Steven Holzner - Übungsbuch Physik für Dummies

4 Über den Autoren Über den Autoren Steve Holzner war preisgekrönter Autor von mehr als 100 Büchern, darunter auch Physik für Dummies . Er studierte Physik am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und promovierte an der Cornell University. Er unterrichtete dort sowie am MIT mehr als zehn Jahre, wobei er auch Physik-Grundkurse gab. Widmung Widmung Für Nancy. Danksagung Danksagung An dem Buch, das Sie in Ihren Händen halten, haben viele Menschen mitgewirkt. Ganz besonders danke ich Tracy Boggier, Kelly Ewing, Kathy Simpson, Elizabeth Rea, James Kovalcin, Heather Kolter und Lynsey Osborn. Über die Übersetzer Über die Übersetzer Dr. Regine Freudenstein studierte Physik in Göttingen, Hannover und Kassel. Sie promovierte mit einer Arbeit über nanokristalline Schichten aus superhartem kubischem Bornitrid; ihr Spezialgebiet ist die Abscheidung, Charakterisierung und Anwendung von Nanoschichten mit herausragenden mechanischen Eigenschaften. Dr. Wilhelm Kulisch ist Privatdozent für Experimentalphysik an der Universität Kassel. Er studierte Physik in Münster und Kassel und arbeitete lange am Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik in Kassel im Bereich der Dünnschichttechnologie. Er beschäftigte sich unter anderem mit Nanoschichten für Computerchips, nanokristallinen superharten Materialien, Schichten mit molekularem Design sowie Nanobeschichtungen für künstliche Gelenke. Derzeit ist er an Nanodiamant und Kohlenstoff-Nanoröhrchen für biomedizinische Anwendungen interessiert.

5 Einleitung Einleitung Physik beschäftigt sich mit der Welt und all ihren Bestandteilen. Sie beschreibt die Welt und alles, was in ihr vorhanden ist und was in ihr vorgeht. Trotzdem haben manche Menschen den Eindruck, dass die Physik eine ihnen von außen auferlegte Last ist – etwas, durch das man irgendwie durchmuss. Das ist eigentlich eine Schande, denn es ist Ihre Welt, die die Physik beschreibt. Natürlich können physikalische Aufgaben auch manchmal schwierig sein. Aber dafür ist dieses Buch gedacht: Es soll Ihnen helfen, solche Aufgaben mit Leichtigkeit anzugehen. Die kirchhoffschen Gesetze? Kein Problem! Die Carnot-Maschine? Kein Grund zur Beunruhigung! Das finden Sie alles in diesem Buch. Wenn Sie es gelesen haben, sind Sie ein Profi in der Lösung von Physikaufgaben. Über dieses Buch Über dieses Buch Dieses Buch ist voll von physikalischen Aufgaben (das ist seine Zielsetzung); es beabsichtigt, Ihnen Lösungswege für die vielen Aufgaben aufzuzeigen, die Ihnen im Physikunterricht begegnen. In diesem Buch finden Sie Lösungen von Aufgaben, die denen im Physikunterricht ähneln. Wenn Sie lernen, wie man es macht, sollte die Lösung anderer Aufgaben ein Klacks sein. Sie können dieses Buch in jeder beliebigen Reihenfolge lesen; Sie müssen es nicht unbedingt von vorne nach hinten durcharbeiten. Wie alle … für Dummies -Bücher ist es so aufgebaut, dass Sie weitgehend frei darin umherschweifen können. Sie müssen nicht ein Kapitel nach dem anderen lesen, wenn Sie es nicht wollen. Dies ist Ihr Buch, und die Physik gehört Ihnen. Konventionen in diesem Buch Konventionen in diesem Buch In vielen Büchern werden zahlreiche Schreibweisen festgelegt, die man erst lernen muss, bevor man mit dem Lesen anfangen kann. In diesem Buch nicht. Alles, was Sie wissen müssen, ist, dass neue Begriffe in kursiver Schrift eingeführt werden. Darüber hinaus sollten Sie wissen, dass Vektoren, also die Größen, die sowohl einen Betrag als auch eine Richtung besitzen, fett gedruckt sind, wie zum Beispiel B . Dies sind alle Konventionen, die Sie kennen müssen; andere sind nicht notwendig. Falsche Voraussetzungen Falsche Voraussetzungen Ich gehe davon aus, dass Sie dieses Buch zusammen mit einem Physik-Lehrbuch benutzen, denn die Herleitungen physikalischer Gleichungen sind äußerst knapp gehalten. Der Schwerpunkt liegt auf der Lösung von Aufgaben, nicht in der Ableitung von Formeln. Daher sind einige Grundkenntnisse der Physik, die Sie hier benutzen werden, sehr hilfreich. Dieses Buch will Ihnen beim Wesentlichen helfen, es soll die Themen nicht von Grund auf entwickeln. Sie sollten auch etwas rechnen können. Sie müssen kein Algebraprofi sein, aber Sie sollten in der Lage sein, Terme von einer Seite einer Gleichung auf die andere zu bringen und Gleichungen mit Zahlen zu lösen. Werfen Sie einen Blick auf die Darstellung in Kapitel 1 , wenn Sie sich unsicher sind. Sie brauchen auch ein paar Grundbegriffe der Trigonometrie, aber nicht sehr tief gehend. Außerdem wird in Kapitel 1 alles, was notwendig ist – etwa Sinus und Kosinus –, noch einmal kurz wiederholt. Wie dieses Buch aufgebaut ist Wie dieses Buch aufgebaut ist Um die Arbeit mit diesem Buch zu erleichtern, ist es in sechs Teile gegliedert. Der folgende Abriss gibt einen Überblick, wie jeder Teil dazu beitragen wird, Ihnen bei Ihren Physikaufgaben zu helfen. Die Symbole in diesem Buch Die Symbole in diesem Buch In diesem Buch werden verschiedene Symbole benutzt, die die folgenden Bedeutungen haben: Dieses Symbol verweist auf nützliche Tipps, Ideen und abgekürzte Verfahren, die helfen, Zeit zu sparen, oder auf andere Wege hindeuten, eine Aufgabe anzugehen. Dieses Symbol verweist auf physikalische Gesetze oder besonders nützliche Gleichungen, die man sich merken sollte. Dieses Symbol verweist auf Beispiele, die zeigen, wie man eine bestimmte Art von Aufgaben angeht. Bei diesem Symbol finden Sie die Lösungen zu den Beispiel-Aufgaben. Los geht's Los geht's Sie sind nun bereit, sich das erste Kapitel vorzunehmen. Natürlich müssen Sie nicht dort beginnen, Sie können überall anfangen. Dieses Buch wurde so geschrieben, dass das möglich ist. Wenn Sie aber einige wichtige, allgemeine Grundlagen für das Lösen von Aufgaben kennenlernen wollen, starten Sie mit Kapitel 1 .

6 Teil I: Physik in Bewegung Teil I Kapitel 1: Einstieg in die Physik Kapitel 1 Das Weltall vermessen Vereinfachung durch wissenschaftliche Schreibweise Umrechnung von Einheiten Mehrstufige Umrechnungen Umrechnung von Zeitangaben Beschränkung auf signifikante Stellen Auffrischung einiger Algebra-Kenntnisse Ihre Trigonometrie-Kenntnisse auffrischen Lösungen der Aufgaben in diesem Kapitel Kapitel 2: Die großen Drei: Beschleunigung, Weg und Zeit Von A nach B: Wege Den Tacho ablesen Bleifuß oder ganz sachte: Beschleunigung Die Verbindung von Beschleunigung, Zeit und Weg Die Verbindung von Geschwindigkeit, Beschleunigung und Weg Lösungen der Aufgaben in diesem Kapitel Kapitel 3: Vektoren: Die Richtung muss stimmen Was Vektoren sind Noch eine Darstellung: Vektorkomponenten Von Länge und Winkel zu den Komponenten … … und wieder zurück Das Addieren von Vektoren Bewegung als Vektor Lösungen der Aufgaben in diesem Kapitel

7 Teil II: Mit voller Kraft Kapitel 4: Kraft anwenden Das erste newtonsche Gesetz Das zweite newtonsche Gesetz Kraft ist ein Vektor Wie Sie Gesamtkraft und Beschleunigung ausrechnen Gewicht und Masse unterscheiden Das dritte newtonsche Gesetz Lösungen der Aufgaben in diesem Kapitel Kapitel 5: Mit schiefen Ebenen arbeiten Schiefe Vektoren Beschleunigung auf der Rampe Die Rampe herunterrutschen: Geschwindigkeit Macht viel Mühe: Der Reibungskoeffizient Wenn sich gar nichts bewegt: Haftreibung Immer in Bewegung bleiben: Gleitreibung Haftreibung entlang einer Rampe Gleitreibung entlang einer Rampe Beschleunigung mit Reibung Lösungen der Aufgaben in diesem Kapitel Kapitel 6: Immer rundherum: Kreisbewegung Winkel umrechnen Umlaufzeit und Frequenz Das andere Tempo: Die Winkelgeschwindigkeit Rasende Rotation: Winkelbeschleunigung Winkelgeschwindigkeit, Winkelbeschleunigung und Winkel Mehr Rechnungen mit Winkelbeschleunigung, Winkel und Winkelgeschwindigkeit Was die Sache zusammenhält: Die Zentripetalbeschleunigung Was dahintersteckt: Die Zentripetalkraft Lösungen der Aufgaben in diesem Kapitel