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1. Auflage 2016
© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
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Coverfoto: © iStock.com/drbimages
Korrektur: Frauke Wilkens
Satz: Beltz Bad Langensalza GmbH, Bad Langensalza
Print ISBN: 978‐3‐527‐71056‐0
ePub ISBN: 978‐3‐527‐80442‐9
mobi ISBN: 978‐3‐527‐80443‐6
Dr. Wilhelm Kulisch ist Privatdozent für Experimentalphysik an der Universität Kassel. Er studierte Physik in Münster und Kassel und arbeitete lange am Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik in Kassel im Bereich der Dünnschichttechnologie. Er arbeitete unter anderem an Nanoschichten für Computerchips, nanokristallinen superharten Materialien, Schichten mit molekularem Design sowie Nanobeschichtungen für künstliche Gelenke. Derzeit ist er an Nanodiamant und Kohlenstoff‐Nanoröhrchen für biomedizinische Anwendungen interessiert. Er ist Autor einer Reihe von … für Dummies‐Büchern.
Dr. Regine Freudenstein studierte Physik in Göttingen, Hannover und Kassel. Sie promovierte mit einer Arbeit über nanokristalline Schichten aus superhartem kubischem Bornitrid am Institut für Nanosystemtechnologie und Analytik der Universität Kassel; ihr Spezialgebiet ist die Abscheidung, Charakterisierung und Anwendung von Nanoschichten mit herausragenden mechanischen Eigenschaften.
Der Begriff Physik stammt aus dem Griechischen und bezeichnet die Lehre von der uns umgebenden Natur. Sie werden sich wundern, wie voll von Physik die Sie umgebende Welt ist! Ohne Physik könnten Sie nicht verstehen, wie das Wetter funktioniert, auf was für Bahnen Planeten durchs All fliegen, welche Effekte sie dabei hervorrufen und wie Pfützen oder Teiche zufrieren. Ganz zu schweigen von den vom Menschen geschaffenen Technologien, sei es das Auto, das Flugzeug, der Rasenmäher oder die Energiesparlampe! Selbst ein einfacher Schraubendreher beruht auf physikalischen Prinzipien (Stichwort »Drehmoment«). Sogar der Mensch selbst steckt voller Physik. Bewegungen wie Gehen, Laufen oder Werfen lassen sich ebenso mithilfe der Physik beschreiben wie die Wirkungsweise des Auges oder das Prinzip des Blutkreislaufs. Sie sehen also: Die Physik ist in unserem Leben allgegenwärtig.
Leider besitzt die Physik – völlig zu Unrecht – ein eher negatives Image. Sowohl meine Frau als auch ich sind Physiker. Wenn ich zu neuen Bekannten sage: »Ich bin Physiker«, ernte ich zumeist ein staunendes »Wirklich?«. Bei meiner Frau reichen die Antworten bis zu »Wie kann man nur?«. Wenn sich jemand für Physik interessiert, dann stellen sich die meisten Menschen hoch spezialisierte und völlig weltfremde Männer vor …
Ich habe dieses Buch geschrieben, um Sie vom Gegenteil zu überzeugen. Ich möchte Sie für die Physik begeistern und Ihnen zeigen, dass sie eigentlich gar nicht so schwierig ist, wie immer behauptet wird. Physik spielt wie gesagt eine große Rolle in Ihrem Leben. Darüber hinaus kann Physik aber auch extrem spannend sein und Ihre Neugierde stillen. Wenn Sie sich in Zukunft bei einem neuen Gerät fragen »Wie funktioniert das?«, lassen Sie sich nicht mit der Antwort »Das ist Physik« abspeisen, sondern haken Sie nach: »Selbst wenn es auf Physik beruht – ich will verstehen, wie dieses Gerät genau funktioniert!« Genau dies ist das Ziel dieses Buches. In 100 Artikeln lernen Sie die physikalische Wirkungsweise von Geräten, Phänomenen und Effekten, denen Sie in Ihrem alltäglichen Leben begegnen, kennen. Vom Verkehr über Haushalt und Medizin bis hin zum Wetter ist für jeden etwas dabei.
Es gibt nur eine einzige Vereinbarung in diesem Buch, die Sie sich merken müssen: Physikalische Größen sind kursiv gesetzt. Ein einsames m deutet also auf die Masse hin. Ein nicht kursives m bezeichnet dagegen die Einheit »Meter«. Wichtige Begriffe sind ebenfalls kursiv gesetzt, wenn sie zum ersten Mal auftauchen.
Bis auf die Einleitung sind alle Kapitel sowie die einzelnen Artikel in den Kapiteln völlig gleichberechtigt. Sie können das Buch lesen, wie es Ihnen am besten gefällt – von vorn nach hinten, von hinten nach vorn oder in jeder anderen Reihenfolge.
Meine erste Annahme über Sie, die Leserin beziehungsweise den Leser, ist, dass Sie neugierig sind. Sie möchten also wissen, wie ein Gerät funktioniert oder warum ein bestimmtes Phänomen auftritt, und lassen sich nicht mit der Antwort »Das ist halt Physik« abspeisen. Gleichbedeutend damit ist die Annahme, dass Sie neugierige Kinder haben, die viele Fragen stellen.
Sie benötigen keine Vorkenntnisse, um den Inhalt dieses Buches zu verstehen! Im Top‐Ten‐Kapitel 11 habe ich einige physikalische Zusammenhänge, die in diesem Buch auftauchen, für Sie zusammengefasst. Obwohl die Physik die meisten ihrer Ergebnisse in mathematischen Formeln ausdrückt, spielt Mathematik in diesem Buch kaum eine Rolle. Allerdings sollten Sie in der Lage sein, eine einfache Gleichung wie das ohmsche Gesetz zu interpretieren:
Dieses Buch ist in zehn Kapitel unterteilt, von denen jedes zehn Artikel zu einem bestimmten Themengebiet enthält. Die Themen sind nicht an den klassischen Kanon der Physik angelehnt (also Mechanik, Optik, Elektrizitätslehre und so weiter), sondern orientieren sich an alltäglichen Lebensbereichen.
Im ersten Kapitel dreht sich alles ums Auto. Sie lernen verschiedene Motortypen und andere wichtige Komponenten rund ums Auto kennen.
Das Thema des zweiten Kapitels ist der Verkehr jenseits des Autos. Es geht also unter anderem um Flugzeuge, Schiffe und den Schienenverkehr. Aber Sie werden auch das gute alte Fahrrad wiederfinden!
Das dritte Kapitel bringt Ihnen die moderne Unterhaltungselektronik wie Fernseher, Radios und Speichermedien näher.
Die nächsten beiden Kapitel beschäftigen sich mit Ihrer Wohnung beziehungsweise Ihrem Haus. In Kapitel 4 erkläre ich Ihnen, wie ein Haus mit Wärme, Strom und Wasser versorgt wird und wie es mit der Außenwelt kommuniziert.
In Kapitel 5 sind dann Haushaltsgeräte an der Reihe. Wie funktioniert ein Induktionsherd? Wie viel Energie spart eine Energiesparlampe? Warum hält eine Thermoskanne Ihren Kaffee warm? Neben Großgeräten wie dem Kühlschrank erfahren Sie auch mehr über eher unscheinbare Geräte wie Spiegel.
Auch in der Medizin spielt Physik eine große Rolle, sei es bei Diagnosetechniken oder medizinischen Hilfen wie Brillen und Herzschrittmacher. Dies ist das Thema von Kapitel 6.
Kapitel 7 ist der Freizeit gewidmet. Zunächst lernen Sie die Physik moderner Freizeitbeschäftigungen wie Drachenfliegen und Bungee‐Jumping kennen. Anschließend gehe ich auf einige Materialien, die bei heutigen Freizeitbeschäftigungen eine große Rolle spielen, ein und erkläre Ihnen Geräte, die bei vielen Freizeitaktivitäten Verwendung finden.
In Kapitel 8 werden Sie überrascht sein, in welchem Maße unser Wetter von der Physik bestimmt wird.
Die Physik bedingt auch eine Reihe erstaunlicher Naturphänomene. In Kapitel 9 erhalten Sie Antworten auf Fragen wie »Warum ist der Himmel blau?« oder »Worauf beruht der Wechsel zwischen Ebbe und Flut?«.
Kapitel 10 ist ein wenig anders aufgebaut als die anderen Kapitel. Es handelt vom noch in der Entstehung begriffenen Feld der Nanotechnologie. Zunächst erläutere ich für Sie, was Nanotechnologie überhaupt ist, welche Vorteile sie bietet und welche Gefahren sie birgt. Im Anschluss stelle ich Ihnen Produkte unter anderem aus der Halbleiter‐ und Speichertechnologie vor, in denen Nanotechnologie bereits zum Einsatz kommt.
Im Gegensatz zu den meisten … für Dummies‐Büchern finden Sie in diesem Buch keinen Top‐Ten‐Teil, sondern nur ein Top‐Ten‐Kapitel. Darin erkläre ich Ihnen einige immer wiederkehrende physikalische Grundsätze und Gesetze, sodass diese in den betreffenden Artikeln nicht jedes Mal neu erläutert werden müssen.
In diesem Buch werden zwei Symbole verwendet, um auf besondere Textstellen hinzuweisen:
Das Tippsymbol verweist auf Zusammenhänge des jeweils behandelten Themas mit anderen Artikeln. Häufig gibt es Ihnen aber auch nur eine kleine Anregung zum weiteren Nachdenken.
In diesem Buch haben Sie wirklich die freie Auswahl. Ein‐ oder zweimal werden Sie einen Hinweis finden, zunächst den Artikel X in Kapitel Y zu lesen. Ansonsten gib es keine Einschränkungen beim Lesen! Die einzelnen Kapitel sowie die Artikel in einem Kapitel bauen nicht aufeinander auf. Lesen Sie das Buch am Stück oder in kleinen Happen, von vorn nach hinten oder beginnen Sie mit denjenigen Artikeln, die Sie besonders ansprechen. Falls Ihnen ein Begriff völlig spanisch vorkommt, können Sie ihn im Stichwortverzeichnis am Ende des Buches nachschlagen.