Theoretische Physik 1 für das gymnasiale Lehramt

Dieses Lehrbuch in drei Bänden führt in die Standardinhalte der Vorlesungen über Theoretische Physik (klassische Mechanik, Elektrodynamik und Quanten- und Relativitätstheorie) unter besonderer Berücksichtigung der speziellen Bedürfnisse von Lehramtsstudierenden ein. Im Vordergrund stehen dabei die grundlegenden Konzepte basierend auf Symmetrieprinzipien. Der vorliegende 1. Band behandelt die Newtonsche und analytische Mechanik.

Besonderheiten

Die konzeptionellen Grundlagen der klassischen Mechanik, insbesondere die mathematische Beschreibung von Raum und Zeit sowie der Begriff des Inertialsystems werden sorgfältig herausgearbeitet. Die für das Verständnis der theoretischen Physik unabdingbaren mathematischen Methoden werden parallel zu den eigentlichen physikalischen Lernhinhalten bereitgestellt und alle Rechnungen mit ausführlichen Zwischenschritten vollständig ausgeführt.

Neben einer ausführlichen Behandlung der Newtonschen Mechanik mit den üblichen Beispielen zum freien Fall in Erdnähe, dem harmonischen Oszillator und dem Kepler-Problem der Planetenbewegung nimmt das Hamiltonsche Prinzip der kleinsten Wirkung und die ausführliche Behandlung der Symmetrieprinzipien und des Noether-Theorems einen breiten Raum ein. Dies ermöglicht ein vertieftes Verständnis für die moderne Beschreibung der Naturgesetze und erleichtert den Einstieg für die weiterführenden Vorlesungen beträchtlich, insbesondere der Quanten- und Relativitätstheorie.

Inhalt

1. Kinematik und Dynamik der Newtonschen Mechanik und Erhaltungssätze, 2. Newtonsches Gravitationsgesetz und Himmelsmechanik, 3. Bewegung in beschleunigten Bezugssystemen, 4. Analytische Mechanik und das Noether-Theorem in Lagrangescher und Hamiltonscher Formulierung, 5. Anwendungen auf die Bewegung starrer Körper und Kreiseltheorie.

   Zielgruppe

Das Buch richtet sich an Bachelor-Studierende der Physik und im Besonderen an Studierende der Physik für das Gymnasiallehramt. Dabei wird dem besonderen Bedarf dieser Zielgruppe einer möglichst einfachen Einführung in die mathematischen Methoden Rechnung getragen.

Vorkenntnisse

Vorausgesetzt werden Grundkenntnisse der Analysis, der linearen Algebra und der klassischen Mechanik und Eektrodynamik auf Abiturniveau.

Erläutert ausführlich die grundlegenden Konzepte der Newtonschen Mechanik für Lehramtstudierende Stellt parallel zur Physik die benötigten mathematischen Grundlagen ausführlich dar Führt in moderne theoretische Konzepte wie Symmetrieprinzipien ein

Autorentext

Hendrik van Hees ist seit 2018 Akademischer Rat am Institut für Theoretische Physik an der Goethe-Universität Frankfurt. Neben seiner Forschungstätigkeit im Bereich der theoretischen Schwerionenphysik ist er für die Lehre der theoretischen Physik für Gymnasial-Lehramtsstudierende zuständig.

Klappentext

Das Lehrbuch behandelt die Standardinhalte der Theorie-Vorlesung über Newtonsche und analytische Mechanik unter Berücksichtigung der speziellen Bedürfnisse von Lehramtsstudierenden. Insbesondere wird die benötigte Mathematik in möglichst einfacher Weise parallel zur Behandlung der eigentlichen physikalischen Lerninhalte bereitgestellt, und es werden die grundlegenden theoretischen Konzepte möglichst sorgfältig herausgearbeitet.

Am Anfang stehen dabei naturgemäß die Newtonschen Postulate und der Begriff des Inertialsystems und die darauf aufbauenden Grundbegriffe der Masse von und der Kraftwirkungen zwischen Massenpunkten im Vordergrund. Danach werden ausführlich die Erhaltungssätze und einige Anwendungen auf einfache, konkrete mechanische Probleme bis hin zum Kepler-Problem der Himmelsmechanik besprochen. Anschließend erfolgt dann eine Einführung in die analytische Mechanik anhand des Hamiltonschen Prinzips der kleinsten Wirkung und eine ausführliche Erörterung der für die gesamte Physik essentiellen Symmetrieprinzipien. Dies ermöglicht ein vertieftes Verständnis für die moderne Beschreibung der Naturgesetze und erleichtert den Einstieg für die weiterführenden Vorlesungen beträchtlich, insbesondere der Quanten- und Relativitätstheorie.

Der Autor

Hendrik van Hees ist seit 2018 Akademischer Rat am Institut für Theoretische Physik an der Goethe-Universität Frankfurt. Neben seiner Forschungstätigkeit im Bereich der theoretischen Schwerionenphysik ist er für die Lehre der theoretischen Physik für Gymnasial-Lehramtsstudierende zuständig.

Inhalt

.- Einführung in die theoretische Physik.

.- Newtonsche Mechanik

.- Analytische Mechanik.

.- Anwendungen.