\( \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \) \(\DeclareMathOperator{\sign}{sign} \) \(\newcommand{\pvec}[1]{\vec{#1}^{\,\prime}} \) \( \newcommand{\R}{\mathbb{R}} \) \( \newcommand{\ii}{\mathrm{i}} \) \( \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \)

Theoretische Physik 1 für das Lehramt L3

(Wintersemester 2019/2020)

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
Mo 10:15h-11:45h PHYS 1.114 (bitte beachten Sie die gegenüber der ursprünglichen Planung geänderte Zeit!)
Do 13:00h-13:45h PHYS 1.114

Erste Vorlesung: Montag, 14.10.

Videoaufzeichung:
Link zum Video


Evaluation

Die Evaluation der Vorlesung findet am Montag, 20.01. während der Vorlesungszeit elektronisch statt. Die Details finden Sie hier [pdf].


Manuskript

Das Manuskript im Wesentlichen fertiggestellt. Vielleicht ergänze ich noch die eine oder andere Anwendung von Lagrange- und Hamiltonformalisms auf konkrete Probleme. Selbstverständlich werden auch laufend Tippfehler korrigiert, sobald sie mir bekannt werden. Hier finden Sie jedenfalls immer die aktuelle Version:
Manuskript (Version vom 17.01.2020)

Ausführliche Rechnung zur Herleitung der Keplerformel (handschriftlich) [pdf]


Übungen

Tutor: Jan Rais
E-Mail: rais@th.physik.uni-frankfurt.de
Mo 12:15h-13:45h PHYS 1.114 (bitte beachten Sie die gegenüber der ursprünglichen Planung geänderte Zeit!)

Erste Übung: Montag, 21.10.


Offenes Lernzentrum zur Theoretischen Physik 1 für L3

Tutor: Thomas Weatherby
E-Mail: weatherby@physik.uni-frankfurt.de
Mo 14:00h-16:00 PHYS 02.222 (1. Termin: Montag 21.10.)

Allgemeine Informationen zum Lernzentrum [pdf]


Allgemeines Lernzentrum des Fachbereichs Physik

Hier können Sie sich von Tutoren zu Vorlesung und Übung beraten lassen. Das Lernzentrum ist im Raum PHYS __.101 täglich von 14-18h geöffnet.


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)
  • < h2="">

    Übungen

    Blatt 1: Freier Fall mit und ohne Luftwiderstand [pdf], Lösungen [pdf]
    Blatt 2: Vektorprodukt; Federschwinger [pdf], Lösungen [pdf]
    Blatt 3: Durch Feder verbundene Massen; Gravitationswechselwirkungspotential [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 4: Runge-Lenz-Vektor beim Kepler-Problem [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 5: Hyperbelfunktionen; Kreisbahn beim Keplerproblem [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 6: Fadenpendel [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 7: Matrizenprodukt, Determinanten, allgemeine Drehmatrix [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 8: Perle auf rotierendem Stab [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 9: Schiefe Ebene und Kugelpendel mit Euler-Lagrange-Gleichungen [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 10: Eigenmoden eines dreiatomigen Moleküls [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 11: Schwerpunktsbestimmung mittels Volumenintegralen; Satz von Steiner für Trägheitstensor und Trägheitsmomente [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 Methoden für das Lehramt L3" [pdf]

    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


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    Letzte Änderung: 14. Januar 2020