\( \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \)
\(\DeclareMathOperator{\sign}{sign} \)
\(\newcommand{\pvec}[1]{\vec{#1}^{\,\prime}} \) \(
\newcommand{\R}{\mathbb{R}} \) \( \newcommand{\ii}{\mathrm{i}} \) \(
\newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \)
Theoretische Physik 1 für das Lehramt L3
(Wintersemester 2023/2024)
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\begin{equation*} \begin{split} & m \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*}
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Vorlesung
Hendrik van Hees
E-Mail: hees@itp.uni-frankfurt.de
Mo 10:30-12:00h
PHYS 01.114
Do 13:00-13:45h PHYS __.101
Erste Vorlesung: Mo
16.10.
Olat: Link
Bitte melden Sie sich im OLAT an, um Informationen via E-Mail zur
Vorlesung zu erhalten und zur Teilnahme am Tutorium
Evaluation
Die Evaluation zur Vorlesung findet am Do.
01.02. zwischen 10:00-12:00h statt. Der Link ist
http://r.sd.uni-frankfurt.de/4cd1c67c
Genauere Informationen sowie einen QR-Code finden Sie hier: [pdf]
Vorlesungsaufzeichnung WS 2021/2022
Link
Vorlesungsplan
(vorläufig)
1. Woche
(16.10.-20.10.): Kinematik (Vektorrechnung etc), Dynamik und
Newtonsche Axiome, freier Fall etc. (Skript 2.1-2.3)
2. Woche (23.10.-27.10.): Erhaltungssätze für abgeschlossene Systeme
(Skript 2.3+2.4)
3. Woche: (30.10.-03.11.): Newtonsches
Gravitationsgesetz und Kepler-Problem (Skript 2.8)
4. Woche: (06.11.-10.11.): Der
harmonische Oszillator (Skript 2.5-2.7)
5. Woche: (13.11.-17.11.): Beschleunigte Bezugssysteme (Skript 2.9)
6. Woche: (20.11.-24.11.): Variationsrechnung und
Euler-Lagrange-Gleichungen (Skript 3.1+3.2)
7. Woche: (27.11.-01.12.): Fundamentallemma der Variationsrechnung;
Hamiltonsches Prinzip (Skript 3.3+3.4)
8. Woche: (04.12.-08.12.): Noether-Theorem (Skript 3.5)
9. Woche (11.12.-15.12.): Beispiel
zum Noether-Theorem: Keplerproblem (Skript 3.6)
10. Woche (18.12.-22.12.): Hamiltonsche Formulierung der Mechanik und
Poisson-Klammern (Skript 3.7)
Weihnachtspause
11. Woche:
(08.01.-13.01.): Kinematik des starren Körpers (Skript 4.2)
12. Woche: (15.01.-19.01.): Volumenintegrale und Berechnung von
Trägheitsmomenten und -tensoren (Skript 4.2.3)
13. Woche: (22.01.-26.01.): Freier Kreisel (Skript 4.3.1-4.3.3)
14. Woche: (29.01.-02.02.): Schwerer symmetrischer Kreisel (Skript
4.3.4-4.3.5)
15. Woche: (05.02.-09.02.): Kreiselkompass (Skript 4.4)
Manuskript
Das Manuskript im Wesentlichen fertiggestellt. Tippfehler u.ä. werden
selbstverständlich korrigiert, sobald sie mir bekannt werden. Hier finden
Sie jedenfalls immer die aktuelle Version:
Manuskript (Version vom 19.01.2024)
Übungen
Tutorin: Martha Ege
E-Mail:
martha.ege@icloud.com
Mo 12:15-13:45h PHYS __.101
Erster Termin: Mo
23.10.
Die Übungsblätter werden freitags in OLAT hochgeladen (Abgabe bis zum
darauffolgenden Donnerstag 23:59h)
Blatt 01: Freier Fall und schiefer Wurf ohne und mit Luftwiderstand [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 02: Gravitationspotential; Feder im homogenen Schwerefeld der Erde [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 03: Satellit auf einer Kreisbahn; Bewegung in einem allgemeinen
Zentralpotential [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 04: Fadenpendel; Mit Feder gekoppelte Massenpunkte [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 05: Ungedämpfter getriebener harmonischer Oszillator [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 06: Perle auf rotierendem Stab [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 07: Bewegung auf der Brachystochrone [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 08: Bewegung auf der schiefen Ebene; Kugelpendel [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 09: Rollpendel [pdf]; Lösung [pdf]
Blatt 10: Dreiatomiges Molekül [pdf]; Lösungen [pdf]
Blatt 11: Trägheitstensor eines Zylinders, Eulerwinkel [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 12: Abrollen eines Zylinders auf einer schiefen Ebene [pdf];
Lösungen [pdf]
Blatt 13: Schwerpunktsberechnungen; Satz von Steiner [pdf]
Lernzentrum zur Theoretischen Physik 1 für L3
Tutor: Thomas Weatherby
E-Mail: weatherby@physik.uni-frankfurt.de
Di 10:00h-11:30 in PHYS 02.222 (Besprechungsraum der Didaktik der Physik)
Erster Termin:
Di 24.10.
Studienleistungen
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
Kriterien für den Erwerb des unbenoteten Scheines
Es werden in jeder Woche Übungsaufgaben bearbeitet. Die Übungsblätter werden
jeweils Montags hochgeladen und sind in dieser Woche zu bearbeiten. Sie
können Ihre Lösungen im OLAT hochladen. Sie werden dann korrigiert, und Sie
erhalten entsprechend Punkte.
Sie können die Hälfte der Punkte von jedem Blatt (was für das "Bestehen"
dieser Aufgabe ausreichend ist) auch erwerben, indem Sie an den Übungen
teilnehmen. Dabei ist natürlich eine "aktive Teilnahme" erwünscht.
Den Schein für die Vorlesung erhalten Sie, wenn Sie am Ende des Semesters
mindestens die Hälfte der erreichbaren Gesamtpunktzahl gesammelt haben.
Ab dem WS 2023/2024 müssen Sie sich sowohl für den Teilnahmenachweis als
auch für die Modulabschlussprüfung im
elektronischen System anmelden [Link
zum Prüfungsamt]. Beachten Sie die Anmelde-
und Rücktrittsfristen! Sollten Sie den Teilnahmenachweis am Ende des
Semsters nicht erbracht haben, entsteht Ihnen durch die Anmeldung kein
Nachteil!
Prüfungsinhalte
Theoretische Physik I
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)
Kurzer Review der Vorlesung [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 (interaktive Übersicht über mechanische Größen und ihre
Einheiten von Julius Schaaf)
Lehrfilme
Frames of Reference
(Youtube) (Lehrfilm von der "Physics Study Group" von 1960
(englisch))
Verschiedene
Filme mit Demonstrationsexperimenten zur Mechanik, insbesondere zur
Bewegung starrer Körper/Kreisel finden sich im online-Begleitmaterial des
Experimentalphysiklehrbuchs von R.
W. Pohl (zugänglich im Netz der Goethe-Uni). Direkter Link zu den
Movies mit Demo-Experimenten [zip]
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 Methoden für das Lehramt L3" [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
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Datenschutzgrundverordnung (EU-DSGVO) finden Sie hier.
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Letzte Änderung: 08. Februar 2024