Mechanik für das gymnasiale Lehramt

Mechanik für das gymnasiale Lehramt

Theoretische Physik und mathematische Methoden klar erklärt

von Hendrik van Hees

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 Elektrodynamik auf Abiturniveau.

Dieses Lehrbuch führt in die Standardinhalte der Vorlesungen über Theoretische Physik der Newtonschen und analytische Mechanik unter besonderer Berücksichtigung der speziellen Bedürfnisse von Lehramtsstudierenden ein. Im Vordergrund stehen dabei die grundlegenden Konzepte basierend auf Symmetrieprinzipien.

Besonderheiten

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. 

Die konzeptionellen Grundlagen, insbesondere die mathematische Beschreibung werden sorgfältig herausgearbeitet. Dies ermöglicht ein vertieftes Verständnis für die moderne Beschreibung der Naturgesetze und erleichtert den Einstieg für die weiterführenden Vorlesungen beträchtlich.

Inhalt

Einführung in die theoretische Physik – Newtonsche Mechanik – Analytische Mechanik – Anwendungen

Zielgruppe

Das Buch richtet sich an Bachelorstudierende der Physik und im Besonderen für das Gymnasiallehramt.

Vorkenntnisse

Auf Abiturniveau werden Grundkenntnisse der Analysis, der linearen Algebra und der klassischen Mechanik und Elektrodynamik vorausgesetzt.

Der Autor

Hendrik van Hees ist 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 Studierende des gymnasialen Lehramts zuständig.

Highlights

• 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

Über den 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.