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Theoretische Physik 1 für das Lehramt L3

(Wintersemester 2018/2019)

Galileo Galilei

\begin{equation*} \begin{split} & \frac{\dd^2 \vec{r}}{\dd t^2}=\vec{F}, \\ & \frac{\partial L}{\partial q_k}-\frac{\dd}{\dd t} \frac{\partial L}{\partial \dot{q}_k}=0. \end{split} \end{equation*}

Isaac
              Newton


Vorlesung

Hendrik van Hees
E-Mail: hees@th.physik.uni-frankfurt.de
Di 10:15h-11:00h PHYS __.101
Do 10:00h-11:30h PHYS __.101

Erste Vorlesung: Dienstag, 16.10.

Videoaufzeichung:
StudiumDigitale: Videos zur Vorlesung


Evaluation

Die Evaluation zur Vorlesung und Übung findet am 17.01. von 10:00-12:00h auf elektronischem Wege statt. Genauere Informationen finden Sie im folgenden pdf.


Manuskript

Das Manuskript ist in Arbeit. Hier finden Sie immer die aktuelle Version:
Manuskript (Version vom 19.02.2019)


Übungen

Tutor: Alexander Stegemann
E-Mail: stegemann@th.physik.uni-frankfurt.de
Di 08:00h-10:00h PHYS __.101

Tutor: Kai Gallmeister
E-Mail: gallmei@th.physik.uni-frankfurt.de
Di 11:00-13:00h PHYS __.101

Erste Übung: Dienstag, 23.10.


Studienleistungen

Unbenoteter Schein und Übungen: Anwesenheit (maximal zweimal unentschuldigtes Fehlen) im und aktive Teilnahme am Tutorium

Mündliche Prüfung (Modulprüfung Physikalische Modelle I): Es wird der gesamte Stoff des Moduls, also die Inhalte von Theoretische Physik für das Lehramt L3 I (Mechanik) und II (Elektrodynamik)
Zulassungsvoraussetzung: Erwerb der unbenoteten Scheine für Theoretische Physik I und II

Prüfungsinhalte

Theoretische Physik I (Kapitelangaben beziehen sich auf mein Manuskript)

Kapitel 2

  • Newtonsche Postulate/Axiome (absoluter Raum und absolute Zeit, Trägheitsprinzip+Inertialsysteme, $\vec{F}=\dot{\vec{p}}$, "actio-reactio")
  • Dynamik für einzelnes Punktteilchen: Kräfte, konservative Kräfte + Energieerhaltungssatz, Zentralkräfte und Drehimpulserhaltungssatz
  • Harmonischer Oszillator (ungedämpft/gedämpft, frei und getrieben)
  • Zweikörper-Kepler-Problem (Newtonsche Gravitationswechselwirkung, Schwerpunktssatz, Energie- und Drehimpulserhaltung, drei Keplersche Gesetze für den Spezialfall einer "sehr schweren Sonne")
  • Beschleunigte Bezugssysteme (Coriolis- und Zentrifugalkraft; freier Fall auf der rotierenden Erde; Foucault-Pendel)
  • Kapitel 3

  • Hamiltonsches Prinzip der kleinsten Wirkung
  • Euler-Lagrange-Gleichungen
  • einfache Beispiele zum Lagrange-Formalismus (z.B. freier Fall/schiefer Wurf, Fadenpendel, harmonischer Oszilllator, Kepler-Problem)
  • Noether-Theorem, Symmetrien und Erhaltungssätze
  • Symmetrien der Galilei-Newton-Raumzeit und dazugehörige Erhaltungssätze für abgeschlossene Systeme (Energie, Impuls, Drehimpuls, Schwerpunktbewegung)

  • Übungen

    Blatt 1: Schulmathematik-Test [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 2: Freier Fall und schiefer Wurf (ohne und mit Luftwiderstand) [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 3: Feder-Schwinger [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 4: Durch Feder verbundene Punktmassen; Gravitationspotential [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 5: Runge-Lenz-Vektor [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 6: Hyperbelfunktionen; Geostationäre Satellitenkreisbahn [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 7: Fadenpendel [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 8: Komplexe Zahlen; Teilchen im Magnetfeld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 9: Matrizen und Drehungen [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 10: Perle auf rotierendem Stab [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 11: Schiefe Ebene und Kugelpendel mit Lagrange [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 12: Rotierende Rotationsparaboloid mit Lagrange [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 13: Bewegung im $1/r^2$-Potential, Skaleninvarianz [pdf]; Lösungen [pdf]


    Online-Material

    Online-Mathematik-Brückenkurs von der DPG


    Die Deutsche Physikalische Gesellschaft bietet einen kostenlosen Online-Mathematik-Brückenkurs an, mit dem man die Kenntnisse in Schulmathematik durch aktives Üben auffrischen kann: OMB+


    Basisgrößen der Mechanik (interactive Übersicht über mechanische Größen und ihre Einheiten von Julius Schaaf)


    Lehrfilme

    Frames of Reference (Youtube) (Lehrfilm von der "Physics Study Group" von 1960 (englisch))


    Lehrbücher zur Theoretischen Physik

    Im folgenden finden Sie eine Auswahl von Links zu E-Books des Springer Verlags, die im Netz der GU frei zugänglich sind. Man kann auch außerhalb des Netzes der GU mittels VPN oder SOCKS-Proxy (z.B. via ssh) zugreifen. I.a. sind die Lehrbücher im pdf-Format vorhanden, manchmal auch im epub-Format. Erfahrungsgemäß sind wegen der Formeln nur die pdf-Versionen wirklich gut lesbar (sowohl online als auch ausgedruckt).

    Zum Selbersuchen von Physik-E-Books bei Springer:
    Springer Links oder im Katalog der Uni-Bibliothek Neues Suchportal der Uni-Bibliothek

    M. Bartelmann, et al., Theoretische Physik 1 - Mechanik, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2018).

    Lehbücher zur Mathematik

    K. Hefft, Mathematischer Vorkurs zum Studium der Physik, 2. Aufl., Springer Spektrum Berlin (2018)

    S. Großmann, Mathematischer Einführungskurs für die Physik, 10. Aufl., Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2012).

    Vorlesungsmanuskripte

    H. van Hees, Skript zu "Mathematische Ergänzungen zur Theoretischen Physik 1" [pdf]

    H. van Hees, Skript zu "Mathematische Ergänzungen zur Theoretischen Physik 2" [pdf]

    W. Cassing, H. van Hees, Mathematische Methoden für Physiker [pdf]

    Homepage von Prof. H.-J. Lüdde mit vielen Links zu Manuskripten, E-Learning-Material etc. zu den Vorlesungen Theoretische Physik für das Lehramt L3 I-III


    Data Privacy Statement


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    Letzte Änderung: 19. Februar 2019