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Mechanik Relativität Gravitation

G. Falk, W. Ruppel

(Die Physik des Naturwissenschaftlers)

Springer-Verlag, 1973

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内容説明・目次

目次

I Einleitende Orientierung.- 1 Physikalische Groessen.- Groessen als Mittel des quantitativen Vergleichens.- Anwendung auf die Welt als ganze.- Theorie und Wirklichkeit.- 2 Physik und Mathematik.- Die physikalische Messung.- Mittelwert und quadratische Streuung.- Statistik der Einzelmessungen und Wahrscheinlichkeit.- Bessere und schlechtere Messverfahren.- Der Fehler einer Messung.- Streuung und Fehler in der klassischen Physik.- Streuung und Fehler in der Quantenmechanik.- Das Instrument "Mathematik".- Richtig und Falsch in der Physik.- Theorie und Mathematik.- 3 Kinematik und Dynamik.- Die kinematische Beschreibung der Bewegung.- Unphysikalische Bewegungen.- Bewegung als Transport.- 4 Die Begriffe Impuls und Energie in ihrer historischen Entwicklung.- Huygens' Untersuchungen zum elastischen Stoss.- Newtons Bewegungsgleichungen.- Newtons Prinzip der Gleichheit von actio und reactio.- Kinetische und potentielle Energie.- Ausdehnung des Energiebegriffs auf nicht-mechanische Vorgange und Systeme.- Ausdehnung des Impulsbegriffs auf nicht-mechanische Systeme.- Bewegung als Energie-Impuls-Transport.- Heisenbergs Unscharferelationen.- II Impuls und Energie.- 5 Der Transport von Energie und Impuls.- Transporte durch den leeren Raum.- Innere Energie, Ruhenergie.- Kinetische Energie.- Grenzgeschwindigkeit von Transporten.- 6 Der Begriff des Teilchens.- Energie-Impuls-Zusammenhang eines Transports.- Die Funktion E(P) fur Transporte durch den leeren Raum bei beliebiger Geschwindigkeit.- Newtonsche Teilchen.- Extrem relativistische Teilchen.- 7 Die Messung des Impulses.- Impulsmessung als Operation des Vergleichens.- Das Prinzip der Impulsmessung.- Impulsmessung bei v ? c.- Impulsaustausch eines Pendels.- Impulsmessung bei v = c.- Einheiten des Impulses.- 8 Die Messung der Energie.- Energiemessung als Operation des Vergleichens.- Verschiebungen.- Verschiebungsenergie im homogenen Gravitationsfeld.- Freier Fall im homogenen Gravitationsfeld.- Verschiebungsenergie beim Spannen einer elastischen Feder.- Einheiten der Energie.- III Stossprozesse.- 9 Allgemeine Charakterisierung von Stossprozessen.- Wechselwirkung von Energie-Impuls-Transporten.- Impuls- und Energiebilanz zwischen Anfangs- und Endzustand.- 10 Schwerpunktssystem.- Schwerpunktssystem eines Teilchens.- Schwerpunktssystem mehrerer Teilchen.- Stossinvarianten.- 11 Der elastische Stoss.- Impuls- und Energiebilanz.- Elastischer Stoss zwischen Newtonschen Teilchen.- Zentral-elastischer Stoss.- Beispiele elastischer Stossprozesse.- Compton-Effekt.- Weiche und harte Photonen beim Compton-Effekt.- Beobachtung der Compton-Streuung an gebundenen Elektronen.- Compton-Effekt am bewegten Elektron.- Reflexion von Licht am ruhenden Spiegel.- Reflexion von Licht am bewegten Spiegel.- 12 Der inelastische Stoss.- Energiebilanz.- Modell eines inelastischen Stosses.- Der total inelastische Stoss.- Franck-Hertz-Versuch.- Paarerzeugung und Paarzerstrahlung.- Absorptionsprozesse fur hochenergetische Photonen.- Emission eines Photons. Moessbauer-Effekt.- 13 Teilchenreaktionen.- Mikroskopische Reversibilitat.- Reaktionsenergie und Schwellenergie.- Aktivierungsenergie.- Beispiel einer chemischen Reaktion.- Kernfusionsreaktionen.- Proton-Proton-Stoss.- 14 Dissipative Energie-Impuls-Transporte.- Energie-Impuls-Transport in Materie.- Modell eines Stossmechanismus mit Energiedissipation.- Teilchen und Quasiteilchen.- IV Felder.- 15 Koerper und Feld als Grenzfalle des Teilchenbegriffs.- Das Problem der Lokalisierbarkeit eines Teilchens.- Die klassische Einteilung der Transporte in korpuskulare und feldartige.- 16 Verschiebungsenergie.- Energieanderungen und ihre mathematische Beschreibung. Kraft.- Die Energieformen Bewegungs- und Verschiebungsenergie.- Vorgange mit Austausch allein von Bewegungs- und Verschiebungsenergie.- Das Modell des statischen Feldes.- 17 Die mathematische Beschreibung statischer Felder.- Einteilung der statischen Felder in zwei Typen.- Statische Felder vom ersten Typ.- Statische Felder vom zweiten Typ.- Physikalische Felder.- Mathematische Felder.- Gradientenfelder.- AEquipotentialflachen.- Konservative und nicht-konservative Kraftfelder.- 18 Beispiele statischer Felder.- Das homogene Gravitationsfeld.- Gravitationsfeld eines punktartigen Koerpers.- Coulomb-Feld.- Die elastische Feder als Feld.- 19 Die Bewegung von Koerpern in statischen Feldern.- Bewegungen.- Energiebilanz bei Bewegungen.- Impulsbilanz bei Bewegungen.- Bewegungsgleichungen.- Hamiltonsche Gleichungen.- 20 Spezielle Bewegungsgleichungen und ihre Loesungen.- Bewegungsgleichungen eines Newtonschen Koerpers im homogenen Kraftfeld.- Bahnen eines Newtonschen Koerpers im homogenen Kraftfeld.- Relativistische Bewegung im homogenen Kraftfeld.- Kepler-Problem.- Kreisbahnen des Kepler-Problems.- Allgemeine Bahnkurven eines Newtonschen Koerpers beim Kepler-Problem.- Der lineare harmonische Oszillator.- Der 3-dimensionale harmonische Oszillator.- Anwendungen des harmonischen Oszillators.- Allgemeine Bedeutung des harmonischen Oszillators.- Beispiele harmonischer Oszillatoren.- 21 Bewegung eines elektrisch geladenen Koerpers im Magnetfeld.- Beschleunigung eines elektrisch geladenen Koerpers in einem Magnetfeld.- Die Funktion E(P, r) eines geladenen Koerpers im Magnetfeld.- Bewegungsgleichungen.- Das Vektorpotential als Beschreibung des Magnetfeldes.- Bahnen eines geladenen Koerpers im homogenen Magnetfeld.- Relativistische Bewegung im Magnetfeld.- 22 Austausch und Transport von Energie und Impuls durch Felder.- Energie- und Impulsbilanz eines statischen Feldes.- Die elastische Feder als Modell fur den Impulsaustausch und Impulstransport eines Feldes.- Die statische Naherung eines Feldes.- Der leere Raum als Zustand eines Feldes. Tragheitsfeld.- 23 Zwei- und Mehrkoerper-Probleme in statischer Naherung.- Bewegungsgleichungen.- Reduktion eines 2-Koerper-Problems auf ein 1-Koerper-Problem. Schwerpunkts- und Relativvariablen.- 2-Koerper-Probleme mit Feldern vom ersten Typ.- Modell eines 2-atomigen Molekuls.- Modell eines gestreckten 3-atomigen Molekuls.- Hauptachsentransformation.- Loesung des Hauptachsenproblems.- Eigenschwingungen.- Virial-Theorem.- Einige Folgerungen aus dem Virial-Theorem.- V Drehimpuls.- 24 "Naturliche" Bewegungen. Translation und Rotation.- Kinematik der Translation und Rotation.- Polare und axiale Vektoren.- 25 Der Drehimpuls.- Allgemeine Eigenschaften des Drehimpulses.- Bahndrehimpuls eines Koerpers.- Dynamische Auszeichnung eines Bezugspunkts. Rotationssymmetrische Felder.- Bahndrehimpuls eines n-Koerper-Systems.- Bahndrehimpuls eines 2-Koerper-Systems.- Bahndrehimpuls eines n-Koerper-Systems mit 2-Koerper-Wechselwirkungen.- Der gesamte Drehimpuls eines n-Koerper-Systems.- Austausch von Drehimpuls zwischen den Partnern eines 2-Koerper-Systems.- Der Spin.- 26 Energie und Drehimpuls.- Zerlegung einer Bewegung in Rotation und l-dimensionale Bewegung (Schwingung).- Energie als Funktion des Drehimpulses.- Energie eines rotierenden starren n-Koerper-Systems.- Die Komponenten des Tragheitstensors.- Steinerscher Satz.- Haupttragheitsachsen.- 27 Rotationsbewegungen eines starren Koerpers.- Rotation um eine vorgegebene Achse.- Rollende Bewegung.- Gehemmte Rotation. Rotationsschwingungen.- Freie Rotation eines starren Koerpers. Kreisel.- Der Kreisel unter dem Einfluss eines Drehmomentes.- VI Relativitatstheorie.- 28 Bezugssysteme und Geometrie.- 29 Der absolute Raum und die absolute Zeit Newtons.- 30 Inertialsysteme und Relativitatsprinzip.- Inertialsysteme.- Relativitatsprinzip.- Galilei-Transformation.- 31 Nicht-inertiale Bezugssysteme.- Newtons Unterscheidung zwischen "wahren" Kraften und Tragheitskraften.- Rotierende Bezugssysteme.- Resume der Newtonschen Auffassung.- Historische Notitz zum Begriff des absoluten Raumes.- Das Foucault-Pendel.- Kreiselkompass.- Die Funktion E(P, r) im rotierenden Bezugssystem.- Larmor-Theorem.- Atom im Magnetfeld. Zeeman-Effekt.- 32 Tragheitsfeld und AEquivalenzprinzip.- Beschleunigungsf elder.- AEquivalenzprinzip.- Lichtablenkung im Gravitationsfeld.- Rotverschiebung im Gravitationsfeld.- 33 Dynamische Beschreibung von Energietransporten in Beschleunigungsfeldern.- Energiebilanz in Beschleunigungsfeldern.- Der Newtonsche Grenzfall.- Extrem relativistischer Grenzfall.- 34 Zeitablauf gleicher physikalischer Vorgange an verschiedenen Stellen im Gravitationsfeld.- Uhren im Gravitationsfeld.- Uhren bei beschleunigten Bewegungen. Zwillingsparadoxon.- 35 Grenzgeschwindigkeit und Relativitatsprinzip.- 36 Transformation von Energie, Impuls und Geschwindigkeit beim UEbergang zwischen Inertialsystemen.- 37 Lorentz-Transformation.- 38 Relativitat der Gleichzeitigkeit. Invariante und nicht-invariante Zeitordnung.- 39 Zeitdehnung und Gestaltsanderung durch Bewegung.- Elimination der Retardierung. Transversaler Doppler-Effekt.- Auswirkungen des transversalen Doppler-Effekts.- Zeitdehnung infolge gradlinig-gleichfoermiger Bewegung.- Einfluss der Gleichzeitigkeit auf die geometrische Gestalt.- Der Aufbau der Relativitatstheorie. Ruckschau und Ausblick.- 40 Raum-Zeit-Geometrie der Inertialsysteme.- Die Welt der Ereignisse.- Die Metrik der Raum-Zeit-Welt.- 41 Wirkung eines Beschleunigungsfeldes auf die Raum-Zeit-Welt.- Gleichfoermig beschleunigte Bewegung im Inertialsystem.- Tragheitsbewegungen in beliebigen Bezugssystemen.- Die Weltlinien des Lichts in nicht-inertialen Bezugssystemen.- 42 Gravitationsfelder, die eine Krummung der Raum-Zeit-Welt bewirken.- Der lokale Charakter der Inertialsysteme.- Die Krummung der Raum-Zeit-Welt.- Planetenbewegung als geodatische Weltlinie.- 43 Zusammenhang zwischen Krummung und Verteilung von Energie und Impuls in der Welt.- Die Feldgleichungen des Newtonschen Gravitationsfeldes.- Die Einsteinschen Feldgleichungen.- Kosmologische Weltmodelle.- VII Gravitation.- 44 Newtons Gravitationstheorie.- Die Bewegung des Mondes als freier Fall.- Die Keplerschen Gesetze.- Kinematische Folgerungen aus den Keplerschen Gesetzen.- Newtons Gravitationsgesetz.- 2-Koerper-Problem.- Die potentielle Energie der Gravitationswechselwirkung.- Bestimmung der Masse von Himmelskoerpern.- Hyperbelbewegungen.- 45 Ausbau der Newtonschen Gravitationstheorie.- Gravitationsfeld einer gegebenen Massenverteilung.- Gravitationspotentiale einfacher Massenverteilungen.- Die Gravitationsenergie einer Massenverteilung.- Das n-Koerper-Problem.- 46 Deformationswirkung von Gravitationsfeldern auf ausgedehnte Koerper (Gezeiten).- Deformation eines Koerpers im inhomogenen Gravitationsfeld.- Drehmoment als Folge eines inhomogenen Gravitationsfeldes.- Mathematische Beschreibung der Inhomogenitat eines Gravitationsfeldes.- Gezeiten-Effekte.- 47 Einsteins Theorie der Gravitation.- Gravitation als Raum-Zeit-Struktur.- Lichtablenkung im Gravitationsfeld.- Rot- und Violettverschiebung im Gravitationsfeld.- Periheldrehung des Merkur.- Laufzeitverzoegerung elektromagnetischer Signale im Gravitationsfeld.- Gravitationsfeld eines rotierenden Koerpers.- Ereignishorizont.- Endliche und unendliche Zeitintervalle zwischen Ereignispaaren.- Der radiale freie Fall im Schwarzschild-Feld.- Die Raum-Zeit-Welt eines frei fallenden Beobachters.- Schwarzes Loch. Gravitationskollaps.- 48 Gravitationswellen.- Erzeugung.- Ausbreitung.- Nachweis.- 49 Kosmologie.- Kosmologische Postulate.- Olbers' Paradoxon.- Die Expansion des Weltalls.- Die 3 K-Weltraumstrahlung.- Astrophysikalische Daten.- Naturkonstanten.- Wichtige Einheiten.

「Nielsen BookData」 より

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