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Theoretische Physik 1 (Mechanik) - Formelzettel/CheatSheet

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All umfassende Formelsammlung (Cheat Sheet für die Prüfung) auf zwei kompakten Seiten perfekt für die Prüfung in Theoretische Physik 1 (Mechanik). Die behandelten Themengebiete sind: 1. Newtonsche Mechanik 2. Systeme von Massenpunkten 3. Lagrange Formalismus 4. Hamiltonsches Prinzip 5. Kleine Schwingungen 6. Starre Körper Auf der zweiten Seite (Rückseite) befinden sich außerdem nützliche Reihen, Integrale und Zusammenhänge. Zusätzlich ist dort auch etwas Platz für eigene Notizen und Anmerkungen

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EINDIMENSIONALE BEWEGUNG PLANETEN BEWEGUNG "" " """ " "" "" "




„„„
G) µµ÷
Euklidischer Raum -1
unabhängige Abstands vektoren ""

"




a.w.o.ae#. . ,fgmY
Vektorraum Bezugspunkt mit Nullvektor existiert Energie E- =
In + UA ) mit
UG ) = -

DSFCD ① Ellipsen -

ro .
=
-




IFR 2 0 Drehimpuls L =
mrzie =
Kunst .




z.B
bahnen ✓
G- =
.




t-to-_--Tf@m_bejrbaeIY.Yer
✗ rp E Er In
>

Energie Ucr ) AMY
=
=




fE÷→
r r +
+

POLARKOORDINATEN → ortsabhängige
daft Er ¥m

/
② Flächen 7- #
-


Mit s - (reziproker
FIR §A Abstand)
jz [ ✗ f- |
>
| (e)
= > /
= =
s

PH ) Es
= = -

=


) Satz


⇐⇐ g-
=
,
cnn.i.EE#-... Energieerhaltung Em
=



5) Ulf ) E
-
> (s '
+ + =



zwischen um , # ☒ PUNKTEN
=


, „
„„ „ sie „ +
„ „ ÷„ - , ③ =
= „„ → „„ „ „ „ „„ „ „„ „


yE÷→

durch '
teilen
s mit FCI )
schwingt Masse Punkt
-
^
/s
Mit
F- AM MITTELPUNKT DARSTELLUNG
alt ) Gj pie ) G- ggü yj g) Te,
'




g"+g=q② )
=
- + +
' Kraft
( × / a) + ( / b) 2--1 = >
y
rausfinden !

#




""
KUGEL KOORDINATEN Er
=/
cosvcosce " ""
"" " "
" " "" "" = =
° " „„ „ „ „ „ „„ „ a
" "
" " "
r / 4) (1%7)
„„ „„„
=

I -

since
„„ „ „ „ „ „ „ „ „ „„ ⇐
„ „„ ro st

)
✗ e +




„„„„„„„„.DEMO
=




„„„„„amg)„„„„„
'

= r Sinne
→ Vorschrift :
Za = r + r
\ y
vctl-re-r-rihe-o-rsinvie.ie
°


Impulserhaltung
-

, wenn f- const ,
also = 0 ,
weil keine
/
mit Bahnkurve rce) :
p
=


atf =


11¥ P Perihel !
Tmin
=
/ (1 + E)
¥
-



e- ☐
Kraft auf Masse punkt wirkt ! a = =

einer


NETT
+

AH ) (i prä sind Ö ) Er rnaxk - =P " " ""
AP { Ap
+
=
r "
-




E-
- -
= =

b.
[
=




ninpu , haltung wenn
=
[ xp =
„ ⇐ ⇐ = const
=
Za

( rit-zr.it F) Er
,
+
rsinzlcoszh

e-itoi-blrsinz.ie
FXE F-
-



und = =
mir 0

lineare Exzentrizität
=




zrcoslhiil) Ee zisinzhi
Energieerhaltung
+
M-(%T keine Arbeit verrichtet wird
+
, wenn , gilt :
numerische Exzentrizität { =
Ela -
-




:
DE/dt
Eges = Kunst mit = 0

Runge Lenz (
ungebundene Bewegung Streuung)



÷:::: ÷:* :*:÷:::
„„„„„„„„.
-
:
"
-




:
F-konlr-t-n-TUCrf-wni-f.TT#~
1. TRÄGHEITSGESETZ Masse punkten wirken
E Ü £ 0
Mit for E Parabel bahn E-
:
✗ =
Mit 1
=





= :
/
Ruhe der
gleichförmigen Bewegung
in
Richtung der
Verbindung : =
{ = konst .




(po÷
{ E- Ö

mir
= 0 => =
O

wenn rot F- H ) : = ☐✗ F- ( r) =
0 Fcr) =
- =



3. REAKTIONS PRINZIP
(oder ¥174) =
Ü Fdiss ) ( Oszillation)
KONSERVATIVE KRÄFTE wirken gebundene Bewegung
> :
-

=
nur

„„ „ „ „
gag „„„ „ „„



☐„
I Leistung
„ „ „ „ „ „„




_ye.qgpgy
" „


ZENTRALKRAFTFELD

Drehimpuls erhaltung Ü Frz




÷Ä÷⇐
-


= > -




„„„„n
Teint Ucr)
Energieerhaltung Eges abstoßendes
(
= > =




""" ÷:*
" "" " " " " " " - Für einen einfallenden
RUTHERFORD im
-




f-
Floß
.


von Teilchen mit



araoslE.EE#
"

""




„„„„„.„⇐µ„
" " "" " '

für Ueff <0 storzteinm ins Zentrum ! gegangen
,
wie verteilen sich die
" " "" " "
überlegung
-


:




Teichen nach der
SYSTEME Strong
MASSEPUNKTEN
£¥= !¥- s.in?p--z)
VON
① F- 200




DEMO
Rutherford
=

am Potential ? bei
:

g.
Potential
"" " """ " "" " "" "" " " " " "" " " "
b Rsin
-
"
" =


( E ZWEI KÖRPER KRÄFTE ) bereich




%÷% ÷→Ä:¥⇐f÷:j ¥
E
schwache WW
Ey Fji oder starke WW (E xj ) Eij 0 Zahl einfallender Teilchen
Ä¥A
= : =
:

-
.




Stromdichte
-




=
j
=

Titanen
Äußere Kräfte :-. Kräfte Fi ' " von außen auf System einwirken

( Z B Schwerkraft )
-
-




N * " Differentieller
ME E- ' " ←
Bewegungs E. Fig
-

=
+ .




Gleichung
:

im Zentral
potential
Schwerpunkt eines Systems verhält sich



!!!!
wie ein Masse
punkt




←„„„„
auf den n u r die äußeren Kräfte wirken ! """
""" " " "
to

# Hainen ✗
'
(E) Äh Rij ( t ) xjlt) + dilt)


l
=




" "" " " " "" mit rmin :
„„
bei E- 0 „
„ „ „ „ „ „ „„ „ „„ „„ „


Schwerpunkt ☒ =
jf.IE Miri E =
Ueff (TM;) INERTIALSYSTEM E →
1. Newtonsches Axiom

52mF kannst
'




£,=f
IS Mit
mit < b wenn sich IS
Drehimpuls b
=


Mks F- i It a- g. g.
(¥÷z U¥" 1)
= - = .
Galilei -
-
-




. .GesartdrehimpUs(¥=§üxE→)erhal
+ a- konst verschoben ist
Trafo bewegt und um
)
= :




O-lbl-fdt-ZTdrgy.TL?-z-+mits:--Zoaers:--
=




abgeschlossenem System ( E.
In Fi = 0 ist .
. .




÷ FÜ BESCHLEUNIGTE SYSTEME (x
' '
z
'

)
Tmin
.




y
. .



.
,




impuls ( 1¥ E. Fi )
Kirin)
"
Gesamt erhalten R Mit

F- Ö
=
gpyoy =
Schin) is (D) =D


EEja.IE?:::F-
-




je; EEei
-




'
. -
.

-
+ + +
, + .




Einser
EZ




DEMO
Ueff G) Ucr) E
radiale
Bewegung bei + <
=
er
Ü ( IS) E
bei
Drehung von KS
gg .
: = WXE .




? E- ET
+
VIRIALSATZ




Vinay F=+ü=En
F-
Energie Satz
Mittelwert F : =

Is IT fdtflririt ) F=ä+r+wxr
(down; ×
g-
⇐ „ „ ⇐ „„ „„
↳ zeit :
„„
.
-




Potential
homogenen
off
mit
IE I nu
¥Ä¥ E-mii-zmw-EE.az#EfE'-mw-**r--
"" " " ""
" Mit Virial : =


,
= =

2T ←
vomaraan = mit -



dissipativen !
Kräfte
"
ymug ÷




ri-gy.ma.ES
an, „ gag ,
,
,

keine Arbeit verrichtet wird !
F )

} ""=%€+€"=¥÷tÖ
Zentrifugalkraft Mü (
'
-
✗ ✗


" " ""
" " """ "E
% A-
(%Ä„=µÄ)µ+w×=



nitreauzierwmas er-i.n.im .az#mpus* nua*=r o=&
" # Vektor
¥"
= in


gyzmgj-j-zm.ir;) „„
'

-




nur: El )
Erlitt
-




EMÄ UGH )
'

= >

Lagrange ✗= -1 -




(M^+Mz)Ä )
N Teilchen

(




.in/. n. . .* . . . ,. . .)
Freiheitsgrade
M[!I[ LAGRANGE 1. Art 3N
Ä
,

SCHWERPUNKT
0%-0
=
= >
IMPULS ERHALTUNG des
Schwerpunkts R
Zwangsbedingungen
„ „ on
gier .in#=o anholomon
µÄ=FF(↳
.

F Fn
. .




Tz
.

RELATIVBEWEGUNG = -
= >

→ skeleronom ( starr ) :
gicri .
. .
.
=
0 ( z.B .



Ungleichungen ,




memorieren " •
Relationen )
""

:





. .




=




G- %% Zylinder Koordinaten)




DEMO
( → siehe
F-
mÄ=Fr,Et)+1(t)ÜgCr÷
radiale
Zentral Kraft F- =
-



µ
: =
-




LAGRANGE




,„„„„.„„ß÷
Bewegung
:




[
PLANETEN BEWEGUNG r (e) =
11¥ 1. ART

mit ( abstoßenden ) Zentrifugal potential KAM in 3N Komponenten :




GRÄF
✓tTf¥
-




[
|
¥ "" " "
Fn -1¥ Ailton gjlx t)

±2(E-µÄ✓
" ° ⇐ " "
dir
'
mit F MNÜN ✗ n- 1 -3N
F-
=
. .

.


F
. *


Radialgeschwindigkeit
.
. . .




Mit
=

y -
neo =
± am µ ,
,


(✗ 3Mt ) R

1-iaEEI.FI
Gj j 1

LEYE
✗ =

0
= . .


^
. .
. . -




( durch Hr ) → rct ) sect ) → ru ) ) [ =




dd-tlT-UI-EYj.E.7.CH?Enxn---,...&A;H)Oz-
-
=




( aus D
ENERGIE -




ERHALTUNG
LAGRANGE FORMALISMUS
( g;
① Zwangsbedingungen
}
sich eliminieren ! formulieren ( x, ✗* t) =
0
Zwangsbedingungen gilxicai Hit ) 0
.
,
.




ast )
.




dass
=


Koordinaten qi xnlq
/



generalisierte
mit so
* = , ,


( Mn Ün
. .
.




② Lagrange gleichung aufstellen =




Li
.




Ei Lagrange
. .
-




Kinetische Energie Trin
-

-

E mnüi
funktion
wirkende Kräfte Fn
=/¥
= -




g. t ) extreralisiet
"


so dass „
Wirkung s :
< (q ,
→ En aus ② einsetzen


¥! Qitiss Zwangs kräfte aufstellen
§9 )
verallgemeinerte Kräfte Qr Fn
¥!÷„=¥ # Safe ¥ ( zn
¥
mit
-
- -




mit Bewegungs (× f)
g.
-

_
-

. =

,

(dissipative Kräfte)
,
Gleichungen
für sklerono Me Zwangsbedingungen ( ¥
-



. o ) ⑤ „„
gag „„
g.

„ „„„ g
,

c- DGL

Energieerhaltung E- T.i-U-pn.gr £ IEEE MNÄN
2.
Ordnung
!

Ee t)
mit
-




in Fn ( ✗ iii. t ) Zncx :\

-

L =
E "" " "
= +
, ,


→ Impuls erhaltung wenn
qe zyklisch ⑥ Bestimmung der
Integrations konstanten ldtfrnhfangs bedingungen )
for ✗ =
klein ,
t)
,
also # n
=
0
(KANONISCHER
IMPULS
)
" ""




|
Wirkung )
* "
" " "" " " "" " "
"" "
"




OH HAMILTONSCHES PRINZIP ( Prinzip der kleinsten




✓ f-



Es KEF) E-
" "" "
-




bei geladenem Teilchen :
"" "" " " ££ " "

d¥y=§ ¥!"¥
" " ""
=
"
" "" " "
" " "
"
"




F- =
e ( E- + ÜXB ) mit U -
elü .
Ä -

OI ) extrem al for EUER ↳ soll in der Natur immer extrema sein ! for hoher
Ableitungen IG, ] -
_


[dx Fly ,y;y ;)
"

FE EEG
skalare s Potential QI E-

E-
TOI
↳ 0
EE; E.EE
: = - -




B-
-



B ☐ -
+
o
potential
-




Vektor Ä Ä
-




×
.


: ☐
mit infitesi naher Variation 9nA )
= .




Ihn
UM •



- -




✗=¥✓→_eÜÄ-eÖ② eindeutig galt
nicht

ERH ] ) -
qlt) + ) stationärer Punkt
generalisierte Generalisierter
bei Impuls KETTEN REGEL

x.gu-my.y.gg#,q....w...qgqgq-
Kraft
wegen




8) FREY istaifs.sareds%EeEMD-fai.io?--O--f!ylt (¥ # %-)
d Ketten linie

'
→ ☒ =
OI -



: „ ) -




dt b

Funktion
A- / Ä A- + JA HEIT

?⃝ ?⃝
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→ =
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