Physik-Lernen mit dem Computer: Programmpaket FORPHYS

Physik-Lernen mit dem Computer

Programmpaket FORPHYS

Liste der verfügbaren Programme^*)

"Messprogramme"

ORESME: Ein Fahrzeug wird auf dem Bildschirm mit der Maus hin-und hergeschoben. Die t-x- und t-v-Graphen werden nach Wunsch synchron mitgezeichnet: dient zum Training des Graphenlesens
MONSTER: Ein "Monster" läuft über den Bildschirm an Marken vorbei; der Bediener kann die Bewegung durch Tastendruck ausstoppen und dann Graphen zeichnen lassen; für Schülerversuche geeignet. Download MONSTER
GALILEI: Auf der geneigten Kugelrinne läuft eine Kugel an willkürlichen vorgegebenen Marken vorbei. Durch Tastendruck wird die jeweilige Zeit gestoppt. Die Auswertung liefert x(t)-, v(t), a(t)-Diagramm und erlaubt den Nachweis von F prop. a.

Simulationen

SUPWURF: Verschiedene Würfe lassen sich hier in Simulationen untersuchen, oder durch Überlagerung von 2 Bewegungen erklären.
ANHARMON: Für wählbare Potentiale wird die Bewegung simuliert; synchron werden u.a. t-x- und t-v-Diagramme mit gezeichnet; besonders geeignet um die Besonderheit der harmonischen Schwingung zu zeigen: die Schwingungsdauer ist hier unabhängig von der Amplitude.
STRABAHN: der Führerstand einer Straßenbahn wird simuliert; je nach Wahl der positiven oder negativen Beschleunigung ergeben sich bestimmte Veränderungen der sichtbaren Bewegung, die auf Wunsch durch t-x-, t-v- und t-a- bzw. t-F- Diagramme illustriert wird; dient zum Training des Graphenlesens.
SPEZLAD: Als häuslicher Schülerversuch gedacht: Der Schüler soll mit einem simulierten Fadenstrahlrohr e/m bestimmen; übt die Auswertungsmethode ein; auch Grundlage von Schüler-Kurzreferaten, mit der verschiedene Abhängigkeiten (Umlaufszeit, Bahnradius, Energie) von unterschiedlichen Parametern untersucht werden sollen (Magnetfeld, Spannung).
KEPLER: Simuliert reale Planeten, verschafft damit also einen Überblick über unser Planetensystem; erlaubt aber auch die "experimentelle Untersuchung" der Kepler-Gesetze: Die Parameter der Bahnkurven können ausgemessen werden, ihre Abhängigkeit von Energie und Drehimpuls untersucht, das Flächengesetz ausgemessen und der Einfluss von anderen Kraftgesetzen auf die Bahnkurve untersucht werden. Es können auch eigene Planeten mit willkürlich wählbaren Bahnparametern "geschaffen" werden.
HELIOGEO: vergleicht nach einem Vorschlag von Treitz das heliozentrische mit dem geozentrischen System; beide Systeme sind durch eine Koordinatentransformation auseinander hervorgegangen, sind also gleich richtig; das Bezugssystem des Beobachters wird als wesentlicher Punkt für die Beurteilung der beiden Systeme herangezogen. Besonders eindrucksvoll ist es, wenn die relative Konstellation einiger Planeten (verbunden durch Strecken) in beiden Systemen sich als identisch herausstellen. Das Programm erlaubt eine Entwicklung der Argumentation im Unterricht, weil z.B. einzelne Planeten ab- und angeschaltet werden können.
KAUSALIT: Dient zur Entwicklung und Erläuterung der Methode der kleinen Schritte: Ausgehend von Schemata zum Begriff der Kausalität (2. NG) werden Flussdiagramme für die Methode d. kl. Schritte dargestellt; dann wird die Simulation für eine harmonische Schwingung erst langsam zum Mitrechnen im Kopf, dann schneller vorgeführt.
PTLADUNG: elektrische Felder von wenigen Punktladungen werden schrittweise auf dem Bildschirm konstruiert; dient zum Verständnis, wie die Feldlinienbilder aus den Coulomb-Kräften einzelner Ladungen entstehen. Möchten Sie schnell ganze Feldkonstellationen zeigen, sind andere Programme geeigneter (z.B.E-FELD von Girwidz)
LEISTRES: dient zur Erläuterung der Resonanz eines Pendels; dazu wird die erregende Kraft F und die Geschwindigkeit v der angeregten Pendelbewegung untersucht; ihr Produkt ist die Leistung P = F.v , die vom Erreger an das Pendel übertragen wird. Es wird gezeigt, dass im Resonanzfall diese Leistung stets nichtnegativ ist, es wird ständig Energie zugeführt, die als Wärme wieder abgegeben wird. Verschiedene Kopplungsarten, die Einfluss auf den Verlauf der Resonanzkurve haben, sind wählbar.
SELBINDU: Simuliert Ein- und Ausschaltvorgänge an der Spule. Da alle Parameter verändert werden können ist ein leichter Vergleich mit analytischen Rechnung zu Spitzenspannung, Maximalstromstärke, Zeitkonstante in Abhängigkeit von den Parametern der Schaltung leicht möglich.
KONDSCHA: Analog für Ein- und Ausschaltvorgänge am Kondensator
ERZWUSCH: Hilft den Schülern, ein Gefühl für die Vorgänge bei der Resonanz zu entwickeln; sie sollen durch Tastendruck (+ oder -) ein Pendel zum Schwingen anregen; durch Probieren finden sie schnell heraus: Die Energiezufuhr muss "im richtigen Rhythmus" (mit der richtigen Frequenz) und "zum richtigen Zeitpunkt" (mit der richtigen Phase) erfolgen.
WELLEN: Simuliert die Schwingung einer Pendelkette von 2 bis ca. 50 Pendelkugeln; fast alle Parameter der linearen Kette können eingestellt und untersucht werden. Auch geeignet zur Untersuchung von Eigenschwingungen von Systemen mit wenigen Kugeln. Erlaubt das Studium von Welleneigenschaften, von Phononen in Festkörpern und von Eigenschwingungen. Wegen des verwendeten Modells der linearen Kette kommt es allerdings zur Dispersion: einige Eigenschaften der zu beobachtenden Wellen widersprechen physikgemäß Vorstellungen von einer idealen Welle.

Sollten sich Fragen ergeben: wenden Sie sich bitte an den Autor! E-Mail: horst.huebel bei t-online.de

^*) Es handelt sich meistens um MS-DOS-Programme mit Windows-ähnlicher Oberfläche. Sie sind mit geringfügigen Einschränkungen auch unter Windows-XP gut verwendbar und erlauben immer noch überzeugende neue Zugänge zu unterrichtlichen Sachverhalten. Es wäre für mich kein Problem, sie für 32-bit-Windows umzuschreiben, aber das würde ich nur tun, wenn genügend Nachfrage vorhanden wäre.

Auf manchen Bildschirmen fehlt die unterste Zeile. Abhilfe könnte darin bestehen, die Bildschirmhöhe am Monitor zu verstellen oder im Programm den EGA-Modus zu wählen. In seltenen Fällen werden auch Töne nicht richtig wiedergegeben.

Die unterschiedlichen Farbgebungen der Beispielgraphen hängen mit unterschiedlichen (wählbaren) Bildschirm-Modi zusammen.