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"Ubersicht "uber den Stoff der Mechanik

Thomas B"okamp

18. Mai 1992

1 Die nachfolgenden Seiten enthalten mein Skript zu den Vorlesungen "Einf"uhrung in die Theoretische Physik" und "Theoretische Physik I -- Mechanik" von M. Thies im Sommersemester 1991 und Wintersemester 1991/92. F"ur Fehler und Unkorrektheiten kann keine Haftung "ubernommen werden. Ich m"ochte insbesondere darauf hinweisen, dass ich den Stoff der Vorlesung mit eigenen Bemerkungen erg"anzt bzw. ver"andert habe, f"ur die dabei entstandenen Fehler liegt die Verantwortung allein beim Autor des Skripts. Inhaltsverzeichnis

I Einf"uhrung in die Theoretische Physik 7 1 Elementare Newtonsche Mechanik 8

1.1 Was wird betrachtet? : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8

1.1.1 Idealisierungen : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8 1.1.2 Bezugssysteme : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8 1.1.3 Galileisches Relativit"atsprinzip : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 9 1.2 Das zweite Newtonsche Gesetz : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 9

1.2.1 "Ubersicht "uber Kraftarten : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 9 1.2.2 Grenzen der Newtonschen Mechanik : : : : : : : : : : : : : : : : 10 1.2.3 Erste Bemerkungen zum Zweiteilchenproblem : : : : : : : : : : : 10 1.3 2-Teilchenproblem mit Zentralkraft : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 11

1.3.1 Potential und Energie : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 11 1.3.2 Impuls und Drehimpuls : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12 1.3.3 Polarkoordinaten : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12 1.3.4 L"osen der Differentialgleichung f"ur U (r) = \Gamma Ar : : : : : : : : : : : 13 1.3.5 Diskussion der L"osungen des Kepler-Problems : : : : : : : : : : : 13 1.4 Effektive Potentiale : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 14

1.4.1 Klassifikation : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 15 1.4.2 Geschlossene Bahnkurven : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 16

2 Streuung am Zentralpotential 17

2.1 Streuung am 1-schweren Teilchen : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 17

2.1.1 Raumwinkel und Wirkungsquerschnitt : : : : : : : : : : : : : : : 17 2.1.2 Berechnung des differentiellen Wirkungsquerschnitts : : : : : : : : 18 2.2 R"uckstosseffekte : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 20

2.2.1 Zur"uck zum Zweik"orperproblem! : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 20 2.2.2 Streuwinkel im Laborsystem : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 22 2.2.3 Wirkungsquerschnitt im Laborsystem : : : : : : : : : : : : : : : : 23

3 n-Teilchen-System mit inneren Kr"aften 24

3.1 Gesetze von Newton : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 24 3.2 Einf"uhrung eines Potentials : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25 3.3 Noether-Theorem : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25

2

INHALTSVERZEICHNIS 3

3.3.1 Einf"uhrung des Noethertheorems - Gesamtimpuls : : : : : : : : : 25 3.3.2 Beispiel Drehimpulserhaltung : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 26 3.4 Zusammenfassung der Erhaltungsgr"ossen : : : : : : : : : : : : : : : : : : 27