Tensor Calculus for Physics

A Concise Guide

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Author: Dwight E. Neuenschwander

Publisher: JHU Press

ISBN: 142141564X

Category: Mathematics

Page: 248

View: 5638

Understanding tensors is essential for any physics student dealing with phenomena where causes and effects have different directions. A horizontal electric field producing vertical polarization in dielectrics; an unbalanced car wheel wobbling in the vertical plane while spinning about a horizontal axis; an electrostatic field on Earth observed to be a magnetic field by orbiting astronauts—these are some situations where physicists employ tensors. But the true beauty of tensors lies in this fact: When coordinates are transformed from one system to another, tensors change according to the same rules as the coordinates. Tensors, therefore, allow for the convenience of coordinates while also transcending them. This makes tensors the gold standard for expressing physical relationships in physics and geometry. Undergraduate physics majors are typically introduced to tensors in special-case applications. For example, in a classical mechanics course, they meet the "inertia tensor," and in electricity and magnetism, they encounter the "polarization tensor." However, this piecemeal approach can set students up for misconceptions when they have to learn about tensors in more advanced physics and mathematics studies (e.g., while enrolled in a graduate-level general relativity course or when studying non-Euclidean geometries in a higher mathematics class). Dwight E. Neuenschwander's Tensor Calculus for Physics is a bottom-up approach that emphasizes motivations before providing definitions. Using a clear, step-by-step approach, the book strives to embed the logic of tensors in contexts that demonstrate why that logic is worth pursuing. It is an ideal companion for courses such as mathematical methods of physics, classical mechanics, electricity and magnetism, and relativity.

Tensor Calculus for Engineers and Physicists

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Author: Emil de Souza Sánchez Filho

Publisher: Springer

ISBN: 331931520X

Category: Technology & Engineering

Page: 345

View: 7969

This textbook provides a rigorous approach to tensor manifolds in several aspects relevant for Engineers and Physicists working in industry or academia. With a thorough, comprehensive, and unified presentation, this book offers insights into several topics of tensor analysis, which covers all aspects of n-dimensional spaces. The main purpose of this book is to give a self-contained yet simple, correct and comprehensive mathematical explanation of tensor calculus for undergraduate and graduate students and for professionals. In addition to many worked problems, this book features a selection of examples, solved step by step. Although no emphasis is placed on special and particular problems of Engineering or Physics, the text covers the fundamentals of these fields of science. The book makes a brief introduction into the basic concept of the tensorial formalism so as to allow the reader to make a quick and easy review of the essential topics that enable having the grounds for the subsequent themes, without needing to resort to other bibliographical sources on tensors. Chapter 1 deals with Fundamental Concepts about tensors and chapter 2 is devoted to the study of covariant, absolute and contravariant derivatives. The chapters 3 and 4 are dedicated to the Integral Theorems and Differential Operators, respectively. Chapter 5 deals with Riemann Spaces, and finally the chapter 6 presents a concise study of the Parallelism of Vectors. It also shows how to solve various problems of several particular manifolds.

Vektoranalysis

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Author: Klaus Jänich

Publisher: N.A

ISBN: 9783540571421

Category: Lehrbuch - Differenzierbare Mannigfaltigkeit - Vektoranalysis

Page: 275

View: 8086

Die Vektoranalysis handelt, in klassischer Darstellung, von Vektorfeldern, den Operatoren Gradient, Divergenz und Rotation, von Linien-, Fl chen- und Volumenintegralen und von den Integrals tzen von Gau, Stokes und Green. In moderner Fassung ist es der Cartansche Kalk l mit dem Satz von Stokes. Das vorliegende Buch vertritt grunds tzlich die moderne Herangehensweise, geht aber auch sorgf ltig auf die klassische Notation und Auffassung ein. Das Buch richtet sich an Mathematik- und Physikstudenten ab dem zweiten Studienjahr, die mit den Grundbegriffen der Differential- und Integralrechnung in einer und mehreren Variablen sowie der Topologie vertraut sind. Der sehr pers nliche Stil des Autors und die aus anderen B chern bereits bekannten Lernhilfen, wie: viele Figuren, mehr als 50 kommentierte bungsaufgaben, ber 100 Tests mit Antworten machen, auch diesen Text zum Selbststudium hervorragend geeignet.

Distributionen Und Hilbertraumoperatoren

Mathematische Methoden Der Physik

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Author: Philippe Blanchard,Erwin Brüning

Publisher: Springer

ISBN: 9783211825075

Category: Science

Page: 375

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Das Buch bietet eine Einführung in die zum Studium der Theoretischen Physik notwendigen mathematischen Grundlagen. Der erste Teil des Buches beschäftigt sich mit der Theorie der Distributionen und vermittelt daneben einige Grundbegriffe der linearen Funktionalanalysis. Der zweite Teil baut darauf auf und gibt eine auf das Wesentliche beschränkte Einführung in die Theorie der linearen Operatoren in Hilbert-Räumen. Beide Teile werden von je einer Übersicht begleitet, die die zentralen Ideen und Begriffe knapp erläutert und den Inhalt kurz beschreibt. In den Anhängen werden einige grundlegende Konstruktionen und Konzepte der Funktionalanalysis dargestellt und wichtige Konsequenzen entwickelt.

Quantenphysik für Dummies

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Author: Steven Holzner

Publisher: John Wiley & Sons

ISBN: 3527668004

Category: Science

Page: 316

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Von den Grundlagen bis zur Streutheorie – das Wichtigste zur Quantenmechanik Die Quantenphysik ist ein zentrales und spannendes, wenn auch von vielen Schülern und Studenten ungeliebtes Thema der Physik. Aber keine Sorge! Steven Holzner erklärt Ihnen verständlich und lebendig, was Sie über Quantenphysik wissen müssen. Er erläutert die Grundlagen von Drehimpuls und Spin, gibt Ihnen Tipps, wie Sie komplexe Gleichungen lösen und nimmt den klassischen Problemen der Quantenphysik den Schrecken. Dabei arbeitet er mit Beispielen, die er ausführlich erklärt und gibt Ihnen so zusätzliche Sicherheit auf einem vor Unschärfen wimmelnden Feld.

Der Weg zur Wirklichkeit

Die Teilübersetzung für Seiteneinsteiger

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Author: Roger Penrose

Publisher: Spektrum Akademischer Verlag

ISBN: 9783827423412

Category: Science

Page: 357

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Der Weg zur Wirklichkeit ist eine Kurzübersetzung des Penrose-Klassikers "The Road to Reality", die aus dem Monumentalwerk für Physik- und Mathematikexperten die allgemeinverständlichen Kapitel für interessierte Laien lesbar macht. Wer ein Faible für die Grundfragen der Wissenschaft, einen Blick für Geometrie, einen Sinn für Zahlen und Neugier für kosmologische Theorien hat, findet in diesem klar und kompetent geschriebenen Buch überraschende und provozierende Ideen. Schulmathematik wie die Bruchrechnung oder der berühmte Pythagorassatz lassen sich auf dem Weg zur Wirklichkeit völlig neu entdecken - im Spannungsfeld zwischen platonischer Mathematik, physikalischer Welt und menschlichem Bewusstsein.

The Joy of x

Die Schönheit der Mathematik

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Author: Steven Strogatz

Publisher: Kein & Aber AG

ISBN: 3036992693

Category: Mathematics

Page: 352

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Mathematik durchdringt den ganzen Kosmos. Das weiß jeder, doch nur die wenigsten verstehen die Zusammenhänge wirklich. Steven Strogatz nimmt uns bei der Hand und spaziert mit uns durch diese Welt der Weisheit, Klarheit und Eleganz. Als Reiseleiter geht er neue, erfrischende Wege, deutet auf Besonderheiten, schildert Hintergründe und erklärt die unsichtbaren Mechanismen. Wir erfahren unter anderem von dem Wunder des Zählens, der genialen Einfachheit der Algebra, dem ewigen Erbe Newtons, dem Tango mit Quadraten, der Zweisamkeit von Primzahlen und der Macht des Unendlichen. Mit all seiner Begeisterung, seinem Scharfblick und seinem leichtem Ton hat Steven Strogatz ein herrliches Buch für alle geschrieben, die ihr Verständnis von Mathematik auf eine neue Art vertiefen möchten.

Emmy Noether's Wonderful Theorem

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Author: Dwight E. Neuenschwander

Publisher: JHU Press

ISBN: 1421422670

Category: Mathematics

Page: 344

View: 7933

"In the judgment of the most competent living mathematicians, Fräulein Noether was the most significant creative mathematical genius thus far produced since the higher education of women began."—Albert Einstein The year was 1915, and the young mathematician Emmy Noether had just settled into Göttingen University when Albert Einstein visited to lecture on his nearly finished general theory of relativity. Two leading mathematicians of the day, David Hilbert and Felix Klein, dug into the new theory with gusto, but had difficulty reconciling it with what was known about the conservation of energy. Knowing of her expertise in invariance theory, they requested Noether’s help. To solve the problem, she developed a novel theorem, applicable across all of physics, which relates conservation laws to continuous symmetries—one of the most important pieces of mathematical reasoning ever developed. Noether’s "first" and "second" theorem was published in 1918. The first theorem relates symmetries under global spacetime transformations to the conservation of energy and momentum, and symmetry under global gauge transformations to charge conservation. In continuum mechanics and field theories, these conservation laws are expressed as equations of continuity. The second theorem, an extension of the first, allows transformations with local gauge invariance, and the equations of continuity acquire the covariant derivative characteristic of coupled matter-field systems. General relativity, it turns out, exhibits local gauge invariance. Noether’s theorem also laid the foundation for later generations to apply local gauge invariance to theories of elementary particle interactions. In Dwight E. Neuenschwander’s new edition of Emmy Noether’s Wonderful Theorem, readers will encounter an updated explanation of Noether’s "first" theorem. The discussion of local gauge invariance has been expanded into a detailed presentation of the motivation, proof, and applications of the "second" theorem, including Noether’s resolution of concerns about general relativity. Other refinements in the new edition include an enlarged biography of Emmy Noether’s life and work, parallels drawn between the present approach and Noether’s original 1918 paper, and a summary of the logic behind Noether’s theorem.

Hydrodynamik

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Author: Etienne Guyon,Jean-Pierre Hulin,Luc Petit

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3322898318

Category: Technology & Engineering

Page: 466

View: 3097

Neben der Herleitung und Darstellung der fundamentalen Gleichungen enthält dieses Lehrbuch sehr viele Beispiele und Anwendungen, so z.B. eine genaue Diskussion des Flugmechanismus sowie der Wirkung der verschiedenen Klappen an Flügeln, und ist daher auch für Dozenten eine Fundgrube zur anschaulichen Auflockerung der Vorlesung. Neben den beiden üblichen Schwerpunktthemen "Dynamik idealer Fluide" und "Verhalten sehr viskoser Fluide" wird das wichtige Thema "Grenzschichten" besonders behandelt. Ein Anhang über suprafluides Helium - ein Beispiel für ein ideales Fluid - rundet das Stoffgebiet ab.

Theoretische Konzepte der Physik

Eine alternative Betrachtung

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Author: Malcolm S. Longair

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642761119

Category: Science

Page: 380

View: 3978

"Dies ist kein Lehrbuch der theoretischen Physik, auch kein Kompendium der Physikgeschichte ... , vielmehr eine recht anspruchsvolle Sammlung historischer Miniaturen zur Vergangenheit der theoretischen Physik - ihrer "Sternstunden", wenn man so will. Frei vom Zwang, etwas Erschöpfendes vorlegen zu müssen, gelingt dem Autor etwas Seltenes: einen "lebendigen" Zugang zum Ideengebäude der modernen Physik freizulegen, ... zu zeigen, wie Physik in praxi entsteht... Als Vehikel seiner Absichten dienen dem Autor geschichtliche Fallstudien, insgesamt sieben an der Zahl. Aus ihnen extrahiert er das seiner Meinung nach Lehrhafte, dabei bestrebt, mathematische Anachronismen womöglich zu vermeiden... Als Student hätte ich mir diese gescheiten Essays zum Werden unserer heutigen physikalischen Weltsicht gewünscht. Sie sind originell, didaktisch klug und genieren sich auch nicht, von der Faszination zu sprechen, die ... von der Physik ausgeht. Unnötig darauf hinzuweisen, das sie ein gründliches "konventionelles" Studium weder ersetzen wollen noch können, sie vermögen aber, dazu zu ermuntern." #Astronomische Nachrichten (zur englischen Ausgabe)#1

Optik

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Author: Eugene Hecht

Publisher: Walter de Gruyter GmbH & Co KG

ISBN: 3110526654

Category: Science

Page: 1382

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Leser schätzen dieses Lehrbuch vor allem wegen seines ausgewogenen didaktischen Konzepts. Leicht verständlich erklärt es die Mathematik der Wellenbewegung, behandelt ausführlich die klassischen und modernen Methoden der Optik und erkundet die Neuerungen und großen Entwicklungen bei z.B. Laser, Faseroptik, Holographie, Fourier-Optik und nichtlineare Optik. Ziel des Autors ist dabei, die Optik im Rahmen einiger weniger, übergreifender Konzepte zu vereinheitlichen, so dass Studierende ein in sich geschlossenes, zusammenhängendes Bild erhalten. Abgerundet wird das Buch durch zahlreiche, didaktisch hervorragend aufbereitete Abbildungen und viele aktuelle Fotos. Über 800 Übungsaufgaben verschiedener Schwierigkeitsgrade, die zu einem großen Teil mit vollständigen Lösungen vorliegen, ermöglichen dem Studierenden, sein Wissen selbständig zu überprüfen. Über 750 Abbildungen und über 800 Übungsaufgaben verschiedener Schwierigkeitsgrade, meist mit ausführlichen Lösungen. Das Standardwerk der Optik seit über 25 Jahren. Umfangreich wie kein zweites Buch, von der Ausbreitung des Lichts bis zur Überlagerung von Wellen.

Elektrodynamik

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Author: David J. Griffiths

Publisher: Pearson Deutschland GmbH

ISBN: 386894057X

Category: Electrodynamics

Page: 708

View: 7451

Differentialgeometrie, Topologie und Physik

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Author: Mikio Nakahara

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662453002

Category: Science

Page: 597

View: 4770

Differentialgeometrie und Topologie sind wichtige Werkzeuge für die Theoretische Physik. Insbesondere finden sie Anwendung in den Gebieten der Astrophysik, der Teilchen- und Festkörperphysik. Das vorliegende beliebte Buch, das nun erstmals ins Deutsche übersetzt wurde, ist eine ideale Einführung für Masterstudenten und Forscher im Bereich der theoretischen und mathematischen Physik. - Im ersten Kapitel bietet das Buch einen Überblick über die Pfadintegralmethode und Eichtheorien. - Kapitel 2 beschäftigt sich mit den mathematischen Grundlagen von Abbildungen, Vektorräumen und der Topologie. - Die folgenden Kapitel beschäftigen sich mit fortgeschritteneren Konzepten der Geometrie und Topologie und diskutieren auch deren Anwendungen im Bereich der Flüssigkristalle, bei suprafluidem Helium, in der ART und der bosonischen Stringtheorie. - Daran anschließend findet eine Zusammenführung von Geometrie und Topologie statt: es geht um Faserbündel, characteristische Klassen und Indextheoreme (u.a. in Anwendung auf die supersymmetrische Quantenmechanik). - Die letzten beiden Kapitel widmen sich der spannendsten Anwendung von Geometrie und Topologie in der modernen Physik, nämlich den Eichfeldtheorien und der Analyse der Polakov'schen bosonischen Stringtheorie aus einer gemetrischen Perspektive. Mikio Nakahara studierte an der Universität Kyoto und am King’s in London Physik sowie klassische und Quantengravitationstheorie. Heute ist er Physikprofessor an der Kinki-Universität in Osaka (Japan), wo er u. a. über topologische Quantencomputer forscht. Diese Buch entstand aus einer Vorlesung, die er während Forschungsaufenthalten an der University of Sussex und an der Helsinki University of Sussex gehalten hat.

Physik-Manga

Mechanik

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Author: Hideo Nitta

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 9783834809827

Category: Science

Page: 222

View: 6780

Physik ist trocken und macht keinen Spaß? Falsch! Mit diesem Manga lernt man die Grundlagen der Mechanik kennen, kann sie in zahlreichen Aufgaben anwenden und anhand der Lösungen seinen Lernfortschritt überprüfen – und hat auch noch eine Menge Spaß dabei! Der Inhalt Prolog: Nervt Dich Physik? - Actio und Reactio - Drehmomente - Kraft und Bewegung - Energie Die Zielgruppe Studierende, Schüler und Mangafans, die einen spannenden Einstieg in die Mechanik suchen Die Autoren Hideo Nitta (Autor) Keita Takatsu (Illustrator) TREND-PRO Co,. Ltd. (Produzent)

Der Ricci-Kalkül

Eine Einführung in die neueren Methoden und Probleme der mehrdimensionalen Differentialgeometrie

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Author: Jan Arnoldus Schouten

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662065452

Category: Mathematics

Page: 312

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Dieser Buchtitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfängen des Verlags von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv Quellen für die historische wie auch die disziplingeschichtliche Forschung zur Verfügung, die jeweils im historischen Kontext betrachtet werden müssen. Dieser Titel erschien in der Zeit vor 1945 und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.

Klassische Mechanik

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Author: Herbert Goldstein,Charles P. Poole, Jr.,John L. Safko, Sr.

Publisher: John Wiley & Sons

ISBN: 3527662073

Category: Science

Page: 700

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Der Goldstein gehört zu den Standardwerken für die Vorlesung in Klassischer Mechanik, die Pflichtvorlesung und Teil des Theorie-Lehrplans jedes Physik-Studienganges ist. Für diese aktuelle Ausgabe haben Charles Poole und John Safko die Texte überarbeitet und neueste Themen, Anwendungen und Notationen eingearbeitet und sind damit auf moderne Trends in der Theoretischen Mechanik eingegangen. Neue numerische Übungen verhelfen den Studenten zur Fähigkeit, Computeranwendungen für die Lösung von Physikproblemen zu benutzen. Mathematische Techniken werden detailliert eingeführt, so daß der Text auch für Studenten ohne den entsprechenden Hintergrund der Theoretischen Mechanik verständlich ist.

Einführung in die moderne Kosmologie

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Author: Andrew Liddle

Publisher: John Wiley & Sons

ISBN: 3527670920

Category: Science

Page: 217

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Dank sich stets verbessernder boden- und weltraumgestützter Teleskope stehen der Kosmologie inzwischen Daten zur Verfügung, die Rückschlüsse auf immer frühere Phasen des Universums und Vergleiche mit Modellvorstellungen erlauben. Daher gewinnt die Kosmologie in den Astronomiekursen der Universitäten beständig an Wichtigkeit. Die "Einführung in die Moderne Kosmologie" ist eine anschauliche und leicht verständliche Darstellung moderner kosmologischer Konzepte, die neben zahlreichen Beispielen und Übungsaufgaben auch Hinweise und Endergebnisse enthält, sodass das Erlernte sofort ausprobiert und kontrolliert werden kann. Das Buch ist klar eingeteilt und behandelt in sechs separaten Kapiteln Themen für Fortgeschrittene, darunter relativistische Kosmologie und Neutrino-Kosmologie. Die vorliegende Übersetzung der zweiten Auflage wurde wesentlich ergänzt und erweitert und umfasst neueste Beobachtungsergebnisse sowie zusätzliches Material zur empirischen Kosmologie und Strukturbildung.