Der Mechanik-Coach: Begleitbuch zum Online-Kurs Experimentalphysik | Mechanik

227 Pages·2022·7.457 MB·German

by  Stefan Roth, Achim Stahl

Stefan Roth · Achim Stahl
Der Mechanik-
Coach
Begleitbuch
zum Online-Kurs Mit
Zugang zum
Experimentalphysik |
StudyBuddy-
Kurs
Mechanik
Der Mechanik-Coach
Stefan Roth • Achim Stahl
Der Mechanik-Coach
Begleitbuch zum Online-Kurs
Experimentalphysik | Mechanik
Stefan Roth Achim Stahl
III. Physikalisches Institut B III. Physikalisches Institut
RWTH Aachen University RWTH Aachen University
Aachen, Deutschland Aachen, Deutschland

ISBN 978-3-662-63617-6 ISBN 978-3-662-63618-3 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63618-3

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
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Planung/Lektorat: Lisa Edelhäuser, Caroline Strunz
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Vorwort
Der Mechanik-Coach soll Ihnen bei der Vorbereitung auf Klausuren und Prüfun-
geninderklassischenMechanikhelfen.ErrichtetsichvornehmlichanStudierende
indenBachelorstudiengängenPhysik.EristentstandenausunserenErfahrungen
aus dem Kurs Experimentalphysik 1 an der RWTH Aachen. Wir haben diesen
Kurs über etwa 20 Jahre hinweg wiederholt gehalten, die Studierenden auf die
Klausur vorbereitet, die Klausuren entworfen und durchgeführt und die Studie-
rendenschließlichineinerkursübergreifendenmündlichenEinzelprüfungüberdie
klassische Physik geprüft.
Der Mechanik-Coach soll Sie bei der Nachbearbeitung des Stoffs und der Vor-
bereitung auf die Prüfungen begleiten. Er ist aber kein Lehrbuch, das den Stoff
ausführlich erklären würde. Stattdessen reduziert er den Stoff auf das Wesentli-
che, fasst ihn zusammen und präsentiert ihn im Überblick. Wir gehen davon aus,
dass Sie neben dem Coach weitere Materialien zur Verfügung haben. Dies könn-
te der Online-Kurs Experimentalphysik | Mechanik bei iversity (Study Buddy)
sein.AufdiesenistderMechanik-Coachdirektzugeschnitten.Siekönnenihnaber
auchzusammenmitanderenMaterialienwieLehrbüchernoderVorlesungsnotizen
benutzen, gerne auch mit unserem Lehrbuch1 ,. Falls Sie sich für den Kurs auf
iversityentscheidensollten,findenSieimAnhangweitereInfosundZugangsdaten.
Der Mechanik-Coach ist in 16 Lerneinheiten gegliedert, die sich mit denen im
obenerwähntenOnline-KursdeckenundsichdirektaufdieKapitelunseresLehr-
buchs abbilden lassen. Er führt Sie in vier Schritten durch die Lerneinheiten:
Wiederholung:
Zunächst müssen Sie den Stoff der Lerneinheit durcharbeiten. Der Mechanik-
Coach hilft Ihnen mit einer kompakten Zusammenfassung, die auch einige
Schlüsselexperimente einschließt. Sie sollten alle Aspekte dieser Zusammen-
fassung verstanden haben. Falls nicht, müssen Sie zurückgehen zu Ihren Ar-
beitsmaterialien und sich den Stoff erst einmal aneignen.
Kenntnis der wichtigsten Begriffe:
Nun sollten Sie in der Lage sein, alle wesentlichen Begriffe der Lerneinheit
zuerklärenundanzuwenden.DazufindenSieeineTabellemitdenwichtigsten
1StefanRoth,AchimStahl,Mechanik:Experimentalphysik–anschaulicherklärt,Springer
Spektrum.
vi Vorwort
BegriffeninjederLerneinheit.VerdeckenSiedieSpaltemitdenErläuterungen.
Können Sie die Begriffe auch ohne Hilfe des Texts erklären?
Mindmap:
Erstellen Sie nun eine Mindmap der Lerneinheit. Ein Beispiel finden Sie wei-
ter unten. Es ist wichtig, dass Sie die Mindmap nicht irgendwo kopieren und
auswendig lernen, sondern ihre eigene Mindmap erstellen. Falls Sie doch noch
Lücken im Verständnis haben, wird Ihnen das in diesem Schritt auffallen.
Kontrollfragen:
ArbeitenSiezumSchlussdieKontrollfragendurch.EssindtypischeEinstiegs-
fragen in unseren mündlichen Prüfungen. Sie sind so gestreut, dass sie alle
wesentlichen Themen der Lerneinheit abdecken. Sie sollten in der Lage sein,
jedeFrageineinemMinutenvortragzubeantworten.SiedürfengerneeinBlatt
Papier für Skizzen zur Hand nehmen.
FallsSiemöchten,könnenSieIhrenFortschrittaufdererstenSeitejederLernein-
heit abhaken.
Der Mechanik-Coach ist ein Arbeitsbuch. Nutzen Sie es. Schreiben Sie ihre
Notizen, Kommentare, Fragen in das Buch. Nur so wird es eine lebendige Hilfe
werden.
Wir hatten vielfältige Hilfe bei der Erstellung des Mechanik-Coaches. Bei allen
Unterstützernwollenwirunsausdrücklichbedanken,insbesonderebeiBeateRoth
fürs Korrekturlesen, bei Lisa Edelhäuser und ihrer Nachfolgerin Caroline Strunz
für die Begleitung des Projekts, bei Stefanie Adam und vielen anderen für die
technischeUnterstützungundbeiallunserenStudierenden,derenFaszinationfür
Physik in die Kurse und den Mechanik-Coach eingeflossen ist.
Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg mit dem Mechanik-Coach!
Aachen, März 2022
Stefan Roth und Achim Stahl
Mindmap
Die Erstellung einer eigenen Mindmap zu jeder Lerneinheit soll Ihnen helfen, Ih-
reGedankenzustrukturierenundzuorganisieren.MitderMindmapnotierenSie
diewesentlichenInhaltederLerneinheitundstellendieausschlaggebendenZusam-
menhänge dar. Die Konzentration auf das Wesentliche ist wichtig. Die Mindmap
darf nicht zu einer Liste aller Inhalte entarten. Begrenzen Sie den Umfang. Sie
sollte auf eine Doppelseite passen.
Sie sollten die Mindmap erst am Ende der Lerneinheit erstellen, nachdem Ih-
nen klar geworden ist, was die wesentlichen Inhalte sind und wie diese zusammen
hängen. Wenn Sie erst einmal die bestimmenden Aspekte in die Mindmap ein-
getragen haben, können Sie diese durch weniger wichtige Aspekte ergänzen. Es
Vorwort vii
sollte aber klar erkennbar bleiben, was wesentlich und was weniger wichtig ist,
z. B. indem Sie unterschiedliche Schriftgrößen oder Unterstreichungen einsetzen.
Wie Sie das machen, bleibt Ihrer Phantasie überlassen. Zu den Inhalten gehören
nebendenModellen,SätzenundKernformelnauchdiewichtigenExperimenteund
Messmethoden.VergessenSienicht,diewesentlichenAnnahmenbzw.Näherungen
einzutragen.
AufderfolgendenDoppelseitefindenSieeinBeispieleinerMindmapzuLE-07.
Nicht kopieren! Machen Sie Ihre eigene. Zeichnen Sie ruhig ins Buch. Wenn Sie
die Lerneinheit gründlich durchgearbeitet haben, sollten Sie alles im Kopf haben
und kein Konzept mehr brauchen. Wenn es wirklich mal schief geht, können Sie
den ersten Versuch immer noch überkleben. Checken Sie am Ende nochmal, ob
Sie auch alle wesentlichen Themen der Lerneinheit erfasst haben.
Zeitplan
Die Vorbereitung auf eine Klausur oder Prüfung will gut geplant sein. Um Ihnen
die Planung zu erleichtern, haben wir nach der Mindmap eine Gliederung abge-
druckt,mitderenHilfeSieIhrenindividuellenZeitplanerstellenkönnen.Siesehen
dieGliederungdesStoffsindieAbschnitte(I.MechanikderMassenpunkte,usw.)
und die Lerneinheiten [LE-01] bis [LE-16]. Da die Wiederholungen keinen neuen
Stoffenthalten,sindsieimMechanik-Coachnichtabgebildet.InderdrittenSpalte
der Tabelle finden Sie die Überschriften der entsprechenden Kapitel in unserem
Lehrbuch. Die vierte Spalte listet die allerwichtigsten Stichworte. Sie soll Ihnen
helfen,dieThemeninIhrenMaterialienzufinden,fallsSiewederaufdenOnline-
Kurs noch auf unser Lehrbuch zurückgreifen wollen. Dann folgt eine Spalte, die
den ungefähren Umfang der Lerneinheiten in abstrakten Einheiten angibt. Wie
viel Zeit einer solchen Einheit entspricht, hängt stark von Ihren Vorkenntnissen
ab.WennSiedieVorlesungenzurklassischenMechanikbereitsgehörthaben,soll-
tenSiemiteinemTagproEinheitzurechtkommen,selbstwennSiediesenurwenig
nachgearbeitet haben. Es sind insgesamt rund 24 Einheiten. In der letzten Spalte
können Sie Ihren individuellen Zeitplan eintragen. Arbeiten Sie Ihre persönlichen
Randbedingungen,wiez.B.OmasGeburtstag,schonmalein.PlanenSieallesbis
zumEndedurch,sokönnenSiesicherstellen,dassSieauchrechtzeitigzurPrüfung
mit dem Stoff durch sind.
viii Vorwort
Vorwort ix
x Vorwort
Datum
I. Mechanik der Massenpunkte
1 [LE-01] Einleitung 1 E
Phys. Größen Einheiten (SI-System)
Messfehler Fehlerangaben
Methodik Abgrenzung des Stoffs
2 [LE-02] Kinematik des Ort, Geschwindigkeit, 1 E
Massenpunkts Beschleunigung,
3 [LE-03] Dynamik des Newton’s Axiome 1 E
Massenpunkts Superposition
4 [LE-04] Arbeit und Energie Arbeit, Energie, 1 E
Leistung
5 [LE-05] Impuls Impulserhaltung, 1 E
Stoßgesetze
6 [LE-06] Scheinkräfte Zentrifugalkraft, 2 E
Corioliskraft
7 [LE-07] Himmelsmechanik Kepler’sche Gesetze, 1 E
Gravitation
8 [LE-08] Reibung Haft-, Gleit-, 0,5 E
Rollreibung
9 [WH-A] Wiederholung 1 E
II. Mechanik starrer Körper
10 [LE-09] Der starre Körper Drehmoment, 1 E
Statik
11 [LE-10] Drehbewegungen Rotation, 2 E
Drehimpuls,
Kreiselbewegung
12 [WH-B] Wiederholung 1 E