Module 28-KME Klassische Mechanik und Elektrodynamik

Die Studierenden lernen in diesem Modul die grundlegenden Konzepte und Methoden der klassischen theoretischen Physik kennen und verstehen. Sie sind in der Lage, diese auf Problemstellungen der klassischen Physik anzuwenden, eigenständig Probleme zu lösen und deren Lösung verständlich zu präsentieren.
Im zweiten Teil dieses Moduls geht es um ein tieferes Verständnis der Axiome, die den im ersten Teil gelegten Konzepten und Methoden zu Grunde liegen. Die Studierenden lernen diese zu verstehen, sehen wie die klassische Physik aus diesen Axiomen hervorgeht und beginnen physikalische Theorien zu analysieren.

Einführung in die klassische Mechanik und Elektrodynamik
• Gegenstand der klassischen Mechanik
• Bezugssysteme und Bewegungsgleichungen
• Symmetrien und Erhaltungssätze
• Zweikörperprobleme mit Anwendungen, Himmelsmechanik
• Harmonischer Oszillator mit/ohne Dämpfung und Antrieb, Schwingungen
• Newton‘sche Gravitation und Potential
• Gegenstand der Elektrodynamik
• Elektrostatik: elektrisches Feld und Potential, dielektrische Verschiebung
• Magnetostatik : magnetisches Feld, Vektorpotential und magnetischer Fluss /
Ampere‘sche Gleichung
• Maxwell’sche Gleichungen, Energie und Impulsbilanz
• Lösungsmethoden für statische Potentialprobleme
• Einheitensysteme der Elektrodynamik
• Elektromagnetische Wellen
• Relativistische Mechanik: Bezugssysteme, Lorentztransformation, Paradoxa, Anwendungen
• weitere Themen nach Wahl, z.B. Einführung Lagrange- und Hamiltonformalismus, deterministisches Chaos, Mehrkörperprobleme

Vertiefung der klassischen Mechanik und Elektrodynamik
• Lagrangeformalismus: Variationsprinzip
• Symmetrien und Noethersches Therorem
• Hamiltonformalismus: Kanonische Formulierung der Mechanik
• Phasenraum und Liouvillesches Theorem
• Dynamik starrer Körper
• Spezielle Relativitätstheorie, Relativistische Bewegung geladener Teilchen / Minkowskiraum, 4er-Schreibweise
• Kovariante Formulierung der Maxwell’schen Gleichungen / U(1) – Eichtheorie
• Maxwell’sche Gleichungen in Medien
• Vertiefende Probleme zu Lösungen der Feldgleichungen, Multipolentwicklung
• Felder bewegter Ladungen und Antennen
• Lichtausbreitung: Geometrische Optik und Wellenoptik
• Ableitung von Polarisation und Magnetisierung aus der mikroskopischen Elektrodynamik
• weitere Themen nach Wahl, z.B. Systeme mit Zwangsbedingungen in der kanonischen Formulierung, Grundlagen der Plasmaphysik, etc.

Rechenmethoden der Physik I und Einführung in die Physik I

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