Über den Autor 9

Einleitung 21

Warum? 21

Physikalische Methoden in Diagnostik und Therapie 21

Physiologie 21

Naturwissenschaftliche und mathematische Grundlagen 22

Törichte Annahmen über den Leser 22

Wie dieses Buch aufgebaut ist 22

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23

Wie es weitergeht¿ 23

Teil I: Mechanik 25

Kapitel 1 Physik als messende Wissenschaft 27

In die Zukunft sehen 27

Physikalische Größen und Einheiten 28

Kapitel 2 Durch Raum und Zeit 33

Grenzen der klassischen Mechanik 33

Länge 34

Fläche 35

Volumen 35

Winkel 36

Wie die Zeit vergeht 39

Vektoren 40

Kapitel 3 Messfehler und Fehlerfortpflanzung 43

Systematische Abweichungen 43

Statistische Abweichungen 44

Absolute und relative Fehler 46

Du sollst nicht lügen! Nur signifikante Stellen angeben! 47

Median, Modalwert und Perzentile 48

Wie sich Fehler fortpflanzen (ab 18) 49

Beispiel Multiplikation/Division 49

Beispiel Addition/Subtraktion 50

Kapitel 4 Bewegend: Kinematik 51

Translation 51

Langweiligste Bewegung: Gleichförmig 51

Minimal aufregender: Gleichmäßig beschleunigte Bewegung 52

Für Adrenalin-Junkies: Freier Fall 54

Jetzt geht's rund: Rotation 55

Scheinbeschleunigungen 56

Kapitel 5 Kraftvoll: Dynamik 59

Newtonsche Axiome 59

Erstes Newtonsches Axiom 60

Zweites Newtonsches Axiom 60

Drittes Newtonsches Axiom 60

Masse 61

Gravitation 61

Komponentenzerlegung von Kräften 62

Reibung 63

Zentrifugalkraft 64

Drehmoment 65

Schwerpunkt 66

Druck 69

Verformungen 70

Plastische Verformung 70

Elastische Verformung 70

Arbeit und Leistung 74

Energie 75

Impuls 78

Drehimpuls 78

Trägheitsmoment 79

Kreiselpräzession 80

Kapitel 6 Flüssigkeiten und Gase 83

Atome und Moleküle 83

Atommasse 84

Stoffmenge 85

Klassische Aggregatzustände 86

Kohäsionskräfte 87

Adhäsionskräfte 88

Kapillarität 89

Hydraulik 90

Keine Problematik mit Hydrostatik 92

Hydrostatischer Druck 92

Archimedisches Prinzip 94

Keine Panik vor Hydrodynamik 97

Ideale und reale Flüssigkeiten 97

Laminare Strömungen 97

Kontinuitätsgesetz 98

Hydrodynamisches Paradoxon 98

Jetzt wird's zäh: Viskosität 100

Gesetz von Hagen-Poiseuille 102

Sedimentation 105

Turbulente Strömungen 108

Ein Blick auf die Aerostatik 109

Boyle-Mariottesches Gesetz 109

Luftdruck 112

Teil II: Wärme 115

Kapitel 7 So schaut's aus: Phänomenologische Wärmelehre 117

Temperatur 117

Thermische Expansion 119

Längenausdehnung 119

Volumenausdehnung 119

Ideales Gasgesetz 121

Gasgemische 124

Reales Gas 126

Kapitel 8 Jetzt wird's heiß: Wärme 127

Wärmekapazität 127

Wärmetransport 128

Konduktion 128

Konvektion 130

Radiation 130

Kapitel 9 Molekularkinetische Wärmelehre 135

Wärme als Bewegungsenergie 135

Gemische 137

Diffusion 138

Osmose 140

Phasenübergänge 143

Verdunstung 145

Sieden 147

Phasendiagramm 148

Kapitel 10 Hauptsätze der Wärmelehre 153

Nullter Hauptsatz der Wärmelehre 153

Erster Hauptsatz der Wärmelehre 154

Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre 155

Dritter Hauptsatz der Wärmelehre 157

Teil III: Elektrizitätslehre 159

Kapitel 11 Geladen: Elektrostatik 161

Reibungselektrizität 161

Coulomb-Kraft 162

Elektrisches Feld 163

Elektrische Spannung 166

Elektrokardiogramm 167

Kondensator 169

Influenz 175

Galvanische Elemente 176

Kapitel 12 Vom Nord- zum Südpol: Magnetostatik 181

Crazy magnets, how do they work? 181

Magnetisches Feld 183

Kapitel 13 Unter Strom: Elektrodynamik 185

Elektrische Stromstärke 186

Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters 186

Magnetfeld einer Spule 188

Magnetismus 190

Diamagnetismus 191

Paramagnetismus 192

Ferromagnetismus 192

Hysterese 192

Drehspulmessgeräte 193

Lorentzkraft 194

Hall-Effekt 197

Leiter, Halbleiter und Isolatoren 199

Halbleiterdiode 201

Ohmsches Gesetz 202

Kirchhoffsche Regeln 204

Reihenschaltung von Widerständen 205

Parallelschaltung von Widerständen 206

Parallelschaltung von Kondensatoren 207

Reihenschaltung von Kondensatoren 208

RC-Glieder 208

Thermoelektrizität 211

Seebeck-Effekt 211

Peltier-Effekt 213

Wechselspannung 214

Oszilloskop 216

Elektrische Leistung 217

Elektromagnetische Induktion 220

Generator 220

Transformator 221

Selbstinduktion 223

Blindwiderstände 226

Ladungstransport in Flüssigkeiten 230

Elektrophorese 232

Ladungstransport in Gasen 234

Teil IV: Schwingungen und Wellen 237

Kapitel 14 Schwingungen 239

Good vibes: Ungedämpfte Schwingungen 239

Bad vibes: Gedämpfte Schwingungen 242

Catastrophic vibes? Resonanz 243

Kapitel 15 Wellen 247

Schwingung auf Wanderschaft: Wellenausbreitung 248

Wellenarten 249

Wellenphänomene 249

Huygenssches Prinzip 249

Reflexion 250

Brechung 252

Beugung 253

Interferenz 254

Doppler-Effekt 255

Polarisation 258

Kapitel 16 Schall 261

Schallwellen 261

Schallintensität 263

Mach mal lauter: Hörschall 263

Lautsprecher/Mikrofon 264

Pegelgrößen 264

Psychoakustische Größen 266

Ultraschall 268

Akustische Impedanz 269

Piezoelement 269

Dämpfung 270

Sonographie 272

Teil V: Optik 275

Kapitel 17 Wellenoptik 277

Durch den Äther? Licht als elektromagnetische Welle 277

Lichtstrom, Lichtstärke und Beleuchtungsstärke 278

Welle-Teilchen-Dualismus 280

Lichtbeugung und Interferenz 284

Doppelspalt 284

Gitter 285

Beugung am Spalt 287

Kapitel 18 Geometrische Optik 289

Wo Licht ist, ist auch Schatten 289

Reflexion und Brechung 290

Linsen 293

Abbildungen 295

Virtuelle Bilder 299

Abbildungsfehler 301

Sphärische Aberration 302

Chromatische Aberration 302

Bildfeldwölbung 303

Astigmatismus 303

Kapitel 19 Optische Systeme 305

Voller Durchblick: Augenmodell 305

Linsenformen 308

Kleines ganz groß: Mikroskop 309

Stereomikroskop 312

Auflösungsvermögen 313

Elektronenmikroskop 314

Keine Angst vor Extinktion: Spektralphotometer 316

Absorption von Licht 316

Transmission und Extinktion 320

Spektrometer 322

LASER 326

Teil VI: Atomphysik 329

Kapitel 20 Atome und Moleküle 331

Lecker Rosinenkuchen? 331

Rutherfordsches Atommodell 331

Bohrsches Atommodell 334

Teilchen-Welle-Dualismus 336

Pauli-Prinzip 338

Orbitalmodell 340

Kapitel 21 Röntgen 343

Lasst uns in die Röhre schauen! 343

Röntgenbremsstrahlung 347

Charakteristische Röntgenstrahlung 349

Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie 352

Photoeffekt 352

Compton-Streuung 354

Paarbildung 354

Schwächungsgesetz 356

Bildgebung 359

Computertomographie 362

Kapitel 22 Radioaktivität 365

Das also ist des Atoms Kern 365

Protonen und Neutronen 365

Starke Wechselwirkung (Kernkraft) 366

Nuklidkarte 367

Zerfallsgesetz 368

Zerfallsarten 371

Zu viele Neutronen - ß¿-Zerfall 372

Zu viele Protonen 376

Große Kerne - ¿-Zerfall 379

Sehr große Kerne - spontane Spaltung 381

Ionisierende Strahlung 381

Strahlendosis 382

Strahlungsmessung 386

Kapitel 23 Magnetresonanztomographie 391

Spinnen alle Kerne? 391

z-Magnetisierung 392

xy-Magnetisierung 395

Free Induction Decay 397

Ortsauflösung 398

Ortskodierung (z) 398

Phasenkodierung (y) 399

Frequenzkodierung (x) 399

Teil VII: Top-Ten-Teil 403

Kapitel 24 Fast zehn Tipps, um geschmeidig durch die Klausur zu kommen! 405

Stichwortverzeichnis 407