| Vortragender: | Dr. Hans-Joachim Scheefer |
| Institution: | bis Pensionierung: Taunusgymnasium Königstein |
| Datum: | 01. Mai 2023 |
| Zeit: | 09:15 - 10:00 Uhr |
| Raum: | G410 |
| Beitrags-Nr.: | VP 01-041 |
In der heutigen Physikforschung wird viel numerisch gearbeitet. Dies hat jedoch noch keinen Eingang in den Physikunterricht. Es gibt viele nützliche Simulationen, aber sie sind Black Boxes: sie zeigen, wie etwas vor sich geht, aber nicht, warum sich ein System so verhält. Im Extremfall könnte man sogar z. B. das Modell der flachen Erde überzeugend simulieren. Damit eine Simulation oder auch eine Graphik vertrauenswürdig ist, muss man ihre Entstehung über physikalische Gesetze nachvollziehen können. Numerische Methoden gestatten dies ohne Infinitesimalrechnung.
Beispiele auf Schulniveau hierfür sind u. a. Federpendel (mit und ohne Dämpfung sowie gekoppelte Schwingungen) und Planetenbahnen. Vier Gleichungen genügen, um die zukünftigen Positionen einer schwingenden Masse bei bekannter anfänglicher x-Koordinate und Geschwindigkeit zu berechnen: Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit bzw. konstanter Beschleunigung, Hookesches Gesetz und Newtonsche Grundgleichung. Auch Bahnen elektrischer Ladungen im Magnetfeld sind übersichtlich berechenbar, wenn die Programmiersprache Vektorrechnung beherrscht.
Warum hat sich dieser Bereich in der Schule bisher nicht durchgesetzt? In den gängigen Programmiersprachen werden die physikalischen Gleichungen durch Eingabe-/Ausgabe-/Grafikbefehle verdeckt.
Mit der von mir entwickelten Programmiersprache mit Programmierumgebung wird dies vermieden. Ein- und Ausgabe sowie der Graphikteil bilden einen eigenen Abschnitt und sind vom Programmteil völlig getrennt. Letzterer enthält nur die (hoffentlich gut) bekannten physikalischen Gleichungen innerhalb einer Schleife. Als Ausgabe kann zwischen einem (oder mehreren) Graphen und der Darstellung eines (oder mehrerer) bewegter Körper gewählt werden.
Verschiedene Anwendungsbeispiele bis hin zur Quantenmechanik werden gezeigt.