Über den Autor 9

Einführung 23

Über dieses Buch 23

Konventionen in diesem Buch 23

Was Sie nicht lesen müssen 24

Törichte Annahmen über den Leser 24

Wie dieses Buch aufgebaut ist 24

Teil I: Die Grundlagen 24

Teil II: Mögen die Kräfte der Physik mit Ihnen sein 25

Teil III: Energie und Arbeit 25

Teil IV: Alles über Wärme 25

Teil V: Elektrischer Strom und Magnete 25

Teil VI: Der Top-Ten-Teil 25

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 26

Wie es weitergeht 26

Teil I Die Grundlagen 27

Kapitel 1 Mit Physik die Welt verstehen 29

Womit sich die Physik beschäftigt 29

Mit Bewegung fängt es an 30

Überall ist Energie 31

Warm und gemütlich 32

Vom Blitzschlag zum Laserstrahl 32

Verrückt, verrückter ... Physik! 33

Kapitel 2 Die Grundlagen verstehen 35

Nicht erschrecken, es ist nur Physik 36

Messen und Voraussagen 37

Die Einheiten im Auge behalten 38

Von Meter zu Ellen und zurück: Einheiten umrechnen 39

Nieder mit den Nullen: Die wissenschaftliche Schreibweise 41

Die Genauigkeit von Messwerten 42

Ziffern, die zählen 42

Fehler zugeben 43

Etwas einfache Algebra 44

... und noch ein bisschen Trigonometrie 45

Kapitel 3 Geschwindigkeit ist keine Hexerei 47

Strecken und Entfernungen 48

Achsen gliedern die Welt 49

Von der Strecke zur Geschwindigkeit 50

Was ist eigentlich Geschwindigkeit? 51

Ein Blick auf den Tacho: Momentangeschwindigkeit 52

Gleichmäßig voran: Konstante Geschwindigkeit 52

Stop-and-go: Wechselnde Geschwindigkeit 52

Mittelmaß: Durchschnittsgeschwindigkeit 52

Mittlere gegen konstante Geschwindigkeit 53

Schneller oder langsamer: Beschleunigung 54

Die Definition der Beschleunigung 55

Die Einheit der Beschleunigung 55

Positive und negative Beschleunigungen 57

Mittlere und momentane Beschleunigung 57

Konstante und variable Beschleunigung 57

Die Beziehung zwischen Beschleunigung, Zeit und Strecke 58

Eine nahe liegende Beziehung 58

Noch mehr Geschwindigkeit 59

Die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Beschleunigung und Strecke 61

Kapitel 4 Richtungsweisend: Wo geht es lang? 63

Vektoren verstehen 63

Orientierungshilfe: Das Vektorprinzip 64

Von A nach B: Vektoren addieren 65

Neue Wege gehen: Vektoren subtrahieren 66

Zahlenspiele mit Vektoren 67

Vektoren und ihre Komponenten 69

Komponenten von Vektoren aus Beträgen und Winkeln bestimmen 69

Beträge und Winkel aus Vektorkomponenten bestimmen 71

Vektoren enträtseln 73

Strecken sind auch Vektoren 74

Noch ein Vektor: Geschwindigkeit 75

Einer geht noch: Beschleunigung 75

Im Bann der Schwerkraft: Der freie Fall 77

Teil II Mögen Die Kräfte Der Physik Mit Ihnen Sein 81

Kapitel 5 Ziehen und Schieben: Kräfte 83

Kräfte walten überall 83

Bühne frei für das erste newtonsche Gesetz 84

In Schwung kommen: Masse und Trägheit 85

Maße für Masse 86

Darf ich vorstellen: Das zweite newtonsche Gesetz 86

Krafteinheit 87

Resultierende Kräfte 87

Das große Finale: Das dritte newtonsche Gesetz 92

Reibung und das dritte newtonsche Gesetz 93

Winkel und Kräfte im dritten newtonschen Gesetz 95

Im Gleichgewicht 97

Kapitel 6 Auf der schiefen Bahn: Geneigte Ebenen und Reibung 101

Nur nicht runterziehen lassen: Gravitation 101

Rolltreppe abwärts: Die schiefe Ebene 102

Winkelzüge 103

Beschleunigung macht Spaß 105

Reibereien 105

Reibung und Normalkraft 106

Der Reibungskoeffizient 106

Haften und Gleiten 108

Mit Reibung bergauf 109

Schwerkraft und Flugbahnen 114

Hoch hinaus: Die Maximalhöhe 114

In höchste Höhen: Flugzeit 115

Hin und zurück: Die gesamte Flugdauer 115

Ein Schuss in einem beliebigen Winkel 116

Kapitel 7 Ringelreihen und Kettenkarussell: Kreisbewegungen 119

Immer rundherum: Gleichförmige Kreisbewegung 120

Richtungsänderung: Die Zentripetalbeschleunigung 121

Unter dem Einfluss der Zentripetalbeschleunigung 122

Der Betrag der Zentripetalbeschleunigung 122

Wie am Schnürchen: Zentripetalkraft 122

Mit Vollgas durch die Kurve: Die Zentripetalkraft hilft 124

Winkelkoordinaten: Entfernung, Geschwindigkeit, Beschleunigung 126

Der Apfel fällt nicht weit vom Stamm: Das newtonsche Gravitationsgesetz 128

Gravitation an der Erdoberfläche: Die Erdbeschleunigung 129

Kreisbahnen und das Gravitationsgesetz 130

Rundherum: Vertikale Kreisbewegung 134

Teil III Energie Und Arbeit 137

Kapitel 8 Physik in Aktion 139

Es ist nicht so, wie Sie denken ... 139

Arbeit messen 140

Gewichte stemmen 140

Zug um Zug 141

Negative Arbeit 142

Mit Schwung voran: Kinetische Energie 143

Eine Formel für die kinetische Energie 144

Kinetische Energie in der Praxis 145

Das wahre Leben: Resultierende Kräfte 147

Energievorrat: Potenzielle Energie 148

Der Kampf gegen die Schwerkraft 149

Bäumchen, wechsle dich! Die Umwandlung von kinetischer in potenzielle Energie 150

Am Scheideweg: Konservative und nicht-konservative Kräfte 150

Vorwärts, rückwärts, rundherum: Energieerhaltung 152

Wie im freien Fall 153

Hoch hinaus 154

Arbeite schneller, die Leistung zählt! 154

Leistung messen 155

Was Leistung sonst noch bedeutet 156

Kapitel 9 Schwungvoll: Impuls und Kraftstoß 157

Rempelei: Der Kraftstoß 157

Impulse geben 159

Der Zusammenhang zwischen Impuls und Kraftstoß 160

Noch einmal Poolbillard: Kraftstoß und Impuls 161

Kraftvoll durch den Regen 162

Impulserhaltung 163

Geschwindigkeit im Griff: Impulserhaltung in der Praxis 164

Impulserhaltung und Schussgeschwindigkeit 165

Auto gegen Auto: Elastische und inelastische Stöße 167

Kapitel 10 Wie man's dreht und wendet: Rotationsbewegungen 173

Von der geradlinigen Bewegung zur Rotation 173

Die Tangentialbewegung 174

Die Tangentialgeschwindigkeit 174

Die Tangentialbeschleunigung 176

Die Zentripetalbeschleunigung 177

Vektoren und Rotationsbewegungen 178

Der Vektor der Winkelgeschwindigkeit 178

Der Vektor der Winkelbeschleunigung 179

Drehen und Wenden: Das Drehmoment 180

Die Drehmomentgleichung 181

Hebelarme verstehen 183

Drehmomente bestimmen 183

Das Drehmoment als Vektor 185

Nicht wackeln: Rotationsgleichgewicht 186

Flagge zeigen: Immer schön im Gleichgewicht 186

Ein Rotationsgleichgewicht mit Reibung 188

Kapitel 11 Immer rundherum: Dynamik von Rotationsbewegungen 191

Das zweite newtonsche Gesetz in Rotation 191

Tangentialbeschleunigung und Winkelbeschleunigung 193

Das Trägheitsmoment 193

Das Trägheitsmoment unter der Lupe 194

Angewandte Trägheit: Drehmomente im CD-Player 195

Winkelbeschleunigung und Drehmoment: Noch ein Beispiel 197

Arbeit und kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 198

In der Tretmühle: Arbeit bei Rotationen 198

Kinetische Energie bei Rotationsbewegungen 200

Die kinetische Energie der Rotation auf einer Rampe 201

Nicht zu bremsen: Der Drehimpuls 203

Die Drehimpulserhaltung 204

Satellitenbahnen: Die Drehimpulserhaltung in der Praxis 204

Kapitel 12 Hin und her, hin und her: Harmonische Bewegungen 207

Federkraft: Das hookesche Gesetz 207

Immer schön nachfedern 208

Das hookesche Gesetz und die Richtung der Kraft 209

Die einfache harmonische Bewegung 209

Senkrecht und waagerecht 210

Ein genauerer Blick auf die harmonische Bewegung 211

Die Kreisfrequenz einer Masse an einer Feder 217

Die Energie in einfachen harmonischen Bewegungen 219

Schwingende Pendel 221

Teil IV Alles Über Wärme 223

Kapitel 13 Heiß auf Thermodynamik 225

Der Sprung ins warme Wasser 225

Das Thermometer sagt Celsius 226

US-Thermometer sagen Fahrenheit 226

Das Thermometer sagt Kelvin 226

Es wird warm: Längenausdehnung 227

Noch ein Koeffizient 228

Ein Beispiel für Gleisarbeiter 229

Es bleibt warm: Volumenausdehnung 230

Mit dem (Wärme-)Strom schwimmen 230

Die Phase ändert sich, die Temperatur nicht 233

Phasenumwandlung: Das Eis ist gebrochen! 233

Gut versteckt: Latente Wärme 234

Kapitel 14 Hier, nimm meine Jacke: Wärmeübertragung 237

In Wallung versetzt: Konvektion 237

Autsch, das war heiß! Wärmeleitung 239

Wovon die Wärmeleitung abhängt 239

Die Gleichung für die Wärmeleitung anwenden 241

Warme Strahlung 242

Die Strahlung ist da, auch wenn man sie nicht sieht 242

Schwarze Körper 244

Das Geheimnis der Avogadro-Zahl 245

Das Gasgesetz wird geschmiedet 246

Ein Beispiel: Der Druck eines idealen Gases 248

Alternativen: Die Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac 248

Gasmoleküle haben's eilig 249

Die Geschwindigkeit von Luftmolekülen 250

Die kinetische Energie eines idealen Gases 250

Kapitel 15 Wärme trifft Arbeit: Die Hauptsätze der Thermodynamik 253

Das thermische Gleichgewicht erreichen: Nullter Hauptsatz 253

Wärme und Arbeit erhalten: Der...