Kapitel VI . Mathematik in der Physik. Beispiele aus der Klassischen Mechanik

Einführung

Dieses Kapitel stellt ein Experiment dar, insofern als ein Teil des Stoffes aus der Theorievorlesung
                  Klassische Mechanik
im Rahmen der Vorlesung
                  Lineare Algebra für Physiker
dargelegt und vorweggenommen wird. Natürlich geschieht dies mit der Betonung auf mathematische Aspekte.

Das Ziel dieses Kapitels ist es, anhand dieser Einführung in einige Aspekte der Theoretischen Physik den Gebrauch der Begriffe und Methoden aus der Linearen Algebra (des ersten Semestersin der Physik aufzuzeigen und dadurch eine fundierte Motivation zu geben, die Mathematik aus mathematischer Sicht kennenzulernen.

Inhalt im Überblick

§ 31 Grundlagen einer physikalischen Theorie

Es wird skizziert, was überhaupt unter theoretischer Physik zu verstehen ist, um grundsätzlich die Rolle der Mathematik in der Physik anzusprechen. Referenz: [LU] (siehe Literaturliste am Ende dieser Einführung)

Die restlichen Paragrafen 32 bis 36 konzentrieren sich auf die Klassische Mechanik. Es wird nicht die größtmögliche Allgemeinheit angestrebt. Zum Beispiel sind die tatsächlich behandelten Systeme alle konservativ, die Zwangsbedingungen sind holonom, die Bewegungen sind zweimal differenzierbar, relativistische Aspekte werden außen vor gelassen, ...

§ 32 Raum und Zeit. Inertialsysteme

In diesem Paragrafen wird mit dem Konzept von Raum und Zeit begonnen. Hier zeigt sich die Bedeutung des Begriffs des affinen Raumes, des euklidischen Skalarprodukts und der Orientierung. Inertialsysteme werden eingeführt und die verschiedenen Transformationen zu Basiswechseln kommen zum Tragen wie auch der Begriff der Gruppe: Insbesondere die Drehgruppe, die euklidische Gruppe und die Galileigruppe.

§ 33 Bewegungsgleichungen

In § 33 wird auf Bewegungsgleichungen eingegangen.

§ 34 Symmetrien und Bewegungsinvariante

In § 34 dann auf Bewegungsinvariante und auf den Satz von Noether, der besagt, das eine kontinuierliche Symmetrie des jeweiligen mechanischen Systems immer eine Bewegungsinvariante erzeugt.

$ 35 Die Drehgruppe. Rotierende Bezugssysteme

Das Studium der Drehgruppe und ihrer infinitesimalen Version steht im Zentrum von § 35 und wieder geht es um Koordinatentransformationen, diesmal für rotierenden Bezugssysteme.

§ 36 Holonome Zwangsbedingungen. Der starre Körper

Wie wiederum Basistechniken aus der Geometrie des euklidischen Raumes bei der adäquaten Beschreibung des Konfigurationsraumes zum starren Körper und bei der Behandlung des Trägheitstensors verwendet werden, wird schließlich in § 36 gezeigt.


Bücher, die ich bei der Vorbereitung des Kapitels verwende:

[AR] :      V. Arnold: Mathematicl Methods of Classical Mechanics, Springer 1978.

[LU] :      K. Ludwig: Die Grundstrukturen einer physikalische Theorie, Springer 1978.

[SC] :      F. Scheck: Mechanik, Springer 1978.

[SO] :      J.-M- Souriau: Structures des systémes dynamiques, Dunod 1970. 

[ST] :      N. Straumann: Klassiche Mechanik, Springer 1987.

[MS] :     M. Schottenloher: Geometrie und Symmetrie in der Physik, Vieweg 1995. 


[Letzte Änderung: 13.5.2002]


Martin Schottenloher (martin.schottenloher@mathematik.uni-muenchen.de)