Opa, was macht ein Physiker?. Physik für Jung und Alt. Erlebnis Wissenschaft (German Version)

  • ID: 2986021
  • Book
  • 270 Pages
  • John Wiley and Sons Ltd
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Was für eine schöne Idee! Siegfried Hess erklärt allen Menschen ab 10 Jahren, was die Welt im Innersten zusammenhält und was die Physik damit zu tun hat. Die Grundlagen dafür beginnen mit der Mechanik. Wussten Sie, dass es eine himmlische, eine irdische und eine höllische Mechanik gibt? Die himmlische

Mechanik erklärt die Bewegung der Erde um die Sonne und die des Mondes um die Erde. Die irdische beschäftigt sich mit der Mechanik auf der Erde – u. a. mit Rädern, Hebeln, dem Fliegen oder Reibung und Bewegungen, und die höllische Mechanik schließlich behandelt den Flug und die Wirkung von Kanonenkugeln und anderen Geschossen.

Forscher und ihre Entdeckungen: von Heinrich Hertz bis zu Max Planck

Was die klassische Mechanik nicht erklären kann – die Physik der Atome und Moleküle und ihre Wechselwirkung mit Licht –, das erklärt die Quantenmechanik. Hess stellt– wie auch schon zuvor – Forscher und Entdecker vor und bringt den Lesern so das Gebiet der Quantenmechanik nahe.

Wer eine Auflockerung dazwischen braucht, der kann sich mit dem »Teekesselspiel « vergnügen oder die Fantasiegeschichte »Was wäre, wenn an der Planck– Konstanten gedreht wird?« lesen. Mitwirkende: Albert Einstein, Max Planck und Max von Laue und viele andere … frei erfunden von Siegfried Hess.

Siegfried Hess war Professor für Physik am Institut für Theoretische Physik der Technischen Universität Berlin. Er wirkte sowohl als Projektleiter als auch als Gutachter bei nationalen und internationalen Forschungskooperationen mit und erlebte dabei die Wichtigkeit der fachübergreifenden Wissensvermittlung

hautnah.
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Über den Autor V

Vorwort XIII

1 Physik – was ist das? 1

2 Mechanik 5

2.1 Hebel 5

2.2 Auftrieb 9

2.3 Stabilität, Schwerpunkt 14

2.4 Fallgesetze 16

2.5 Pendel 19

2.6 Kurven, Graphen und Funktionen 22

2.6.1 Steigung, zeitliche Änderung, Ableitung∗ 29

2.6.2 Formeln für Funktionen∗ 34

2.7 Energie 37

2.8 Arbeit, Leistung 43

2.9 Masse, Trägheit, Impuls 44

2.10 Kraft, Bewegungsgleichung 47

2.11 Sonne und Planeten 52

2.12 Newton, Mond und Erde 62

2.12.1 Formeln für Newton und die Gravitation∗ 68

2.13 Energie bei der Planetenbewegung 70

2.14 Kraft und Potential∗ 74

2.15 Drehimpuls 81

2.16 Laplace–Runge–Lenz–Vektor und Perihel–Drehung∗ 83

2.17 Rechnen mit Vektoren∗ 84

2.18 Vorhersage und Chaos 91

2.18.1 Ein Streit über Chaos∗ 97

2.19 Zwangskräfte, d’Alembert, Lagrange I und Gauß∗ 99

2.20 Verallgemeinerte Koordinaten, Lagrange II∗ 104

2.21 Pendelbewegungen 107

2.22 Hamilton–Prinzip und Hamilton–Gleichungen∗ 114

2.23 Phasenraum, Liouville∗ 118

2.24 Bewegung in beschleunigten Bezugssystemen∗ 122

2.25 Kreisel, Euler∗ 127

2.26 Berechnung von Bewegungen∗ 131

2.27 Grenzen der Mechanik 134

2.28 Einheiten und Dimensionen∗ 136

2.29 Quadrat und Potenzen, große und kleine Zahlen 140

3 Quanten–Mechanik 145

3.1 Warum Quanten–Mechanik? 145

3.2 Planck, Einstein und die Quanten 148

3.3 Bohr, Sommerfeld: Atombau und Spektrallinien 153

3.4 Heisenbergs Unschärfe–Relation 157

3.5 Form und Stabilität desWasserstoff–Atoms imGrundzustand 163

3.6 de Broglie, Schrödinger und Wellenfunktionen 169

3.6.1 Beugung am Spalt und am Doppel–Spalt 172

3.7 Tunnel–Effekt 176

3.8 Drehimpuls und Spin, Stern–Gerlach–Experiment 179

3.9 Pauli, Atome und Periodensystem 184

3.10 Helium–Atom und Wasserstoff–Molekül 188

3.11 Wasserstoff–Isotope und Helium–Isotope 193

3.12 Fermionen und Bosonen 194

3.13 Strahlung und Auswahlregeln∗ 197

3.14 Dirac und das relativistische Elektron∗ 201

3.15 Erzeugung und Vernichtung von Teilchen∗ 204

3.16 Was wäre, wenn an der Planck–Konstanten gedreht wird? 206

4 Erhaltungssätze und Symmetrien 213

4.1 Der vermisste Autoschlüssel 213

4.2 Wann gelten Erhaltungssätze? 213

4.3 Das Noether–Theorem 214

4.4 Translations–Invarianz 215

4.5 Rotations–Invarianz 216

4.6 Verschiebung des Zeit–Nullpunktes 217

4.7 Paritäts–Operation und Paritäts–Invarianz 218

4.8 Verletzung der Paritäts–Invarianz und Pauli 220

4.8.1 Verletzt der Antrieb eines Schiffes mit einer Schraube die Parität? 222

4.9 Zeitumkehr–Invarianz 225

5 Verstehen 227

Anhang 235

A.1 Teekessel 235

A.2 Physiker und Mathematiker, Astronomen, Chemiker und Ingenieure 241

Bildnachweis 245

Nachwort 247

Dank 249

Stichwortverzeichnis 251

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