Theoretische Physik I Mechanik nach Prof. Brand - Fachschaft ...

1 Was ist Theoretische Physik?
Ziel der Theoretischen Physik ist die Beschreibung von Erfahrungen der Natur durch eine mathematische
Modellbildung. Gesucht ist eine Abbildung von realen Vorgängen mit der Ermöglichung von
Vorhersagen. Das Ziel ist also anders als in der Mathematik. Die Mathematik sucht in sich widerspruchsfreie
Theorien, die nicht notwendig reales Naturgeschehen beschreiben wollen. Der Maßstab ist
das Experiment.
Darüber hinaus will die Theoretische Physik mathematische Beschreibungen liefern, die möglichst einfach
sind. Dazu werden Idealisierungen verwendet: Die physikalischen Erscheinungen werden auf die
wesentlichen Aspekte reduziert, Experimente werden auf spezifische Fragestellungen ausgelegt. Dies
führt zu Konzepten wie ” starrer Körper” und ” Massenpunkt”.
Der Nutzen einer physikalischen Theorie liegt in der Beschreibung von Naturvorgängen und in der
Vorhersage experimenteller Ergebnisse.
Warum beginnt die Vorlesungsreihe ”Theoretische Physik” mit Mechanik?
• historische Gründe. Die Mechanik war die erste Theorie. Sie war Vorbild für andere Theorien.
• viele mathematische Methoden der Physik wurden auf dem Gebiet der Mechanik entwickelt.
• Grundlegende Größen (Energie, Masse, Impuls, ...) wurden in der Mechanik eingeführt und dann
auf andere Theorien übertragen.
• Die Mechanik hängt unmittelbar mit unserer Erfahrungswelt zusammen.
Grenzen und Erweiterungen der klassischen Mechanik
Jede physikalische Theorie ist nur begrenzt gültig. Die klassische Mechanik verliert ihre Gültigkeit bei...
• hohen Geschwindigkeiten (→ Modifizierung der Konzepte absoluter Raum, absolute Zeit in der
speziellen Relativitätstheorie)
• Großen Massen (dann muß der Euklidische Raum durch einen Riemannschen ersetzt werden:
Allgemeine Relativitätstheorie)
• kleinen Abständen. Das Wirkungsquantum mußte postuliert werden, um eine Theorie der Hohlraumstrahlung
zu ermöglichen (→ Quantenmechanik)
Einige Namen der klassischen Mechanik
Archimedes: Hebelgesetze, Schwerpunkt
Galilei Fallgesetze (1640)
Kepler: Planetenbahnen (1610)
Descartes: Impulserhaltung (1645)
Huygens: Infinitesimale Formulierung von Beschleunigungen (1675)
Newton: Gravitationsgesetz aus den Keplerschen Gesetzen abgeleitet (1690)
Klassische Mechanik c○Fachschaft Mathe/Physik Uni Bayreuth