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Physik
0 Übersicht Die Grundlagen der Physik wurden traditionell ungefähr entsprechend der historischen Entwicklung der einzelnen Teilgebiete dargestellt, also etwa in der Reihenfolge: – – – – – – – – – –
Mechanik Schwingungen und Wellen Akustik Wärmelehre Elektrizitätslehre Optik Elektromagnetische Strahlung Atomphysik Kerne und Elementarteilchen Relativitätsprinzip.
In dieser Abfolge von Teilgebieten werden übergeordnete Prinzipien der Physik, wie z. B. das Feldkonzept, die vier grundlegenden Wechselwirkungsarten, oder die Wellenausbreitung, nicht sehr deutlich. Deshalb wurde in der vorliegenden Darstellung der Physik eine andere Systematik gewählt, die – ähnlich wie in den Feynman Lectures und in den Büchern von Alonso und Finn oder von Stroppe, vgl. den Abschnitt Literatur – von nur wenigen Grundkonzepten ausgeht, und hier zu einer Gliederung in drei Teile führt: ∗ Teil I: Teilchen und Teilchensysteme – Kinematik – Kraft und Impuls – Dynamik starrer Körper – Statistische Mechanik – Thermodynamik – Transporterscheinungen – Hydro- und Aerodynamik ∗ Teil II: Wechselwirkungen und Felder – Gravitationswechselwirkung – Elektrische Wechselwirkung – Magnetische Wechselwirkung – Zeitveränderliche elektromagnetische Felder
– Elektrische Stromkreise – Transport elektrischer Ladung: Leitungsmechanismen – Starke und schwache Wechselwirkung: Atomkerne und Elementarteilchen ∗ Teil III: Wellen und Quanten – Wellenausbreitung – Elektromagnetische Wellen – Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie – Reflexion und Brechung, Polarisation – Geometrische Optik – Interferenz und Beugung – Wellenaspekte bei der optischen Abbildung – Materiewellen. Hier können die systematischen Zusammenhänge in den verschiedenen Bereichen der Physik leichter als in der traditionellen Darstellung deutlich gemacht werden. Beispielsweise werden bei der Mechanik des Massenpunktes und der Teilchensysteme in Teil I die Relativitätsprinzipe (Galilei- und Lorentz-Transformation) bereits mitbehandelt, ebenso die Schwingungen. Starre Körper, Fluide und Gase werden als Teilchensysteme aufgefasst, und die Thermodynamik wird mithilfe der kinetischen Gastheorie als statistische Mechanik dargestellt. Die Transporterscheinungen (Diffusion, Wärmeleitung, Viskosität) werden als Nichtgleichgewichtsvorgänge im Anschluss an die thermodynamischen Gleichgewichtsprozesse (Kreisprozesse) behandelt. In Teil II werden die vier bekannten fundamentalen Wechselwirkungsarten (Gravitations-, elektromagnetische, starke und schwache Wechselwirkung) mit ihren Kraftfeldern im Zusammenhang besprochen, wobei das Schwergewicht naturgemäß bei der Elektrodynamik liegt. Die Atomstruktur wird einführend bei den elektrischen Leitungsmechanismen erläutert. Kernstruktur, -zerfall und -energiegewinnung finden
H. Czichos, M. Hennecke (Hrsg.), HÜTTE – Das Ingenieurwissen, DOI 10.1007/978-3-642-22850-6_2, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012
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H. Niedrig, M. Sternberg
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sich unter dem Stichwort Starke Wechselwirkung. Die Elementarteilchensystematik w
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