Skript der Vorlesung vom 1. November 2019

Vorlesung Physik I für Ingenieurstudiengänge
Übungen Physik I für Ingenieurstudiengänge
Physikalisches Praktikum für Ingenieurstudiengänge (nur für BSYT und Nachholer)
Hinweise zur Prüfungsklausur für Ingenieurstudiengänge (nur für Matrikel 2018 und älter)  

Vorlesung Physik II für Ingenieurstudiengänge
Übungen Physik II für Ingenieurstudiengänge



Physik I für Ingenieurstudiengänge

(Wintersemester 2019/2020)




Prof. Dr. rer. nat. habil. Rüdiger Goldhahn
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fakultät für Naturwissenschaften
Institut für Physik



Gliederung der Vorlesung



Vorlesung   Lehrbuch-    Themen
kapitel
Mechanik der Punktmasse und des starren Körpers

1. 2Physikalische Größen und Einheiten
- SI-Basiseinheiten, abgeleitete Einheiten

3Kinematik der Punktmasse
- Raum, Zeit, Bezugssystem
- Die gleichförmige Bewegung
- Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung
- Freier Fall. Senkrechter Wurf
- Allgemeine Definition von Geschwindigkeit und Beschleunigung. Ungleichmäßig beschleunigte Bewegung
- Geschwindigkeit und Beschleunigung als Vektoren. Zusammengesetzte Bewegung
- Die gleichförmige Kreisbewegung
- Die ungleichförmige Kreisbewegung

2. 4Dynamik der Punktmasse
- Der Kraftbegriff in der Physik. Zusammensetzung und Zerlegung von Kräften
- Das Trägheitsgesetz (1. NEWTONsches Axiom)
- Das Grundgesetz der Dynamik (2. NEWTONsches Axiom)
- Träge und schwere Masse. Gewichtskraft. Radialkraft
- Kraftstoß. Impuls (Bewegungsgröße)
- Lösung der Bewegungsgleichung für konstante Kraft. Die Wurfbewegung
- Das Wechselwirkungsprinzip (3. NEWTONsches Axiom)

3. 5Bewegte Bezugssysteme
- Geradlinig beschleunigte Bezugssysteme. Trägheitskräfte
- Gleichförmig rotierende Bezugssysteme. Zentrifugalkraft, CORIOLIS-Kraft
- Inertialsysteme. Relativitätsprinzip der klassischen Mechanik
- Grundzüge der speziellen Relativitätstheorie

4. 7Arbeit und Energie
- Arbeit
- Leistung. Wirkung
- Der Energiebegriff. Potentielle und kinetische Energie
- Das Gesetz von der Erhaltung der Energie (Energiesatz)
- Äquivalenz von Masse und Energie
8- Gravitationsgesetz, Arbeit gegen die Schwerkraft
- Kosmische Geschwindigkeiten

5. 9Dynamik der Punktmassen-Systeme
- Impulserhaltungssatz. Massenmittelpunkt
- Die Gesetze des Stoßes
- Raketenantrieb

6.10Statik des starren Körpers
- Freiheitsgrade des starren Körpers
- Kräfte am starren Körper. Drehmoment. Gleichgewichtsbedingungen
- Kräftepaar
- Der Schwerpunkt
- Arten des Gleichgewichts

11Dynamik des starren Körpers (1)
- Bewegung eines frei beweglichen Körpers bei Einwirkung einer Kraft
- Kinetische Energie der Drehbewegung. Massenträgheitsmoment

7.11Dynamik des starren Körpers (2)
- Arbeit und Leistung bei der Drehbewegung. Grundgesetz der Dynamik
- Der Drehimpuls (Drall). Drehimpulserhaltungssatz
- Kreiselbewegungen. Freie Achsen
- Bewegung des symmetrischen Kreisels (Präzession)

Mechanik der Fluide

8.14Ruhende Flüssigkeiten und Gase
- Druck in Flüssigkeiten (hydrostatischer Druck)
- Schweredruck. Auftrieb. Schwimmstabilität
- Druck in Gasen. Zusammenhang zwischen Druck, Volumen und Dichte
- Schweredruck in Gasen. Barometrische Höhenformel
- Erscheinungen an Grenzflächen. Oberflächenspannung
- Benetzung und Kapillarwirkung

9.15Strömungen idealer Flüssigkeiten und Gase
- Das Strömungsfeld. Kennzeichnung und Einteilung von Strömungen
- Strömungen idealer Fluide. Kontinuitätsgleichung
- Die BERNOULLIsche Gleichung. Druckmessung

10.15Strömungen realer Flüssigkeiten und Gase
- Laminare Strömung
- Gesetze von HAGEN-POISEUILLE und STOKES
- Umströmung durch reale Flüssigkeiten und Gase. REYNOLDS-Zahl

Thermodynamik und Gaskinetik

11.16Verhalten der Körper bei Temperaturänderung
- Die Temperatur und ihre Messung
- Thermische Ausdehnung fester und flüssiger Körper
- Durch Änderung der Temperatur bewirkte Zustandsänderung der Gase
- Der absolute Nullpunkt
- Die thermische Zustandsgleichung des idealen Gases

17Der I. Hauptsatz der Thermodynamik (Energiesatz)
- Wärmemenge und Wärmekapazität
- Innere Energie eines Systems. Formulierung des I. Hauptsatzes
- Spezifische Wärmekapazität. Kalorische Zustandsgleichung
- Anwendung des I. Hauptsatzes auf spezielle Zustandsänderungen des idealen Gases

12.18Kinetische Gastheorie
- Die Masse der Atome und Moleküle
- Druck und mittlere quadratische Geschwindigkeit der Gasmoleküle
- Grundgleichung der kinetischen Gastheorie
- Die MAXWELLsche Geschwindigkeitsverteilung der Gasmoleküle
- Das BOLTZMANNsche Verteilungsgesetz
- Molekularenergie und Temperatur. Wärmekapazität der Körper
- Gemische idealer Gase

13.19Der II. Hauptsatz der Thermodynamik (Entropiesatz)
- Der CARNOTsche Kreisprozess
- Reversible und irreversible Vorgänge. II. Hauptsatz
- Entropie. Entropieänderung bei irreversiblen Prozessen
- Entropie und Wahrscheinlichkeit
- Satz von der Unerreichbarkeit des absoluten Nullpunkts (III. Hauptsatz)

14.20Reale Gase. Phasenumwandlungen
- Die VAN-DER-WAALSsche Zustandsgleichung. Gasverflüssigung
- JOULE-THOMSON-Effekt. Erzeugung tiefer Temperaturen
- Gleichgewicht zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Dampfdruckkurve. Sieden und Verdunsten
- Gleichgewicht zwischen fester und flüssiger Phase. Schmelzdruckkurve
- Koexistenz dreier Phasen. Tripelpunkt
- Lösungen. Siedepunktserhöhung. Gefrierpunktserniedrigung

21Ausgleichsvorgänge
- Wärmeleitung. Wärmeübergang. Wärmedurchgang. Konvektion
- Diffusion



Lehrbuch zur Vorlesung

Heribert Stroppe, unter Mitarbeit von Heinz Langer, Peter Streitenberger und Eckard Specht:
PHYSIK für Studierende der Natur- und Ingenieurwissenschaften,
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München, Wien, 16. Auflage, 2018, ISBN 978-3-446-45533-7 (E-Book-ISBN 978-3-446-45580-1).
Erscheint im Oktober 2018

Stroppe: PHYSIK


Beispiele und Aufgaben zu den Übungen

H. Stroppe, P. Streitenberger, E. Specht, J. Zeitler, H. Langer:
PHYSIK - Beispiele und Aufgaben,
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2017.

PHYSIK - Beispiele und Aufgaben


Ergänzungsliteratur (Auswahl)

H.J. Paus: Physik in Experimenten und Beispielen, Hanser, 2002.
E. Hering, R. Martin, M. Stohrer: Physik für Ingenieure, Springer, 1997.
P. Dobrinski, G. Krakau, A. Vogel: Physik für Ingenieure, Teubner, 1996.
E. Gerlach, P. Grosse: Physik - Eine Einführung für Ingenieure, Teubner, 1991.
D. Meschede: Gerthsen Physik, Springer, 2003.
W. Demtroeder: Experimentalphysik (mehrbändiges Werk), Springer, 1994.
Bergmann-Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik (mehrbändiges Werk), Walter de Gruyter, 11. Auflage, 1998.