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113
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@@ -0,0 +1,113 @@
#import "./preamble.typ": *
#show: conf.with(num: 4)
= Einleitung
Newton < Lagrange < Hamilton
== Ziel der Analytischen Mechanik
Dynamik von mechanischen Systemen (N Massepunkte)
Aufstellen von BWGL mit der Forminvarianz
Loesen von BWGLn. Hier gibt es nur wenig loesbare Beispiele: Zentralpotential und gekoppelte Oszillatoren.
Erhaltungsgroessen & Symetrien beim Loesen ausnutzen und neue Erhaltungsgroessen auffinden.
Newton <= Lagrange = Hamilton < Hamilton'sches Prinzip
Abstraktionsweg:
$"Kraefte" -> "Potentiale" -> "Lagrange-/ Hamiltonfunktion" -> "Wirkung"$
== Vorlesung
24VL
Newton'sche Mechanik (6VL)
1D Probleme, Numerik, Reduktion auf DGL 1. Ordnung, Zentralpotential, Streuprobleme
#example[
Ich meine das PDF gibts auch online
]
= Notes
Es wird ein Skript geben, welches vom letzten Jahr etwas umgebaut werden wird.
Hoersaaluebung sei das wichtigste (Fr 16-18). Vielleicht sogar wichtiger und ersetzend zu den kleinen Uebungen.
Donnerstag nach Ostern Vorstellung der TeamCaptains. Das sind irgendwelche Studierende, welche freiwillig Ansprechpartner fuer Fragen sein wollen und einen Kommunikationskanal zum Dozenten herstellen.
= Tafelanschriebe
- Alles vom Standpunkt Newton mit Erhaltungsgroessen (6-7VL)
- Loesen vom Zentralkraftproblem
== Newton Mechanik
=== 1D Systeme
Grundlage fuer die ersten Wochen
Newton II. BWGL
// Arrow und dot in typstar
// TODO: make it work with subscripts
$
dot(arrow(p)) = dif / (dif t) arrow(p) = m dot.double(r) = sum_(i=0)^(n) arrow(F_i) (arrow(r) dot(arrow(r)))
$ <bwg>
Dabei ist $arrow(r)$ ein Vektor in Kartesichen Koordinaten.
Ziel: $arrow(r) = arrow(r)(t)$ bzw $x(t), y(t) z(t)$ also eine Lsg von @bwg durch das Anfangswertproblem
$
arrow(r)(t) = arrow(r_0) \
dot(arrow(r))(t_0 ) = dot(arrow(r_0))
$
#example[
1D Oszillator im Gravitationsfeld.
Das KS wird so gewaehlt, dass $z$ zu einem kraeftefreien Punkt wird. $arrow(F_g) + arrow(F_r)(z) = arrow(0)$
$
z = z(t) \
arrow(F_g) = -m g \
arrow(F_k) = -k z + m g = -k Delta l
$
BWGL:
$
m dot.double(z) = arrow(F_g) + arrow(F_k) = - m g - k z + m g\
m dot.double(z) + k z = 0
$
Gewoehnliche DGL 2. Ordnung in Zeit $t$ fuer $z=z(t)$ BWGL fuer $z$.
- linear homogen, Koeffizienten konstant
Standardloesungsansatz:
$
z(t) = z_0 e^(lambda t), z_0 in CC, lambda in CC
$
Ableiten und Einsetzen
$
dot.double(z(t)) = z_0 lambda^2 e^(lambda t) ==> z_0 e^(lambda t) [lambda^2 + k/m] = 0, forall t
$
Lsg. $z_0 = 0 or lambda = p_m i omega_0, omega_0 = sqrt(k/m)$
]
Allgemeine Loesung des Beispiels:
// TODO: mit dem Skript weiterschreiben zuende machen

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@@ -0,0 +1,47 @@
#import "./preamble.typ": *; #show: conf.with(num: 1, ueb: true)
= Aufgabe 1
+ Gegeben ist eine homogene gewoehnliche lineare Differentialgleichung zweiter Ordnung $dot.double(y) + a y = 0$.
Diese kann mittels eines Exponentialansatz $y = c e^(lambda t)$ geloest werden.
Umformen liefert fuer $lambda$ die beiden Loesungen $lambda_1$ und $lambda_2$
$
(c_1 e^(lambda t))'' + (a c_2 e^(lambda t))' = 0\
<==> c_1 lambda^2 e^(lambda t) + a c_2 lambda e^(lambda t) = 0\
==> lambda^2 + a lambda = 0\
==> lambda_1 = 0 and lambda_2 = -a.
$
Da die Nullfunktion nicht interessant ist folgt fuer die allgemeine Loesung:
$
y(t) = c_1 + c_2 e^(-a t)
$
+ Der Ansatz fuer das eindimentionsale Problem ist hier $x(t) = x_0 + v_0 t + 1/2 a t^2$.
Einsetzen liefert die BWGL
$
r(t) = x(t) = x_0 + v_0 t - 1/2 g t^2.
$
+ Grundsaetzlich gilt, dass $nabla V(r) = arrow(F)(arrow(r))$. Es kann also das Kraftfeld integriert werden um das relative Potential zu erhalten.
$
arrow(F)(arrow(r)) = (alpha) / (r^2 ) arrow(e)_(r) \
$
$
arrow(F)(arrow(r)) = (beta) / (r^3 ) arrow(e)_(r)
$
#highlight[Wie das am besten rechen? Nutzen von Abkuerzungen.]
+ Potentiale Ableiten.
$
dif / (dif x) kappa x^2 = 2 kappa x\
dif / (dif x) V_0 sin^2 (kappa x) =
$

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S2/AnaMech/UebungHA1.pdf Normal file
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@@ -0,0 +1,85 @@
#import "./preamble.typ": *
#show: conf.with(num: 4)
= Studienleistungen
- mind. 2x vorrechnen
= Integration
#flashcard(0)[onw][
sf
]
Idee:
- Differenzieren:
$
F: I -> RR \
F'(x) = lim_(x -> oo)
$<okay>
Die Idee ist nach einer Funktion zu fragen, welche die Vorschrift $F' = f$ erfuellt.
Dazu kann in 2 Dimensionen der Flaecheninhalt unter dem Graphen der Funktion ermittelt werden.
== Unbestimmte Integration
Frage:
Gegeben sei ein Intervall $I$ in RR und eine Funktion $f: I -> RR$
Finden wir $F: I -> RR$ mit $F' = f$?
#definition[
Gegeben: $I <= RR$ Intervall
$F, f: I -> RR$
- $F$ eine Stammfunktion zu f auf I oder unbestimmtes
]
Beachte:
Gegeben seien Stammfunktionen $F_1, F_2$ zu $f$
$
==> (F_1 - F_2)'(x) = f(x) - f(x) = 0\
==> F_1 - F_2 "konstant auf" I
$
Man ueberprueft ob eine Funktion eine Stammfunktion ist anhand der Definition.
Nicht jede Funktion hat eine Stammfunktion.
#theorem[
Zwischenwertsatz fuer Ableitungen
Sei $F: [a,b] -> RR$ diffb.
$
==> F' "nimmt auf" (a,b) "jeden Wert zwischen" F'(a) "und" F'(b) "an".
$ <zws>
]
#proof[
// TODO: write this proof
]
Die Funktion, welche eine Stufenfunktion ist hat keine Stammfunktion, da sie im Widerspruch zu Satz @zws steht.
#theorem[
Summenregen fuer Integration
Seien $I, I_0 "Intervalle in" RR$ uns $alpha_1, ... alpha_n in RR$
- Gegeben:
$f_1, ...,f_n I -> RR $
// TODO: zuende schreiben
]

32
S2/AnaMech/nolting.typ Normal file
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@@ -0,0 +1,32 @@
= Einfuehrung
In der Newton-Mechanik werden physikalische Systeme mithilfe aller Massepunkte beschrieben.
#flashcard(0)[Zwangsbedingung][
Zwangsbedingungen sind Bedingungen, welche die freie Bewegung der Systemteilchen einschraenken (geometrische Bindungen).
]
#flashcard(0)[Zwangskraefte][
Zwangskraefte sind Kraefte, die die Zwangsbedingungen bewirken, also die freie Teilchenbewegung behindern (z.B. Afulagekraefte, Fadenspannungen).
]
#flashcard(0)[Holonome Zwangsbedingungen][
Verknuepfungen der Teilchenkoordinaten und eventuell der Zeit in der Form
$ f_nu(r_1, r_2, ..., r_n, t) = 0, nu = 1, 2, ..., p. $
]
#flashcard(0)[Holonom, skleronome Zwangsbedingungen][
Holonome Zwangsbedinungen mit zusaetzlich
$
$
]
= Lagrange Formalismus
Was muss ich auswendig lernen fuer den Lagrangeforalismus?

16
S2/AnaMech/preamble.typ Normal file
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@@ -0,0 +1,16 @@
#import "../../default.typ": *
#let conf(num: none, ueb: false, body) = {
// Global settings
show: default
// Set the header
if (ueb == false) [AnaMech \ Vorlesung #(num)]
if (ueb == true) [AnaMech \ Uebung #(num)]
// Make the outline
outline()
// load the document
body
}

1
S2/DiffII/.anki Normal file
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@@ -0,0 +1 @@
University::Math::S2

BIN
S2/DiffII/VL/DiffVL1.pdf Normal file
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131
S2/DiffII/VL/DiffVL1.typ Normal file
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@@ -0,0 +1,131 @@
#import "../preamble.typ": *
#show: conf.with(num: 1)
#set heading(numbering: "1.1.")
Tutorium ist immer Mi 2-6pm
Tutoren sind Oscar Cossarat und Simon Fischer
Das Hauptziel ist das Wissen aus dem ersten Semester ueber $f: RR -> RR$ auf meherer Dimensionen zu verallgemeinern.
= Topologische Grundbegriffe
== Euklidischer Abstand im $RR^n$
In der Diff 1 haben wir Stetigkeit Diffbarkeit und Integrierbarkeit von Funktionen $f: [a, b] -> RR, a < b$ besprochen.
Diese sind hier eindimensional und auf einem Kompaktum definiert.
$==>$ Verallgemeinrerung zu Funktionen $f: DD = RR^m -> RR^n$ ?
$==>$ Konvergenz im $RR^n$ ?
#example[
Auf $CC$ haben wir die Abstandsfunktion
$
d(a, b) = abs(a-b), quad a,b in CC,
$
wobei $abs(z) = abs(z_1+i z_2) := sqrt(z_1^2+z_2^2)$, $z_1, z_2 in RR$.
]
#definition[
Sei $n in NN$. Wir definieren die Euklidische Norm als die Funktion $||dot||: RR^n -> RR^+, quad (x_1, ..., x_n) |-> sqrt(x_1^2 + ... + x_n^2 )$.
Wir definieren die euklidische Metrik $d: RR^n times RR^n -> RR, quad x, y |-> d(x, y) = norm(x+y)$.
]
Wir schreiben $underline(x)$ fuer einen Vektor $x$. Ich werde einfache Symbole verwenden und nur im Notfall des Kontexts eine Unterscheidung machen.\ Erfuellt $d(x, y) = norm(x - y)$ die Eigenschaften einer Metrik?
#definition[
Ein metrischer Raum ist ein Tupel $(X, d_x)$ aus einer Menge $X$ und einer Funktion $d_x: X times X -> R^+$ mit drei Eigenschaften.
+ $d(x,x) = 0 and d(x,y) != 0, x != y $
+ Symetrie: $d(x,y) = d(y,x)$
+ Dreiecksungleichung
]
Wir definieren das *Standard-Skalarprodukt* als $angle.l dot, dot angle.r: CC^n times CC^n -> CC$.
// TODO: add angles to typstar
#lemma[
Cauchy-Schwarz Ungleichung
Fuer $x, y in CC^n$ gilt $abs(angle.l x\, y angle.r) <= abs(x) dot abs(y)$
Die beiden Vektoren sind genau dann linear abhaengig, wenn Gleichheit gilt
]
#proof[
#highlight[TODO]
]
#lemma[
Die euklidische metrik $d: RR^n times RR^n -> RR, (x, y) -> abs(x - y)$ ist eine Metrik auf $RR^n$.
]
#proof[
#highlight[TODO]
// Hier wird der Teil 3 ueber das Ausschreiben von abs(x+y)^2 gemacht
// Dannach kann die Cauchy Schwarz ungleichung verwendet werden um eine Abschaetzung nach oben zu gewinnen
// Mit der binomischen
]
== Konvergenz im $RR^n$
#remark[
Sei $(X, d)$ ein metrischer Raum, $(a_k )_(k in NN)$ eine Folge in $X$ und $a in X$. Wir sagen, dass die Folge gegen $a$ konvergiert falls gilt:
$
forall epsilon > 0 exists k_0: d(a_k, a) < epsilon, forall k >= k_0
$
alternativ: $lim_(k -> oo) d (a_k, a) = 0$.
In dem Fall schreiben wir $lim_(n -> oo) a_k = a$.
]
#lemma[
Sei $x_k, k in NN$ eine Folge im $RR^n$
mit $x_k = (x_(k,1), x_(k,2), ...)$ und $a = (a_1, ..., a_n)$.
Dann konvergiert die Folge genau dann gegen $a$, wenn $lim_(n -> oo) x_(n,j) = a_j, forall 1 <= j <= n$.
]<lem3>
#proof[
#highlight[TODO]
Idee: verwende die Ungleichung $abs(x_k-a_l) <= abs(x_k-a) <= sum_(i=0)^(n) abs(x_k-a_l )$
]
#definition[
Wir werden eine Folge im $RR^n$ beschraenkt, falls es eine Konstante $R>0$ gibt, sodass $d(0, a_k) < R, forall k in NN$
d.h $a_k in K_R(0), forall k in NN$
]
#remark[
Ist eine Folge im $RR^n$ konvergent, so ist diese beschraenkt.
]
#theorem[
Bolzano-Weierstrass
Eine beschraenkte Folge im $RR^n$ besitzt eine konvergente Teilfolge.
]<bolz>
#proof[
Induktion nach $n$. Fuer $n=1$ siehe Diff 1.
Angenommen @bolz gilt fuer ein $n in NN$ und es ist eine beschraenkte Folge im $RR^(n+1)$ gegeben.
Dann ist diese Folge beschraenkt auf $RR^n$ eine beschraenkte folge mit konvergenter Teilfolge.
#highlight[TODO]
]
#theorem[
$RR^n$ mit der euklidischen Metrik ist vollstaendig.
]
#proof[
Fuer eine Cauchyfolge F von Vektoren im $RR^n$ sind die Folgen der Komponenten wieder Cauchy-Folgen im $RR$. Diese haben wegen der Vollstaendigkeit von $RR$ einen Grenzwert. Nach @lem3 konvergiert also die Folge F.
]

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16
S2/DiffII/koenig.typ Normal file
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@@ -0,0 +1,16 @@
= Grundlagen der Topologie
== Definitionen
== Saetze
== Fragen
== Aufgaben
= Stetigkeit
= Differentiation

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S2/ExPhyII/VL/ExVL1.pdf Normal file
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99
S2/ExPhyII/VL/ExVL1.typ Normal file
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@@ -0,0 +1,99 @@
#import "../preamble.typ": *; #show: conf.with(num: 1, date: "16.04.2025")
= Organisatorisches
== Behandelte Themen
0. Einleitung 1VL
+ Elektrostatik (ohne zeitliche Veraenderung) 5VL
+ Elektrischer Strom 3VL
+ Statische Magnetfelder 3VL
+ Zeitlich veraendlerliche Felder 4VL
+ Maxwell Gleichungen 1VL
+ Elektrodynamische Schwingungen und Wechselstrom 3VL
+ Elektromagnetische Wellen 3VL
+ Kurzer Einblick in Relativitaet 2VL
== Literatur
- Demtroeder, Experimentalphysik II
- Fuer mathematische Grundlagen: Elektrodynamik - Eine Einfuehrung, Griffin
= 0. Einleitung
- ExPhy II behandelt die Grundlagen der Statik und Dynamik von elektrischen Ladungen, Magnetfeldern und elektromagnetischen Wellen
- Ein Grossteil der Elektrostatik & Elektrodynamik kann in den sogenannten *Maxwell-Gleichungen* zusammengefasst werden
$
arrow(nabla) dot arrow(E) = (rho) / (epsilon_0), quad "(S)" \
arrow(nabla) times arrow(E)=- (partial arrow(beta)) / (partial t), quad "(D)"\
arrow(nabla) times arrow(B)= mu_0 j + (1) / (c^(0) ) (partial arrow(E)) / (partial t), quad "(D)" \
arrow(nabla) dot arrow(B)=0, quad "(S)"
$ <max>
wobei $c: "Lichtgeschwindigkeit", mu_0 : "Magnetische feldkonstante", epsilon_0: "Elektrische Feldkonstante"$. Hier steht S fuer Statik und D fuer Dynamik.
Zusaetlich wird die *Lorentzkraft*
$
arrow(F)=q(arrow(E)+arrow(v)times arrow(B))
$ <lor>
dafuer genutzt.
In dieser Vorlesung naehern wir und dem Verstaendnis dieser Gleichungen langsam.
- Maxwell Gleichungen @max sind die #underline[grundlegenden Axiome der Elektrodynamik]
- Im statischen Fall ($arrow(B), arrow(E), rho, arrow(j)$ aendern sich nicht mit der Zeit) entkoppeln die Gleichungen die $arrow(E)$ und $arrow(B)$
- Elektrizitaet und Magnetismus sind getrennt solagne Stroeme und Ladungen statisch sind
Unterschied zwischen ruhenden und bewegten Ladungen wird anhand Lorentzkraft @lor klar.
Rechte-Handregel:\
$arrow(v): "Technische Stromrichtung (Daumen)"$\
$arrow(B): "Magnetische Feldstaerke (Zeigefinger)"$\
$arrow(F): "Kraftrichtung (Mittelfinger)"$
== 0.1 Vektroranalysis
$arrow(E), arrow(B)$ sind Vektorfelder, d.h an jedem Raumpunkt ist ein Vektor spezifiziert.\
#underline[Divergenz] eines Vektorfeldes ist Skalarprodukt vom Nabla-Operator $arrow(nabla)=(partial / (partial x), partial / (partial y), partial / (partial z) )$ mit dem Vektorfeld
$
arrow(nabla) dot arrow(E) = (partial E_(x) ) / (partial x) + (partial E_(y) ) / (partial y) + (partial E_(z) ) / (partial z)
$
diese trifft eine Aussage ueber das "Auseinanderdriften" oder die Quellstaerke an einem Punkt.
Die #underline[Rotation] ist als Vektorprodukt des Nabla-Operators mit einem Vektorfeld definiert
$
arrow(nabla)times arrow(e)=rot(arrow(E))=sum_(i,j,k) epsilon_(i,j,k) partial / (partial x_i) E_(j) hat(e)_(k) = ((partial E_(z) ) / (partial y) - (partial E_(y) ) / (partial z) , (partial E_(y) ) / (partial z) - (partial E_(z) ) / (partial x), (partial E_(y) ) / (partial x) - (partial E_(x) ) / (partial y) ,)
$
sie stellt den Grad der "Verwirberlungen oder die Wirbelstaerke eines Feldes am einem Punkt dar.
Der #underline[Gradient] einer skalaren Funktion $f(x, y, z)$ besteht aus den drei partiellen Ableitungen
$
arrow(nabla)f = grad(f) = ((partial f) / (partial x), (partial f) / (partial y) ,(partial f) / (partial z) ).
$
Weitere Deteils und Anwendnungen auf $arrow(E)$ & $arrow(B)$ Vektorfelder in Uebung & Vorlesung.
== 0.2 Anfaenge der Elektrodynamik
Geschicktlich fielen drei Phaenomene der Elektrodynamik auf, ohne dass Zusammenhaenge dazwischen erahnt wurden.
+ Licht
+ Elektrizitaet
+ Magnetismus
Diese wurden von verschiedenen Personen zu verschiedenen Zeiten entdeckt.
- Erste Gesetzmaessigketen des Lichts (Licht nimmt immer den kuerzesten Weg): Heron v. Alexandrea (ca. 60 n.Chr.)
- Elektrizitaet: Thales von Milet (600 n. Chr.), geriebener Bernstein (griechisch: "electron") zieht leichte Koerper an
- Magnetismus: Petrus Peregrinu (1269) fuehrte erste Beobachtungen zu magnetischen Feldlinien durch
- Gilbert (1544-1605) erkannte wichtigen Unterschied zu $arrow(E)$ & $arrow(B)$ Feldern: Magnete rufen Drehwirkung hervor, elektrische Kraft aeussert sich als Anziehungs-Kraft
Fuer weitere geschichtliche Entwicklung z.B. siehe Geschichte der Elektrizitaet, H. Bortias.
= 1. Elektrostatik
== 1.1 Ladung und Coulomb Gesetz
=== 1.1.1 Zusammenfassung historischer Beobachtungen
+ Es existieren zwei verschiedene Ladungen (+,-), diese koennen durch ihre kraftwirkung aufeinander und Ablenkung in elektischen Feldern unterschieden werden.
+ Ladungen gleichen Vorzeichens stossen sich ab. Ladungen mit unterschiedlichen Vorzeichen ziehen sich an (*Unterschied* zur immer attraktiven Gravitation)
+ Ladungen sind an Teilchen gebunden, insbesondere Elektronen ($e^(-)$) und Protonen ($p^(+)$) dessen Ladung sich nicht mit der Geschwindigkeit aendert
+ Ladung der Elektronen und Protonen stellt die kleinste #underline[frei] beobachtete Ladungen dar (Ausnahmen stellen kurzlebige Teilchen dar)

18
S2/ExPhyII/preamble.typ Normal file
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@@ -0,0 +1,18 @@
#import "../../default.typ": *
#let rot = math.op("rot")
#let grad = math.op("grad")
#let conf(num: none, date: "", body) = {
// Global settings
show: default
// Set the header
[ExPhy II \ Vorlesung #(num) \ #(date) \ Jonas Hahn]
// Make the outline
outline()
// load the document
body
}

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@@ -0,0 +1,3 @@
= Einleitung
Folien sind auf StudIP verfuegbar.

BIN
S2/Stundenplan.png Normal file
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After

Width:  |  Height:  |  Size: 82 KiB

1
S2/input.txt Normal file
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@@ -0,0 +1 @@
# Input file for the current file of the semester

8
S2/links.md Normal file
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@@ -0,0 +1,8 @@
# Links
ExPhy Uebung Di 16-18 NR 7:
https://ecampus.uni-goettingen.de/h1/pages/cs/sys/portal/hisinoneIframePage.faces?id=studip&navigationPosition=link_studip&url=https%3A%2F%2Fstudip-ecampus.uni-goettingen.de%2Findex.php%3Fsso%3Dcasgoe%26cancel_login%3D1%26again%3Dyes%26redirect_to%3Dhttps%253A%252F%252Fstudip-ecampus.uni-goettingen.de%252Fdispatch.php%252Fmy_courses%26redirect_token%3D947a61f0a9df959879bce689abac0ffa
# Other modules
Zusammenhang Mensch und Natur; Modul B.Phy.1609