Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme

478 Pages·2013·28.76 MB·German

by  Wolfgang Demtröder (auth.)

Springer-Lehrbuch
Experimentalphysik
Band1
MechanikundWärme
6.Auflage
ISBN978-3-642-25465-9
Band2
ElektrizitätundOptik
5.Auflage
ISBN978-3-540-68210-3
Band3
Atome,MoleküleundFestkörper
4.Auflage
ISBN978-3-642-03910-2
Band4
Kern-,Teilchen-undAstrophysik
3.Auflage
ISBN978-3-642-01597-7
Wolfgang Demtröder
Experimentalphysik 1
Mechanik und Wärme
6.,neubearbeitete undaktualisierte Auflage
WolfgangDemtröder
TUKaiserslautern
FachbereichPhysik
Erwin-Schrödinger-Str.46
67663Kaiserslautern
Deutschland
e-mail:[email protected]
ISSN0937-7433
ISBN978-3-642-25465-9 ISBN978-3-642-25466-6(eBook)
DOI10.1007/978-3-642-25466-6
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Vorwort zur sechsten Auflage
Die6.AuflagehateinneuesLayouterhalten.WichtigeSätze(Merksätze, Definitionenoderzusam-
mengefasste Regeln) sind rot unterlegt, damit sie besonders auffallen und das Lernen erleichtern.
Beispiele sind grau unterlegt, um ihren Beispielcharakter hervorzuheben. Das Ende jeden Beispiels
istdurcheinkleinesrotesQuadratgekennzeichnet.AmRandejederSeiteistdieKapitelzahlrotmar-
kiert, um ein Auffinden bestimmter Abschnitte zu erleichtern. Die Tabellen, deren Bedeutung man
für das Verständnis von Größenordnungen nicht unterschätzen sollte, sind zweifarbig gestaltet, um
die Überschriften von den Zahlenwerten deutlicherzu trennen. Am Anfang jedes Kapitels wird das
InhaltsverzeichnisfürdiesesKapitelangegeben.
Viele Hinweise und Kommentare zur 5. Auflage haben dazu geführt, dass in der nun vorliegenden
6.AuflagemancheSachverhaltegenauererklärtwerdenundeinigeUngenauigkeitenundFehlerkor-
rigiertwurden.HiermöchteichbesondersHerrnPeterStaubvonderTUWiendanken,derzahlreiche
Verbesserungsvorschläge gemacht hat und in mehreren Diskussionen mit dem Autor zur besseren
KlarheitderDarstellungbeigetragenhat.
WegenderwachsendenBedeutungalternativerEnergienwurdeeinneuerAbschnittüberverschiedene
Konzepte alternativer Energien und die Realisierung von Energiespeichern eingefügt, wobei Tabel-
lenundZahlenbeispieleeinGefühlfürdieGrößenordnungderhiererreichbarenEnergienvermitteln
sollen.
AuchpublizierteÜberlegungenzurRückführungderphysikalischenMaßeinheitenaufNaturkonstan-
ten werden kurz diskutiert, weil sie ein prinzipiell neues Konzept für die Basis der physikalischen
Messtechnikdarstellen.
Der Autor hofft, dass die Leser dieses Lehrbuches durch ihre Zuschriften mithelfen, die Fehlerrate
gegenNullkonvergierenzulassen,wichtigePunkte,diehiernochnichtbehandeltwerden,neueinzu-
fügenunddadurchdieQualitätdesBucheszuerhöhen.
Kaiserslautern,
imMärz2012 WolfgangDemtröder
Vorwort zur ersten Auflage
Dieses vierbändige Lehrbuch der Experimentalphysik, dessen erster Band hiermit vorgestellt wird,
istgedachtzurBegleitungundVertiefungderVorlesungenzurEinführungindiePhysik,wiesiean
den meisten deutschen Universitäten bis zum Vordiplom gehalten werden. Das Buch ist durch eine
gründliche Überarbeitung und Erweiterung von Vorlesungsskriptendes Autors entstanden, die über
vieleJahrehinwegvondenStudenteninKaiserslauternbenutztwurden.
Dieses Lehrbuch soll deutlich machen, dass physikalische Erkenntnisgewinnung auf der Entwick-
lungundBeschreibungvonModellenderNaturberuht,derenexperimentellePrüfungundsukzessive
Verfeinerung zu einem immer detaillierteren Verständnis der uns umgebenden Welt und der in ihr
ablaufendenVorgängeführt.
DeshalbbeginntdieDarstellung–nacheinemeinführendenKapitel,indemdiehistorischeEntwick-
lungderPhysikundihreBedeutungfürandereBereichevonWissenschaft,KulturundTechnikkurz
gestreiftwerdenunddieRollederMessungfüreinquantitativesVerständnisderNaturillustriertwird
–mitdemeinfachstenModelldesMassenpunkteszurBeschreibungderBewegungvonKörpernunter
demEinflussvonKräften.NacheinerDiskussionderDarstellungvonVorgängeninbewegtenBezugs-
systemenunddergrundlegendenIdeenderspeziellenRelativitätstheoriewerdendannim4.Kapitel
SystemevonMassenpunktenundStößezwischenzweiTeilchenbehandelt.
RäumlicheAusdehnungvonKörpernundunterschiedlicheEigenschaftenderAggregatzuständefest,
flüssigundgasförmigwerdendannindenKap.5–7berücksichtigt.StrömungenvonFlüssigkeitenund
GasenunddiezuihrerBeschreibungverwendetenModellebildendenInhaltdes8.Kapitels,während
Kap.9dastechnologischwichtigeGebietderVakuumphysikkurzdarstellt.
ZudenwichtigstendynamischenVorgängeninderNaturgehörenSchwingungenundWellenphäno-
mene,dierelativausführlichinKap.101behandeltwerden.WärmelehreundThermodynamikwerden
hierinnureinemKapitelrelativknappdargestellt,weilnochetwasRaumbleibensolltefürdasneue
und rasch expandierende Gebiet der Physik nichtlinearer Phänomene, das viele überraschende und
faszinierendeEinsichtenindierealeNaturbietet.ImSinnederverfeinertenApproximationvonMo-
dellen stelltdienichtlineareDynamikeinengroßenSchritt indergenauen,wennauchmeistensnur
numerischmöglichenBeschreibungrealerNaturvorgängedar.
DieindiesemLehrbuchbehandeltengrundlegendenBegriffeundihreAnwendungaufdieLösungvon
ProblemenwerdenanvielenBeispielenillustriert,undÜbungsaufgabenamEndejedesKapitelsbieten
demLeserdieMöglichkeit,seinVerständnisdesStoffesselbstzuprüfen.Dazukannerseineeigene
LösungmitdenimAnhangangegebenenLösungenvergleichen.DortsindaucheinigeGrundbegriffe
derVektorrechnung,der komplexenZahlen undderBeschreibungvonphysikalischenVorgängenin
problemangepasstenKoordinatensystemendargestellt,umdenZugangzurmathematischenBeschrei-
bungindiesemLehrbuchzuerleichtern.
JedesLehrbuchlebtvonderkritischenMitarbeitderLeser.DerAutorfreutsichdeshalbüberVerbes-
serungsvorschlägeundHinweiseaufmöglicheFehler.
Zum Schluss möchteich allen herzlich danken, die bei der Herstellung dieses Buches geholfen ha-
ben.InsbesonderesindhierHerrDr.KölschundFrauKaiservomSpringer-Verlagzunennen,diemit
viel Geduld und großem Engagement den Autor während der Herstellungsphase unterstützt haben.
Frau Wollscheidhat viele der Abbildungengezeichnet. Frau Weylandund Frau Heider haben Teile
1indervorliegendensechstenAuflageistdiesKap.11
VIII VorwortzurerstenAuflage
desManuskriptsgeschrieben,Ihnenseidafürganzherzlichgedankt.IchdankeHerrnImsieke,derdas
gesamteManuskriptgelesenunddurchHinweiseaufUnklarheitenvielzurVerbesserungderDarstel-
lung beigetragen hat. Besonderer Dank gebührt meiner lieben Frau, die viel Verständnis gehabt hat
fürdiezahlreichenArbeitswochenenden,welchefürdiesesBuchgebrauchtwurdenunddiemirdurch
ihreHilfedieZeitzumSchreibenermöglichthat.
Ichhoffe,dassdiesesBuchnichtnurfürPhysikstudenten,sondernauchfürStudentenandererFach-
richtungen,dieEinführungsvorlesungenin Physikhören,vonNutzen ist. Wennes dieBegeisterung
desAutorsfürunserschönesFachaufmöglichstvieleStudentenübertragenkann,hatesseinenZweck
erfüllt.
Kaiserslautern,
imMai1994 WolfgangDemtröder
Inhaltsverzeichnis
1 EinführungundÜberblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 DieBedeutungdesExperimentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 DerModellbegriffinderPhysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 HistorischerRückblick. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.1 DieantikeNaturphilosophie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.2 DieEntwicklungderklassischenPhysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.3 DiemodernePhysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 UnserheutigesphysikalischesWeltbild. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 BeziehungenzwischenPhysikundNachbarwissenschaften . . . . . . . . . . . . . 13
1.5.1 BiophysikundmedizinischePhysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.2 Astrophysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.3 GeophysikundMeteorologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5.4 PhysikundTechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.5 PhysikundPhilosophie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 DieGrundgrößeninderPhysik,ihreNormaleundMessverfahren . . . . . . . . . 16
1.6.1 Längeneinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.6.2 MessverfahrenfürLängen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.6.3 Zeiteinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.6.4 Zeitmessungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.6.5 MasseneinheitenundihreMessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.6.6 Stoffmengeneinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.6.7 Temperatureinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6.8 EinheitderelektrischenStromstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6.9 EinheitderLichtstärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6.10 Winkeleinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.7 Maßsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.8 MessgenauigkeitundMessfehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.8.1 SystematischeFehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.8.2 StatistischeFehler.MesswertverteilungundMittelwert . . . . . . . . . . 27
1.8.3 Streuungsmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.8.4 Fehlerverteilungsgesetz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.8.5 Fehlerfortpflanzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.8.6 Ausgleichsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2 MechanikeinesMassenpunktes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1 DasModelldesMassenpunktes.Bahnkurve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2 GeschwindigkeitundBeschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.3 GleichförmigbeschleunigteBewegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.1 DerfreieFall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3.2 DerschrägeWurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4 Bewegungenmitnicht-konstanterBeschleunigung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4.1 DiegleichförmigeKreisbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4.2 DieallgemeinekrummlinigeBewegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
X Inhaltsverzeichnis
2.5 Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.1 KräftealsVektoren.AdditionvonKräften . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.2 Kraftfelder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5.3 MessungvonKräften.DiskussiondesKraftbegriffes. . . . . . . . . . . . 48
2.6 DieGrundgleichungenderMechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.1 DieNewtonschenAxiome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.2 TrägeundschwereMasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6.3 DieBewegungsgleichungeinesTeilchens
ineinembeliebigenKraftfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.7 DerEnergiesatzderMechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7.1 ArbeitundLeistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.7.2 WegunabhängigeArbeit.KonservativeKraftfelder . . . . . . . . . . . . . 56
2.7.3 PotentielleEnergie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.7.4 DerEnergiesatzderMechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.7.5 ZusammenhangzwischenKraftfeldundPotential. . . . . . . . . . . . . . 59
2.8 DrehimpulsundDrehmoment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.9 GravitationundPlanetenbewegungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.9.1 DieKeplerschenGesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.9.2 NewtonsGravitationsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.9.3 Planetenbahnen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.9.4 DaseffektivePotential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.9.5 GravitationsfeldausgedehnterKörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.9.6 ExperimentellePrüfungdesGravitationsgesetzes . . . . . . . . . . . . . . 70
2.9.7 ExperimentelleBestimmungderErdbeschleunigung. . . . . . . . . . . . 71
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3 BewegteBezugssystemeundspezielleRelativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.1 Relativbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2 InertialsystemeundGalilei-Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3 BeschleunigteBezugssysteme,Trägheitskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3.1 GeradlinigbeschleunigteBezugssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3.2 RotierendeBezugssysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.3 Zentrifugal-undCorioliskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.3.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.4 DieKonstanzderLichtgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.5 Lorentz-Transformationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.6 SpezielleRelativitätstheorie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.6.1 DasProblemderGleichzeitigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.6.2 Minkowski-Diagramme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.6.3 Skalenlängen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.6.4 Lorentz-KontraktionvonLängen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.6.5 Zeitdilatation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.6.6 Zwillings-Paradoxon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.6.7 Raumzeit-EreignisseundKausalität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4 SystemevonMassenpunkten.Stöße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.1.1 Massenschwerpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.1.2 ReduzierteMasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.1.3 DrehimpulseinesTeilchensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.2 StößezwischenzweiTeilchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.1 Grundgleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.2.2 ElastischeStößeimLaborsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.2.3 ElastischeStößeimSchwerpunktsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Inhaltsverzeichnis XI
4.2.4 InelastischeStöße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.2.5 Newton-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.3 WaslerntmanausderUntersuchungvonStößen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.3.1 StreuungineinemkugelsymmetrischenPotential . . . . . . . . . . . . . . 114
4.3.2 ReaktiveStöße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.4 StößebeirelativistischenEnergien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.1 RelativistischeMassenzunahme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.2 KraftundrelativistischerImpuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.4.3 DierelativistischeEnergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.4.4 InelastischeStößebeirelativistischenEnergien . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.4.5 RelativistischerEnergiesatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.5 Erhaltungssätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.5.1 Impulserhaltungssatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.5.2 Energieerhaltungssatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.5.3 Drehimpulserhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.5.4 ErhaltungssätzeundSymmetrien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5 DynamikstarrerausgedehnterKörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.1 DasModelldesstarrenKörpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.2 Massenschwerpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.3 DieBewegungeinesstarrenKörpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.4 KräfteundKräftepaare. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.5 TrägheitsmomentundRotationsenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.5.1 SteinerscherSatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.6 BewegungsgleichungderRotationeinesstarrenKörpers . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.6.1 RotationumeineAchsebeikonstantemDrehmoment . . . . . . . . . . . 136
5.6.2 DrehschwingungenumeinefesteAchse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.6.3 VergleichvonTranslationundRotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.7 RotationumfreieAchsen;Kreiselbewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.7.1 TrägheitstensorundTrägheitsellipsoid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.7.2 Hauptträgheitsmomente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.7.3 FreieAchsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.7.4 DieEulerschenGleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.7.5 DerkräftefreiesymmetrischeKreisel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.7.6 PräzessiondessymmetrischenKreisels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.7.7 ÜberlagerungvonNutationundPräzession. . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.8 DieErdealssymmetrischerKreisel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Übungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
6 RealefesteundflüssigeKörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.1 AtomaresModellderAggregatzustände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.2 DeformierbarefesteKörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.2.1 HookeschesGesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
6.2.2 Querkontraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
6.2.3 ScherungundTorsionsmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
6.2.4 BiegungeinesBalkens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.2.5 ElastischeHysterese,Deformationsarbeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.2.6 DieHärteeinesFestkörpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.3 RuhendeFlüssigkeiten,Hydrostatik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.3.1 FreieVerschiebbarkeitundOberflächenvonFlüssigkeiten . . . . . . . . 163
6.3.2 StatischerDruckineinerFlüssigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.3.3 AuftriebundSchwimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166