Physik für Mediziner

0. Physikalische Größen und Einheiten
0.1 Messen heißt vergleichen!
0.2 Internationale Einheitensystem
0.3 Arbeiten mit Messgrößen
0.4 Skalare und vektorielle Größen
0.5 Naturkonstanten

1. Mechanik: Bewegung von Körpern

1.1 Einfache Bewegungen
1.1.1 Grundtypen der Bewegung
1.1.2 Geradlinige gleichförmige Bewegung
1.1.3 Gleichmäßig beschleunigte Bewegung, freier Fall
1.1.4 Diagramme und Gesetze (Translation)
1.1.5 Gleichförmige Kreisbewegung
1.1.6 Ungleichförmige Kreisbewegung

1.2 Kräfte
1.2.1 Newtonsche Axiome
1.2.2 Schwerkraft als Sonderform der Gravitationskraft
1.2.3 Auftrieb
1.2.4 Reibung
1.2.5 Sedimentation
1.2.6 Zentrifugalkraft als Trägheitskraft
1.2.7 Zentrifugation
1.2.8 Drehmoment
1.2.9 Drehmomentengleichgewichte

1.3 Erhaltungsgrößen der Mechanik
1.3.1 Arbeit und Energie
1.3.2 Leistung
1.3.3 Energieerhaltungssatz
1.3.4 Impuls, Impulserhaltungssatz
1.3.5 Elastischer und inelastischer Stoß
1.3.6 Drehimpuls, Drehimpulserhaltungssatz

1.4 Übersicht Translation vs.

2. Mechanik: Deformation von Körpern
2.1 Grundlagen
2.1.1 Elastische versus plastische Deformation
2.1.2 Feder als elastisches Element

2.2 Grundtypen der elastischen Verformung
2.2.1 Dehnung und Stauchung
2.2.2 Allseitige Kompression
2.2.3 Biegung
2.2.4
2.2.5 Verdrillung

2.3 Plastische Deformation
2.3.1 Definitionen
2.3.2 Elastisches und viskoses Verhalten als Grenzfälle
2.3.3 Viskoelastizität

2.4 Materialeigenschaften und Schutzstrategien gegenüber Deformationen
2.4.1 Hohlzylinder
2.4.2 Innere Struktur von Röhrenknochen
2.4.3 Viskoelastische Elemente der
2.4.4 Das System Hyaluronsäure-Wasser als effizienter Stoßdämpfer
2.4.5 Plastische Materialien in der Zahnheilkunde

3. Mechanik: Drücke und Strömungen
3.1 Druck als mechanische Größe
3.1.1 Molekulares Bild des
3.1.2 Luftdruck und barometrische Höhenformel
3.1.3 Luft als Gasgemisch
3.1.4 Schweredruck
3.1.5 Stempeldruck
3.1.6 Druckmessung

3.2 Strömungen
3.2.1 Grundgesetz der Hydrodynamik
3.2.2 Kontinuitätsgleichung
3.2.3 Laminare und turbulente Strömung
3.2.4 Gesetz von Hagen-Poiseuille
3.2.5 Strömungswiderstand in parallel geschalteten Gefäßen
3.2.6 Gleichung von Bernouilli

3.3 Blutkreislauf
3.3.1 Herz als
3.3.2 Windkesselfunktion
3.3.3 Auftreten von Turbulenzen
3.3.4 Durchblutung von Organen und Geweben
3.3.5 Blut als nicht-newtonsche Flüssigkeit
3.3.6 Stenosen und Aneurysmen

3.4 Weitere Anwendungen der Strömungsgesetze
3.4.1 Funktion von Ventilen und Klappen
3.4.2 Ausströmphänomene
3.4.3 Erzeugung von Unterdruck
3.4.4 Dynamischer Auftrieb

4. Mechanik: Grenzflächenphänomene
4.1 Grundlagen
4.1.1 Grenzflächen
4.1.2 Kohäsion versus Adhäsion, Benetzung
4.1.3 Oberflächenenergie
4.1.4 Kohäsionsdruck

4.2 Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenspannung
4.2.1 Spreizung von Flüssigkeitslamellen
4.2.2 Abreißmethode
4.2.3 Tropfengröße
4.2.4 Kapillare Steighöhe

4.3 Anwendungen
4.3.1 Oberflächenaktive Substanzen
4.3.2 Wasserabweisende Beschichtung
4.3.3 Strukturbildung durch amphiphile Stoffe in biologischen Systemen

5. Elektrik: Elektrische Felder
5.1 Kenngrößen eines elektrischen Feldes
5.1.1 Elektrische Ladung
5.1.2 Elektrische Kraft
5.1.3 Homogene und inhomogene elektrische Felder
5.1.4 Ladungen im elektrischen Feld

5.2 Elektrischer Dipol
5.2.1 Dipolmoment
5.2.2 Elektrisches Feld eines Dipols
5.2.3 Elektrokardiogramm (EKG)
5.2.4 Dipol-Dipol-Wechselwirkungen

6. Elektrik: Elektrische Ströme
6.1 Grundlagen
6.1.1 Ohmsche Gesetz
6.1.2 Elektrischer Widerstand und Leitwert
6.1.3 Stromfluss und Wirkungen des elektrischen Stromes

6.2 Ionen und geladene Teilchen in Lösung
6.2.1 Elektrolytische Leitfähigkeit
6.2.2 Kolloidale Teilchen im elektrischen Feld
6.2.3 Elektrophorese

6.3 Gleichstromkreis
6.3.1 Elektrische Energie und Leistung
6.3.2 Kirchhoffsche Regeln
6.3.3 Reihen- und Parallelschaltung elektrischer Widerstände
6.3.4 Widerstandsmessung
6.3.5 Innenwiderstand einer Spannungsquelle
6.3.6 Plattenkondensator

6.4 Magnetische Wirkung elektrischer Ströme
6.4.1 Magnetfelder (elektrische Leiter, Spule)
6.4.2 Magnetfelder (Erde, Permanentmagnet)
6.4.3 Lorentzkraft
6.4.4 Magnetische Flussdichte und magnetischer Fluss
6.4.5 Dia-, Para- und Ferromagnetismus
6.4.6 Selbstinduktion

6.5 Wechselstromkreis
6.5.1 Kenngrößen einer sinusförmigen Wechselspannung
6.5.2 Ohmscher und kapazitiver Widerstand im Wechselstromkreis
6.5.3 Kombination von ohmschen und kapazitiven Widerstand
6.5.4 Induktiver Widerstand im Wechselstromkreis
6.5.5 Elektrische Leistung im Wechselstromkreis
6.5.6 Schwingkreise
6.5.7 Elektromagnetische Induktion

6.6 Anwendungen von Wechselströmen
6.6.1 Elektrische Eigenschaften von Geweben
6.6.2 Niederfrequente elektrische Ströme
6.6.3 Hochfrequenztherapie und -anwendungen

6.7 Komplexe periodische Signale
6.7.1 Fourier-Analyse anharmonischer Schwingungen
6.7.2 Grundlagen der Registrierung von Signalen
6.7.3 Oszilloskop

7. Magnetische Kernresonanz
7.1 Kernspin und Magnetfelder
7.1.1 Interaktion magnetischer Dipole mit starken Magnetfeldern
7.1.2 Kernresonanz
7.1.3 Technische Anforderungen

7.2 Kernresonanzspektroskopie
7.2.1 Eindimensionale Kernresonanzspektroskopie
7.2.2 Zwei- und mehrdimensionale Kernresonanzspektroskopie

7.3 Kernspintomographie
7.3.1 Ortsauflösung
7.3.2 Impulstechniken zur Kontrastverbesserung
7.3.3 Darstellungsarten

8. Wärmelehre
8.1 Wärme als Energieform
8.1.1 Absolute Temperatur
8.1.2 Temperaturskalen
8.1.3 Grundgleichung der Kalorik
8.1.4 Phasenübergänge
8.1.5 Wärmeausgleichprozesse

8.2 Temperaturmessung
8.2.1 Ausdehnung von Festkörpern und Flüssigkeiten
8.2.2 Widerstandsthermometer
8.2.3 Thermoelement
8.2.4 Weitere Verfahren

8.3 Gasgesetze
8.3.1 Zustandsgleichung idealer Gase
8.3.2 Zustandsänderungen idealer Gase
8.3.3 Atmung

8.4 Hauptsätze der Wärmelehre
8.4.1 Erster Hauptsatz
8.4.2 Zweiter Hauptsatz
8.4.3 Grundzüge der Thermodynamik offener Systeme

8.5 Wärmetransportmechanismen
8.5.1 Wärmebilanz in höheren Organismen
8.5.2 Wärmeleitung
8.5.3 Konvektion
8.5.4 Verdunstung
8.5.5 Wärmestrahlung

9. Transportphänomene und Membranpotenziale
9.1 Brownsche Bewegung

9.2 Diffusion
9.2.1 Diffusion als Verteilungsphänomen
9.2.2 Diffusionsgesetz
9.2.3 Diffusion von gelösten Gasen
9.2.4 Permeation von Stoffen durch biologische Membranen
9.2.5 Passiver und aktiver Transport

9.3 Osmose
9.3.1 Semipermeabilität
9.3.2 Pfeffersche Zelle
9.3.3 Gleichung von van't Hoff
9.3.4 Isotonie, Hypotonie und Hypertonie
9.3.5 Zellwanddruck pflanzlicher

9.4 Membran-Potenziale
9.4.1 Diffusionsspannung
9.4.2 Kolloidosmotischer Druck und Donnan-Potenzial
9.4.3 Ionen in Zellen
9.4.4 Ruhepotenzial
9.4.5 Aktionspotenzial

10. Erzeugung und Anwendung von Röntgenstrahlung
10.1 Röntgenstrahlen als elektromagnetische Welle

10.2 Erzeugung von Röntgenstrahlen
10.2.1 Aufbau einer Röntgenröhre
10.2.2 Spektrum der Strahlung einer Röntgenröhre

10.3 Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie
10.3.1 Absorption von Röntgenstrahlen
10.3.2 Mechanismen der Absorption von Röntgenstrahlen
10.3.3 Schwächung von Röntgenstrahlung im Organismus

10.4 Durchleuchtung

10.5 Computertomographie

10.6 Röntgenkleinwinkelstreuung

11. Radioaktivität
11.1 Atomkerne
11.1.1 Bau der Atomkerne
11.1.2 Massendefekt
11.1.3 Kernspaltung und -fusion
11.1.4 Nuklidkarte
11.1.5 Natürliche und künstliche Radionuklide

11.2 Zerfall instabiler Kerne
11.2.1 a-Zerfall
11.2.2 b--Zerfall
11.2.3 b+-Zerfall
11.2.4 K-Einfang
11.2.5. Zerfallsreihen

11.3 Eigenschaften radioaktiver Strahlung
11.3.1 a-Strahlung
11.3.2 b-Strahlung
11.3.3 g-Strahlung
11.3.4 Metastabile Radionuklide

11.4 Kenngrößen des radioaktiven Zerfalls
11.4.1 Aktivität eines radioaktiven Präparates
11.4.2 Zerfallsgesetz
11.4.3 Physikalische Halbwertszeit
11.4.4 Mittlere Lebensdauer

11.5 Wichtige Nachweisverfahren für radioaktive Strahlung
11.5.1 Autoradiographie
11.5.2 Zählrohre
11.5.3 Szintillationszähler

11.6 Anwendungen radioaktiver Strahlung
11.6.1 Markierung biologisch wichtiger Moleküle
11.6.2 Altersbestimmungen
11.6.3 Strahlentherapie
11.6.4 Szintigraphie
11.6.5 Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie
11.6.6 Positronen-Emissions-Tomographie

12. Strahlenschutz und Dosimetrie
12.1 Generelle Maßnahmen des Strahlenschutzes

12.2 Dosimetrie
12.2.1 Grundgrößen der Dosimetrie
12.2.2 Strahlungsmessgeräte

12.3 Strahlenbelastung
12.3.1 Natürliche und künstliche Strahlenbelastung
12.3.2 Strahlenbelastung durch medizinische Untersuchungstechniken
12.3.3 Schäden durch Strahlung, Strahlenkrankheit

13. Akustik
13.1 Schallwellen
13.1.1 Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle
13.1.2 Wellenlänge und Frequenz

13.2 Schallfeldgrößen
13.2.1 Schallwechseldruck
13.2.2 Schallschnelle
13.2.3 Schallwellenwiderstand
13.2.4 Schallintensität

13.3 Hörschall
13.3.1 Aufbau des menschlichen Ohres
13.3.2 Lautstärke
13.3.3 Hörfeld des Menschen
13.3.4 Erzeugung von Hörschall

13.4 Ultraschall
13.4.1 Erzeugung und Nachweis von Ultraschall
13.4.2 Kontinuierlicher und Impuls-Betrieb
13.4.3 Reflexion von Ultraschall
13.4.4 Absorption von Ultraschall
13.4.5 Grundlagen der Sonographie
13.4.6 Applikationsformen der Sonografie
13.4.7 Doppler-Effekt
13.4.8 Sonografische Anwendungen des Doppler-Effekts
13.4.9 Wirkungen und weitere Anwendungen von Ultraschall

14. Optik: Ausbreitung und Detektion von Licht
14.1 Spektrale Zerlegung von Licht
14.1.1 Licht als elektromagnetische Welle
14.1.2 Dispersion der Brechzahl
14.1.3 Erzeugung von monochromatischen Licht

14.2 Nachweis von Licht

14.3 Schwächung von Licht
14.3.1 Maße für die Schwächung von Licht
14.3.2 Lambert-beer'sches Gesetz
14.3.3 Aufbau von Photometer und Spektrometer

14.4 Mechanismen von Absorption und Emission von Licht
14.4.1 Absorption
14.4.2 Lumineszenz
14.4.3 Fluoreszenz
14.4.4 Fluoreszenzlöschung

14.5 Polarisation von Licht
14.5.1 Erzeugung von polarisiertem Licht
14.5.2 Optische Aktivität

14.6 Phänomene der Ausbreitung von Licht
14.6.1 Reflexion
14.6.2 Brechung
14.6.3 Totalreflexion
14.6.4 Polarisation von Licht bei Reflexion und Brechung
14.6.5 Doppelbrechung
14.6.6 Circulardichroismus

15. Optik: Abbildung von Gegenständen
15.1 Optische Abbildung

15.2 Spiegel

15.3 Linsen
15.3.1 Allgemeine Eigenschaften von Linsen
15.3.2 Kenngrößen einer Linse
15.3.3 Brechwert einer Linse
15.3.4 Abbildungsgleichung
15.3.5 Zusammengesetzte Linsensysteme
15.3.6 Bildkonstruktion an dünnen Linsen
15.3.7 Abbildungsfehler

15.4 Auge
15.4.1 Brechende Systeme des Auges
15.4.2 Akkomodation
15.4.3 Modell des reduzierten Auges
15.4.4 Fehlsichtigkeiten und ihre Korrektur
15.4.5 Sinneswahrnehmung
15.4.6 Auflösungsvermögen

15.5 Lupe

15.6 Mikroskop
15.6.1 Strahlenverlauf am Mikroskop
15.6.2 Auflösungsvermögen
15.6.3 Förderliche Vergrößerung
15.4.4 Amplituden- und Phasenkontrast

15.7 Ausgewählte Verfahren der Lichtmikroskopie
15.7.1 Phasenkontrastmikroskopie
15.7.2 Dunkelfeldmikroskopie
15.7.3 Polarisationsmikroskopie
15.7.4 Interferenzkontrastmikroskopie
15.7.5 Fluoreszenzmikroskopie
15.7.6 Konfokale Mikroskopie

15.8 Elektronenmikroskop
15.8.1 Welleneigenschaften von Elektronen
15.8.2 Auflösungsvermögen
15.8.3 Transmissionselektronenmikroskopie
15.8.4 Rasterelektronenmikroskopie