Auflage 2021
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Print ISBN 978-3-527-41390-4
ePDF ISBN 978-3-527-82860-9
ePub ISBN 978-3-527-82861-6
Umschlaggestaltung Schulz Grafik-Design,
Fußgönheim
Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig
Gedruckt auf säurefreiem Papier.
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Gewidmet dem Andenken an
Heribert BaumertHildegard und Paul ReinekerManfred SchulzDr. Klaus Walser
Vorwort
Seit der Erstauflage der Lehrbuchreihe Theoretische Physik I–V [39–43] indenJahren 2006 und folgenden hat sich das Physikstudium in Form der Bachelor-Master-Ausbildung an allen deutschen Universitäten etabliert. Im Bachelorkurs wird die Theoretische Physik in der Regel in einer viersemestrigen Vorlesung angeboten. Das haben wir berücksichtigt und uns in der Neuauflage auf vier Bände konzentriert. Der bisherige Band IV (Quantenmechanik II) ist entfallen. Sein Inhalt kann in speziellen Vorlesungen in der Masterphase angeboten werden.
Die Neuauflage richtet sich nicht nur an die Studierenden der Physik, sondern auch an interdisziplinäre Studiengänge mit einem Schwerpunkt auf dem Gebiet der Physik (Medizinphysik, Wirtschaftsphysik, Biophysik) oder mit physikalischem Bezug (Sensorik, angewandte Mathematik) und überhaupt an alle an physikalischtheoretischen Methoden Interessierten.
In der Neuauflage des Mechanikbandes haben wir das Kap. 9 mit der Einführung in die spezielle relativistische Mechanik hinzugefügt. Jedes Kapitel wird eingeleitet mit einem Überblick über den in ihm behandelten Stoff. Am Ende der Kapitel sind jetzt Kontrollfragen eingebaut. Außerdem werden hier Aufgaben gestellt, zu denen mehr oder weniger ausführliche Lösungsvorschläge in entsprechenden Abschnitten des Anhangs gegeben sind.
Numerische Experimente und interaktive Demonstrationen sind wichtige Werkzeuge in der Theoretischen Physik um präzise Aussagen zu machen und abstrakte Konzepte zu illustrieren. Wir erweitern nun das Angebot von Onlinematerial (De-tails am Ende des Vorwortes), das in der ersten Ausgabe mit MAPLE entwickelt wurde mit der populären Open-Source-Software Python. Nachdem man eine frei verfügbare Python-Distribution installiert hat, kann man die interaktiven jupyter-notebooks ausführen, die thematisch den Buchkapiteln zugeordnet sind.
Die Erweiterung der Zahl der Autoren hat sich auf die Bearbeitung des Projekts sowohl inhaltlich als auch formal sehr positiv ausgewirkt.
Wir möchten an dieser Stelle Herrn Dipl.-Phys. Christoph Warns für seinen Einsatz bei der Anfertigung dieses Bandes herzlich danken. Herr Warns hat technisch und inhaltlich die Fertigstellung des Bandes sehr unterstützt und auch selbstständig zur Formulierung von Kap. 9 beigetragen. Auch durch Diskussionen früherer Versionen mit Herrn Dr. Thomas Hartmann und Frau Dipl.-Phys. Dipl.-Math. Annetraud Scheuing hat das Manuskript an Qualität gewonnen. Einer Reihe von Studierenden sei für die Mitteilung von Fehlern in früheren Versionen des Manuskriptes gedankt. Herrn Dr. Martin Preuß und Frau Daniela Bez danken wir für die gute Zusammenarbeit und das Verständnis für die Corona-bedingte zeitliche Verzögerung bei der Fertigstellung des Manuskriptes. Last but not least dankt Peter Reineker Herrn Prof. Dr. Fedor Jelezko für die Möglichkeit, als Seniorprofessor im Institut für Quantenoptik der Universität Ulm zu arbeiten.
Ulm, Halle, Darmstadt Peter Reineker, Michael Schulz,
Juli 2020 Beatrix M. Schulz, Reinhold Walser
Zusatzmaterial: der Zugang erfordert 1) ein Benutzerkonto bei github.com, 2) folgen Sie dem Link https://archive.org/services/purl/theoretische_physik_dhu, 3) nach Anmeldung bei gitlab suchen Sie das öffentliche Projekt „Zusatzmaterial der Lehrbuchreihe Theoretische Physik“ wo die Materialien hinterlegt sind.
Vorwort der Vorauflage
Die Theoretische Physik hat sich im letzten Jahrhundert zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Ausbildung junger Studierender in der Physik entwickelt. An dieser Situation wird sich auch nichts mit den an den meisten deutschen Universitäten inzwischen eingeführten oder kurz vor der Eröffnung stehenden Bachelor- und Masterstudiengängen ändern. Es ist für die Studierenden nicht immer einfach, sich systematisch Kenntnisse über das theoretische Grundwissen so anzueignen, dass ein zusammenhängender Komplex an Ideen, Konzepten und Methoden entsteht, der im späteren Berufsleben in den verschiedensten Ausprägungen angewendet werden kann.
An der Universität Ulm besteht schon seit Langem ein fünfsemestriger Theoriekurs, bestehend aus den Kursen Theoretische Mechanik, Elektrodynamik, Quantenmechanik (1 und 2) und Statistische Physik und Thermodynamik. Auf der Grundlage dieses Vorlesungsangebotes ist eine fünfbändige Lehrbuchreihe Theoretische Physik entstanden, die mit dem hier vorliegenden Band Theoretische Mechanik beginnt und das theoretische Basiswissen vermitteln will.
Diese Reihe wendet sich zuerst an alle Studierenden der Physik, gleich ob sie sich auf Experimentalphysik, Theoretische Physik, Computerphysik oder für das Lehramt spezialisieren wollen. In zweiter Linie richtet sich die Lehrbuchserie an Wissenschaftler, Lehrer und Studenten anderer Naturwissenschaften und der Mathematik. Mit dem Ziel, das theoretische Basiswissen zu vermitteln, enthält die Lehrbuchreihe natürlich nicht alle Teilgebiete der Theoretischen Physik. So werden Bestandteile von Spezialisierungskursen für Theoretische Physiker, z. B. Hydrodynamik, Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenchromodynamik, Theorie der schwachen Wechselwirkung oder Stringtheorie, nicht
