Das Studium der Medizin ist anstrengend und zeitintensiv und dann muss man sich auch noch mit Physik herumschlagen. Oliver Klein erklärt Ihnen in diesem Buch praxisnah die nötigen Grundlagen, und macht nebenbei klar, warum ein grundlegendes Verständnis für die Physik für Mediziner so wichtig ist. Von Mechanik über Elektrizitätslehre und Optik bis zu Schwingungen und Atomphysik ist alles dabei, was Sie als angehender Mediziner laut Gegenstandskatalog des IMPP über Physik wissen müssen. Durch zahlreiche Abbildungen und viele Beispiele aus der Praxis sind komplexe Themen plötzlich ganz leicht verständlich. So kann das Physikum kommen!
Oliver Klein arbeitet am Institut für Biophysik der Goethe-Universität in Frankfurt. Als Unterrichtsbeauftragter für Physik des Fachbereichs Medizin hält er nicht nur die Vorlesung "Physik für Mediziner", sondern leitet auch das entsprechende Praktikum.
Über den Autor 9
Einleitung 21
Warum? 21
Physikalische Methoden in Diagnostik und Therapie 21
Physiologie 21
Naturwissenschaftliche und mathematische Grundlagen 22
Törichte Annahmen über den Leser 22
Wie dieses Buch aufgebaut ist 22
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 23
Wie es weitergeht 23
Teil I: Mechanik 25
Kapitel 1 Physik als messende Wissenschaft27
In die Zukunft sehen 27
Physikalische Größen und Einheiten 28
Kapitel 2 Durch Raum und Zeit33
Grenzen der klassischen Mechanik 33
Länge 34
Fläche 35
Volumen 35
Winkel 36
Wie die Zeit vergeht 39
Vektoren 40
Kapitel 3 Messfehler und Fehlerfortpflanzung43
Systematische Abweichungen 43
Statistische Abweichungen 44
Absolute und relative Fehler 46
Du sollst nicht lügen! Nur signifikante Stellen angeben! 47
Median, Modalwert und Perzentile 48
Wie sich Fehler fortpflanzen (ab 18) 49
Beispiel Multiplikation/Division 49
Beispiel Addition/Subtraktion 50
Kapitel 4 Bewegend: Kinematik51
Translation 51
Langweiligste Bewegung: Gleichförmig 51
Minimal aufregender: Gleichmäßig beschleunigte Bewegung 52
Für Adrenalin-Junkies: Freier Fall 54
Jetzt gehts rund: Rotation 55
Scheinbeschleunigungen 56
Kapitel 5 Kraftvoll: Dynamik59
Newtonsche Axiome 59
Erstes Newtonsches Axiom 60
Zweites Newtonsches Axiom 60
Drittes Newtonsches Axiom 60
Masse 61
Gravitation 61
Komponentenzerlegung von Kräften 62
Reibung 63
Zentrifugalkraft 64
Drehmoment 65
Schwerpunkt 66
Druck 69
Verformungen 70
Plastische Verformung 70
Elastische Verformung 70
Arbeit und Leistung 74
Energie 75
Impuls 78
Drehimpuls 78
Trägheitsmoment 79
Kreiselpräzession 80
Kapitel 6 Flüssigkeiten und Gase83
Atome und Moleküle 83
Atommasse 84
Stoffmenge 85
Klassische Aggregatzustände 86
Kohäsionskräfte 87
Adhäsionskräfte 88
Kapillarität 89
Hydraulik 90
Keine Problematik mit Hydrostatik 92
Hydrostatischer Druck 92
Archimedisches Prinzip 94
Keine Panik vor Hydrodynamik 97
Ideale und reale Flüssigkeiten 97
Laminare Strömungen 97
Kontinuitätsgesetz 98
Hydrodynamisches Paradoxon 98
Jetzt wirds zäh: Viskosität 100
Gesetz von Hagen-Poiseuille 102
Sedimentation 105
Turbulente Strömungen 108
Ein Blick auf die Aerostatik 109
Boyle-Mariottesches Gesetz 109
Luftdruck 112
Teil II: Wärme 115
Kapitel 7 So schauts aus: Phänomenologische Wärmelehre117
Temperatur 117
Thermische Expansion 119
Längenausdehnung 119
Volumenausdehnung 119
Ideales Gasgesetz 121
Gasgemische 124
Reales Gas 126
Kapitel 8 Jetzt wirds heiß: Wärme127
Wärmekapazität 127
Wärmetransport 128
Konduktion 128
Konvektion 130
Radiation 130
Kapitel 9 Molekularkinetische Wärmelehre135
Wärme als Bewegungsenergie 135
Gemische 137
Diffusion 138
Osmose 140
Phasenübergänge 143
Verdunstung 145
Sieden 147
Phasendiagramm 148
Kapitel 10 Hauptsätze der Wärmelehre153
Nullter Hauptsatz der Wärmelehre 153
Erster Hauptsatz der Wärmelehre 154
Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre 155
Dritter Hauptsatz der Wärmelehre 157
Teil III: Elektrizitätslehre 159
Kapitel 11 Geladen: Elektrostatik161
Reibungselektrizität 161
Coulomb-Kraft 162
Elektrisches Feld 163
Elektrische Spannung 166
Elektrokardiogramm 167
Kondensator 169
Influenz 175
Galvanische Elemente 176
Kapitel 12 Vom Nord- zum Südpol: Magnetostatik181
Crazy magnets, how do they work? 181
Magnetisches Feld 183
Kapitel 13 Unter Strom: Elektrodynamik185
Elektrische Stromstärke 186
Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters 186
Magnetfeld einer Spule 188
Magnetismus 190
Diamagnetismus 191
Paramagnetismus 192
Ferromagnetismus 192
Hysterese 192
Drehspulmessgeräte 193
Lorentzkraft 194
Hall-Effekt 197
Leiter, Halbleiter und Isolatoren 199
Halbleiterdiode 201
Ohmsches Gesetz 202
Kirchhoffsche Regeln 204
Reihenschaltung von Widerständen 205
Parallelschaltung von Widerständen 206
Parallelschaltung von Kondensatoren 207
Reihenschaltung von Kondensatoren 208
RC-Glieder 208
Thermoelektrizität 211
Seebeck-Effekt 211
Peltier-Effekt 213
Wechselspannung 214
Oszilloskop 216
Elektrische Leistung 217
Elektromagnetische Induktion 220
Generator 220
Transformator 221
Selbstinduktion 223
Blindwiderstände 226
Ladungstransport in Flüssigkeiten 230
Elektrophorese 232
Ladungstransport in Gasen 234
Teil IV: Schwingungen und Wellen 237
Kapitel 14 Schwingungen239
Good vibes: Ungedämpfte Schwingungen 239
Bad vibes: Gedämpfte Schwingungen 242
Catastrophic vibes? Resonanz 243
Kapitel 15 Wellen247
Schwingung auf Wanderschaft: Wellenausbreitung 248
Wellenarten 249
Wellenphänomene 249
Huygenssches Prinzip 249
Reflexion 250
Brechung 252
Beugung 253
Interferenz 254
Doppler-Effekt 255
Polarisation 258
Kapitel 16 Schall261
Schallwellen 261
Schallintensität 263
Mach mal lauter: Hörschall 263
Lautsprecher/Mikrofon 264
Pegelgrößen 264
Psychoakustische Größen 266
Ultraschall 268
Akustische Impedanz 269
Piezoelement 269
Dämpfung 270
Sonographie 272
Teil V: Optik 275
Kapitel 17 Wellenoptik277
Durch den Äther? Licht als elektromagnetische Welle 277
Lichtstrom, Lichtstärke und Beleuchtungsstärke 278
Welle-Teilchen-Dualismus 280
Lichtbeugung und Interferenz 284
Doppelspalt 284
Gitter 285
Beugung am Spalt 287
Kapitel 18 Geometrische Optik289
Wo Licht ist, ist auch Schatten 289
Reflexion und Brechung 290
Linsen 293
Abbildungen 295
Virtuelle Bilder 299
Abbildungsfehler 301
Sphärische Aberration 302
Chromatische Aberration 302
Bildfeldwölbung 303
Astigmatismus 303
Kapitel 19 Optische Systeme305
Voller Durchblick: Augenmodell 305
Linsenformen 308
Kleines ganz groß: Mikroskop 309
Stereomikroskop 312
Auflösungsvermögen 313
Elektronenmikroskop 314
Keine Angst vor Extinktion: Spektralphotometer 316
Absorption von Licht 316
Transmission und Extinktion 320
Spektrometer 322
LASER 326
Teil VI: Atomphysik 329
Kapitel 20 Atome und Moleküle331
Lecker Rosinenkuchen? 331
Rutherfordsches Atommodell 331
Bohrsches Atommodell 334
Teilchen-Welle-Dualismus 336
Pauli-Prinzip 338
Orbitalmodell 340
Kapitel 21 Röntgen343
Lasst uns in die Röhre schauen! 343
Röntgenbremsstrahlung 347
Charakteristische Röntgenstrahlung 349
Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie 352
Photoeffekt 352
Compton-Streuung 354
Paarbildung 354
Schwächungsgesetz 356
Bildgebung 359
Computertomographie 362
Kapitel 22 Radioaktivität365
Das also ist des Atoms Kern 365
Protonen und Neutronen 365
Starke Wechselwirkung (Kernkraft) 366
Nuklidkarte 367
Zerfallsgesetz 368
Zerfallsarten 371
Zu viele Neutronen -Zerfall 372
Zu viele Protonen 376
Große Kerne -Zerfall 379
Sehr große Kerne spontane Spaltung 381
Ionisierende Strahlung 381
Strahlendosis 382
Strahlungsmessung 386
Kapitel 23 Magnetresonanztomographie391
Spinnen alle Kerne? 391
z-Magnetisierung 392
xy-Magnetisierung 395
Free Induction Decay 397
Ortsauflösung 398
Ortskodierung (z) 398
Phasenkodierung (y) 399
Frequenzkodierung (x) 399
Teil VII: Top-Ten-Teil 403
Kapitel 24 Fast zehn Tipps, um geschmeidig durch die Klausur zu kommen!405
Stichwortverzeichnis 407
