Lehrbuch zur Experimentalphysik Band 4 : Wellen und Optik

Dieses Buch zur Experimentalphysik ist der vierte Band der lange erwarteten Ausarbeitung der überaus beliebten Vorlesungen von Joachim Heintze. Dieser Band beschäftigt sich mit den Grundlagen zu den Wellenerscheinungen und der Optik, wie sie an der Universität in den Experimentalphysikkursen im Bachelor-Studiengang gelehrt werden. Die Liebe des Autors für die Physik und für spannende und historische Experimente ist in das Buch eingegangen und in allen Kapiteln unvermindert zu spüren. Hier finden Sie alle für das Bachelor- und das Nebenfachstudium der Physik relevanten Themen in anschaulicher und besonders gut verständlicher Form mit vielen Abbildungen präsentiert. Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen erleichtern die Prüfungsvorbereitung. Ob Physik Ihr Hauptfach sein mag oder ein Begleitfach − in jedem Fall werden Sie von den klaren Erläuterungen und den eingängigen Darstellungen profitieren und vieles mitnehmen, das Sie auf Ihrem weiteren Weg begleiten wird. Dieses Buch zur Experimentalphysik ist der vierte Band der lange erwarteten Ausarbeitung der überaus beliebten Vorlesungen von Joachim Heintze. Dieser Band beschäftigt sich mit den Grundlagen zu den Wellenerscheinungen und der Optik, wie sie an der Universität in den Experimentalphysikkursen im Bachelor-Studiengang gelehrt werden. Die Liebe des Autors für die Physik und für spannende und historische Experimente ist in das Buch eingegangen und in allen Kapiteln unvermindert zu spüren. Hier finden Sie alle für das Bachelor- und das Nebenfachstudium der Physik relevanten Themen in anschaulicher und besonders gut verständlicher Form mit vielen Abbildungen präsentiert. Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen erleichtern die Prüfungsvorbereitung. Ob Physik Ihr Hauptfach sein mag oder ein Begleitfach − in jedem Fall werden Sie von den klaren Erläuterungen und den eingängigen Darstellungen profitieren und vieles mitnehmen, das Sie auf Ihrem weiteren Weg begleiten wird. "Möge dieses Buch dazu dienen, allen Studenten die Schönheit der Physik aufzuzeigen, Zusammenhänge zu sehen, das Studium zu erleichtern und damit dieses Vermächtnis zu erkennen und weiter zu tragen." Hans-Georg Siebig Zum Inhalt Wellenerscheinungen - Mathematische Darstellung von Wellen - Fouriertransformation - Energietransport in Wellen - Brechung und Reflexion - Dispersion und Absorption - Geometrische Optik - Optische Instrumente - Spektroskopie und Mikroskopie - Interferenz, Kohärenz und Beugungsphänomene - Fourier-Optik und Holographie - Polarisiertes Licht - Gravitationswellen Der Autor Joachim Heintze (1926-2012) studierte nach dem Ende des Zweiten Weltkrieges in Berlin und Göttingen Physik und wurde in Göttingen Schüler von Otto Haxel, dem er nach Heidelberg folgte, wo er seine Promotion abschloss und sich auch habilitierte. Anschließend arbeitete er mehrere Jahre am CERN in Genf. Von 1963 an bis zu seiner Emeritierung 1991 war er Ordinarius für Physik am I. Physikalischen Institut der Universität Heidelberg; er wirkte zeitweilig auch als Dekan. Als Forscher ist sein Name untrennbar mit der Entwicklung von Spurendetektoren für hochenergetische geladene Teilchen verbunden. Durch seine Arbeiten über schwache Wechselwirkung und Elektron-Positron-Vernichtung hat er die Teilchenphysik über viele Jahre hinweg wesentlich mitgeprägt. Für seine Arbeiten über seltene Pionen-Zerfälle erhielt er 1963 den Physikpreis der DPG; 1992 wurde ihm der Max Born-Preis verliehen. J. Heintze war auch ein engagierter Lehrer; dieses Buch ist aus seinen Vorlesungen über Experimentalphysik für Studenten der ersten Semester hervorgegangen Vorwort 5 Vorwort 6 Vorwort 7 Der Autor 8 I Wellenlehre und Optik 11 1 Grundbegriffe der Wellenphysik 12 1.1 Typische Wellenformen 13 1.2 Ebene harmonische Wellen 18 1.3 Fourier-Analyse und -Synthese von Funktionen 19 1.4 Dispersion von Wellen 21 1.5 Die klassische Wellengleichung 23 Übungsaufgaben 26 2 Spezielle Wellenerscheinungen 28 2.1 Wellen auf einem elastischen Seil 29 2.2 Schallwellen 32 2.3 Wasserwellen 35 2.4 Elektromagnetische Wellen (Grundbegriffe) 37 2.5 Mehr über elektromagnetische Wellen 43 2.6 Bugwellen und Stoßwellen 49 Übungsaufgaben 52 3 Energie- und Impulstransport in Wellen 54 3.1 Der Wellenwiderstand 55 3.2 Energietransport in Schallwellen 57 3.3 Energietransport in elektromagnetischen Wellen 60 3.4 Impulstransport in Wellen, Strahlungsdruck 70 Übungsaufgaben 74 4 Weiteres zur mathematischen Darstellung von Wellen 76 4.1 Der Wellenvektor 77 4.2 Komplexe Darstellung von Wellen 78 4.3 Wellengruppen und Wellenpakete 80 4.4 Die Fourier-Transformation 84 Übungsaufgaben 87 5 Brechung und Reflexion 89 5.1 Experimentelle Grundlagen und Huygenssches Prinzip 90 5.2 Totalreflexion 93 5.3 Dispersion und Absorption 96 5.4 Reflexion und Transmission 101 Übungsaufgaben 107 6 Geometrische Optik 109 6.1 Lichtstrahlen und Fermatsches Prinzip 110 6.2 Abbildung mit Linsen 115 6.3 Abbildung mit Spiegeln 125 6.4 Anwendungen 126 Übungsaufgaben 141 7 Interferenz 143 7.1 Interferenz von zwei Wellenzügen 144 7.2 Kohärenz 154 7.3 Vielstrahlinterferenz 161 7.4 Laser I: Der Laser-Resonator 165 Übungsaufgaben 167 8 Beugung 169 8.1 Beugungsphänomene und Beugungstheorien 170 8.2 Fraunhofer-Beugung 173 8.3 Fresnel-Beugung 182 8.4 Fourier-Optik und Holografie 186 Übungsaufgaben 198 9 Polarisiertes Licht 200 9.1 Polarisationszustände 201 9.2 Polarisationseffekte bei der Emission, Absorption und Reflexion von Licht 204 9.3 Doppelbrechung 207 9.4 Induzierte Doppelbrechung, nichtlineare Optik 222 Übungsaufgaben 230 10 Gravitationswellen 231 10.1 Das Raum-Zeit-Kontinuum in der Allgemeinen Relativitätstheorie 232 10.2 Schwarze Löcher und Gravitationswellen 234 10.3 Nachweis der Gravitationswellen 237 Übungsaufgaben 244 II Anhang 245 11 Lösungen der Übungsaufgaben 246 Abbildungsnachweise 268 Personen- und Sachverzeichnis 270 Front Matter ....Pages I-XIV Front Matter ....Pages 1-1 Grundbegriffe der Wellenphysik (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 3-18 Spezielle Wellenerscheinungen (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 19-44 Energie- und Impulstransport in Wellen (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 45-66 Weiteres zur mathematischen Darstellung von Wellen (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 67-79 Brechung und Reflexion (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 81-100 Geometrische Optik (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 101-134 Interferenz (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 135-160 Beugung (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 161-191 Polarisiertes Licht (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 193-223 Gravitationswellen (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 225-238 Front Matter ....Pages 239-239 Lösungen der Übungsaufgaben (Joachim Heintze, Peter Bock)....Pages 241-262 Back Matter ....Pages 263-269 Die Liebe des Autors fur die Physik und fur spannende und historische Experimente ist in das Buch eingegangen und in allen Kapiteln unvermindert zu spuren.Hier finden Sie alle fur das Bachelor- und das Nebenfachstudium der Physik relevanten Themen in anschaulicher und besonders gut verstandlicher Form mit vielen Abbildungen prasentiert.