.7. Elektromagnetische Schwingungen und Wellen 225
10.7.1. Elektrischer Schwingkreis 225
10.7.2. Elektromagnetische Wellen 227
10.7.3. Nachrichtenübertragung 229
10.8. Stromleitung in Vakuum, Gasen und Flüssigkeiten 230
10.8.1. Ströme im Vakuum 230
10.8.2. Ströme in Gasen 231
10.8.3. Leitung in Flüssigkeiten 233
10.9. Halbleiterbauelemente 234
10.9.1. Bändermodell 234
10.9.2. Dotierte Halbleiter 236
10.9.3. pn-Übergang 238
10.9.4. Transistor 239
10.9.5. Feldeffekttransistor 242
10.9.6. Optoelektronische Bauelemente 243
10.10. Supraleiter 244
11. Atomphysik 245
11.1. Bestandteile der Atome 245
11.1.1. Schematischer Aufbau der Atome 245
11.1.2. Lichtwellen und Photonen 247
11.1.3. Materiewellen 249
11.2. Aufbau der Atome 249
11.2.1. Wasserstoffatom 250
11.2.2. Deutung des Periodensystems 251
11.3. Licht und Laserstrahlung 252
11.3.1. Emission und Absorption von Licht 252
11.4. Hinweise zur Relativitätstheorie 256
12. Ausgewählte Versuche zu den physikalischen Grundlagen 257
12.1. Parallelogrammsatz, Gleichgewicht beim zentralen Kräftesystem 257
12.1.1. Versuchsaufbau 257
12.1.2. Versuchsbeschreibung 257
12.1.3. Ergebnisse 258
12.2. Trägheitskraft 259
= 259
12.2.1. Versuchsaufbau 259
12.2.2. Versuchsbeschreibung 260
12.2.3. Ergebnisse 260
12.3. Haft- und Gleitreibzahlen trockener Flächen 261
12.3.1. Versuchsaufbau 261
12.3.2. Versuchsbeschreibung 261
12.3.3. Ergebnisse 262
12.4. Federrate 263
zylindrischer Schraubenfedern 263
12.4.1. Versuchsaufbau 263
12.4.2. Versuchsbeschreibung 263
12.4.3. Ergebnisse 264
12.5. Elastizitätsmodul 266
(Hooke’sches Gesetz) 266
12.5.1. Versuchsaufbau 266
12.5.2. Versuchsbeschreibung 266
12.5.3. Ergebnisse 267
12.6. Wärmekapazität 268
eines Kalorimeters 268
12.6.1. Versuchsaufbau 268
12.6.2. Versuchsbeschreibung 268
12.6.3. Ergebnisse 268
12.7. Schmelzenthalpie (Schmelzwärme) 270
von Wasser 270
12.7.1. Versuchsaufbau 270
12.7.2. Versuchsbeschreibung 270
12.8. Mechanisches Wärmeäquivalent 271
12.8.1. Versuchsaufbau 271
12.8.2. Versuchsbeschreibung 272
12.8.3. Ergebnisse 272
12.9. Elektrisches Wärmeäquivalent 274
12.9.1. Versuchsaufbau 274
12.9.2. Versuchsbeschreibung 274
12.9.3. Ergebnisse 274
12.10. Periodendauer 275
eines Federpendels 275
12.10.1. Versuchaufbau 275
12.11. Federrate 276
(Richtgröße 276
einer zylindrischen Schraubenfeder 276
12.11.1. Versuchsaufbau 276
12.11.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnis 276
12.12. Trägheitsmoment 277
12.12.1. Versuchsaufbau 277
12.12.2. Versuchsbeschreibung 277
12.12.3. Ergebnisse 277
12.13.1. Versuchsaufbau 278
12.13.2. Versuchsbeschreibung 279
12.13.3. Ergebnisse 279
12.14. Querwellen auf der Schraubenfeder 280
12.14.1. Versuchsaufbau 280
12.14.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnisse 280
12.15. Polarisation mechanischer Querwellen 282
12.15.1. Versuchsaufbau 282
12.15.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnisse 282
12.16. Stehende Schallwellen 283
12.16.1. Versuchsaufbau 283
12.16.2. Versuchsbeschreibung 283
12.16.3. Ergebnisse 283
12.17. Elektrische Feldlinienbilder 284
12.17.1. Versuchsaufbau 284
12.17.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnisse 284
12.18. Magnetische Feldlinienbilder 285
12.18.1. Versuchsaufbau I 285
12.18.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnisse I 285
12.18.3. Versuchsaufbau II 285
12.19. Elektrischer Widerstand 286
12.19.1. Versuchsaufbau 286
12.19.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnisse 286
12.20. Elektrische Kapazität 287
12.20.1. Versuchsaufbau 287
12.20.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnisse 288
12.21. Induktionsgesetz 289
12.21.1. Versuchsaufbau 289
12.21.2. Versuchsbeschreibung und Ergebnisse 289
12.21.3. Diskussion 290
13. Aufgaben 291
13.1. Physikalische Größen und Einheiten 291
13.2. Bewegungen fester Körper 292
13.3. Ruhende Flüssigkeiten und Gase 305
13.4. Strömende Flüssigkeiten und Gase 306
13.5. Wärmelehre 308
13.6. Mechanische Schwingung 312
13.7. Mechanische Wellen und 13.8. Akustik 317
13.9. Optik 318
13.10. Elektrizitätslehre 321
14. Lösungen 324
14.1. Physikalische Größen und Einheiten 324
14.2. Bewegungen fester Körper 325
14.3. Ruhende Flüssigkeiten und Gase 350
14.4. Strömende Flüssigkeiten und Gase 352
14.5. Wärmelehre 355
14.6. Mechanische Schwingungen 361
14.7. Mechanische Wellen und 14.8. Akustik 366
14.9. Optik 368
14.10. Elektrizitätslehre 371
15. Formelsammlung 375
15.1. Beschleunigte geradlinige Bewegung 375
15.2. Verzögerte geradlinige Bewegung 376
15.3. Gleichförmige Kreisbewegung 377
15.4. Beschleunigte Kreisbewegung 378
15.5. Verzögerte Kreisbewegung 379
15.6. Kraft, Masse, Reibung 380
15.7. Mechanische Arbeit und Energie 381
15.8. Leistung und Wirkungsgrad 382
15.9. Flüssigkeiten und Gase (Hydrostatik und Hydrodynamik) 383
15.10. Wärmeausdehnung, Wärme und Arbeit, Mischungsregel, Kelvintemperatur 384
15.11. Gaszustandsgleichung (allgemeine Gasgleichung), Gaskonstante 385
15.12. Wärmeübertragung der Wärme 386
15.13. Mechanische Schwingung (harmonische Schwingung) 387
15.14. Mechanische Welle (harmonische Welle) 388
15.15. Akustik 389
15.16. Optik 390
15.17. Elektrizitätslehre 391
Sachwortverzeichnis 392
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Textauszug

2.7. Kraft und Masse (S. 30)

2.7.1. Die Kraft als Ursache jeder Bewegungsänderung

Über den Kraftbegriff kann man vieles lesen. Anerkanntes Ergebnis aller Überlegungen ist die Feststellung: Wenn ein Körper seine Form oder seinen Bewegungszustand ändert oder beides zugleich geschieht, kann gesagt werden: Es wirkt eine Kraft. Symbol für die Kraft ist der Buchstabe F (von force, engl. Kraft).

In der Technik versteht man unter „Körper" alle Bauteile, z.B. Wellen, Träger, Schrauben, Ketten. Ihre Formänderungen werden in der Festigkeitslehre behandelt (Elastizitätslehre). Ändert ein Körper seinen Bewegungszustand, so wird er beschleunigt oder verzögert. Auch Richtungsänderungen ergeben Beschleunigungen oder Verzögerungen (siehe 2.6, Seite 28, Zentripetalbeschleunigung).

Die Kraft F ist eine gerichtete physikalische Größe (Vektor), sie ist die Ursache jeder Bewegungs- und/oder Formänderung eines Körpers. Um Kräfte voneinander zu unterscheiden, benennt man sie entweder nach ihrer Ursache oder nach ihrer Wirkung. Soll angegeben werden, wodurch die Kraft zustande kommt, spricht man von: Muskelkraft, Windkraft, Magnetkraft, Federkraft, Reibkraft, Gewichtskraft, Handkraft usw. Soll die erreichte physikalische Wirkung angegeben werden, spricht man von: Bremskraft, Haltekraft, Beschleunigungskraft, Druckkraft, Schnittkraft, Vorschubkraft, Zugkraft usw.

Die Gewichtskraft FG ist von besonderer Bedeutung. Von ihr kann man sofort Richtung und Richtungssinn angeben. Gewichtskraft FG ist die Kraft, die ein Körper auf seine waagerechte Lage oder auf seine Aufhängung ausübt.

Beispiel der Formänderung:
Ein dünner Rundstahlstab biegt sich durch (Ursache Erdanziehungskraft = Gewichtskraft FG).

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 7.5.2008
• Co-Autor: Walter Schlemmer, Gert Böge
• Verlagsort: Wiesbaden
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Schlagworte: Akustik • Atomphysik • Einheiten • Elektrizität • Formelsammlung • Gase • Grundlagen • Lösungen • Optik • Physikalische Größe • Reibung • Wärmelehre • Wellen
• ISBN-10: 3-8348-9478-8 / 3834894788
• ISBN-13: 978-3-8348-9478-6 / 9783834894786