Programme zur Physik in der Schule:
 
Physik-Programme


Programme von Elmar Deppe
 
B E U G U N G S A T E L L I T
W E L L E N W Ä R M E
 
1) Allgemeines und Hardwarevoraussetzungen für die Programme:
 
Diese Physik-Programme sind noch DOS-Programme, die schon einige Jahre auf dem Buckel haben. Die zugrunde liegende Physik ist aber immer noch richtig und die Einsatzmöglichkeiten im Unterricht haben sich kaum verändert. Dafür laufen sie auch noch auf einem schlichten PC mit Hercules-Grafik. Zum Glück habe ich die Programme zu einer Zeit, als mir VGA noch ein Fremdwort war so flexibel angelegt, daß sie auch auf modernen Windows-PC´s noch einsetzbar sind.
 
Benötigt wird:    IBM-kompatibler Rechner mit Betriebssystem MS-DOS und eine der  folgenden Grafikkarten:

       CGA
       EGA (konnte leider nicht getestet werden, sollte aber laufen)
       VGA
       Hercules
       Olivetti Att

Die Programme wurden in Turbo-Pascal 6.0 geschrieben. Die entsprechenden Grafiktreiber sind in den Programmen bereits eingebunden und bis auf letztgenannte erfolgt eine automatische Erkennung und Einstellung aller notwendigen Parameter. Wird die Olivettikarte verwendet, müssen die Programme mit dem Parameter >att< gestartet werden, z.B. beugung att .
Die Programme können auch von Diskette aus gestartet werden, eine Festplatte ist nicht zwingend erforderlich.
Programmierkenntnisse sind nicht notwendig!

In einigen Programmen kann die Ablaufgeschwindigkeit variiert werden; außerdem läßt sich der Ablauf beliebig oft anhalten, und auch ein Neustart mit gleichen Parametern ist möglich. Abstürze der Programme sollten mit schlichten Fehleingaben nicht möglich sein. Alle Programme wurden bereits im Unterricht eingesetzt.
Erzeugte Graphiken können auch auf Matrixdruckern ausgedruckt werden.
 



2) Zum Programm B E U G U N G:

Das Programm ist weitgehend selbsterklärend.
Es wird jeweils die Intensitätsverteilung des Lichtes auf einem Schirm dargestellt. Bei den Menuepunkten 1 und 4 liegt die optische Achse in der Mitte des Bildschirmes, bei den Punkten 2 und 3 nahe des linken Randes (senkrechter Strich) - hier wird also nur eine Seite des symmetrischen Beugungsbildes gezeichnet.
Im Menuepunkt 3 (Auflösungsvermögen) wird die Verteilung von 2 Wellenlängen gezeichnet. Hier kann man auch die Ordnungsnummer festlegen, wenn z. B. bei fast gleichen Wellenlängen die Unterschiede in der Nähe der optischen Achse nur sehr gering sind. Mit den Cursortasten <-- bzw. --> kann man auch nachträglich den Bildausschnitt noch verschieben.
Die Maxima werden durchnumeriert, wobei das Maximun 0. Ordnung auf der optischen Achse liegt.
Bei allen Menuepunkten kann die Ansicht durch Eingabe eines Spreizungsfaktors  (1 - 9) variiert werden. Eine kleine Zahl bedeutet eine enge, gestauchte Darstellung mit vielen Maxima innerhalb des Bildausschnittes, eine große Zahl eine breite, gestreckte Darstellung. Der Faktor kann auch durch die Tasten >-< und >+< erniedrigt bzw. erhöht werden. Das Bild wird dann neu gezeichnet. Im Menuepunkt 5 wird die Beugung am Doppelspalt durch Photonenlokalisation mittels Wahrscheinlichkeitswellen simuliert.

Download:    beugung.exe
 



3) Zum Programm S A T E L L I T

Das Programm stammt im Kern aus meiner 2. Staatsexamensarbeit über numerische Behandlung von Mehrkörperproblemen in Gravitationsfeldern. Dort habe ich mit den Schülern die Algorithmen entwickelt und zu kleinen Programmen zusammengestellt. Vor allem die graphische Darstellung und die Variation der verschiedenen Parameter habe ich dann wesentlich ausgebaut.
Das Programm enthält 6 Menuepunkte, 5 ernste und ein Spiel, welches vor einer übereilten Benutzung durch die Schüler durch ein Paßwort gesichert ist.
Die Menuepunkte 1,2 und 3 enthalten verschiedene Versionen der numerischen Berechnung, wobei Punkt 1 die beste Version darstellt - sie sollte standardmäßig benutzt werden. In jeden Menuepunkt können "eierige" Kreise aufgrund unterschiedlicher Kombinationen Grafikkarte/Monitor korrigiert werden. Außerdem kann die Position der Erde und ihr Maßstab verändert werden. Wie im Programm "Wellen" können auch hier sinnvolle Standardbelegungen der Parameter angefordert werden. Unzulässige oder grob unsinnige Eingabeparameter oder Kombinationen werden zurückgewiesen, z.B. ist kein Satellitenstart innerhalb des Erdradius möglich.
Das Koordinatensystem (in der Einheit METER!) ist so gewählt, daß die Erde im Ursprung steht.

Folgende Themen können angesprochen werden: (sicherlich sind noch viele weitere denkbar)

Download:    satellit.exe



4) Zum Programm W E L L E N
 
Es geht um die Simulation der Entstehung, Ausbreitung und Reflexion von Transversal- und Longitudinalwellen. Besonders die Longitudinalwellen sind für Schüler sehr unanschaulich; aber auch die Transversalwellen werden durch schwingende Seile oder die berüchtigte "Wellenmaschine" nicht gerade eindrücklich dargestellt.

Folgende Themen können angesprochen werden: (sicherlich sind noch viele weitere denkbar)

Das Programm enthält 11 Menuepunkte zu Transversalwellen und 6 zu Longitudinalwellen, außerdem einen kleinen Hilfetext, den ich hier noch einmal angebe. Ansonsten erklärt sich das Programm hoffentlich ziemlich von selbst - einfach verschiedene Eingaben ausprobieren.

Erläuterung zum Programm Wellen:
Dieses Programm soll Schülern helfen, Vorgänge bei der Ausbreitung und Reflexion von Wellen besser zu verstehen. Alle erforderlichen Parameter können variiert werden. Es wird aber jeweils ein Satz sinnvoller Werte vorgegeben. Unzulässige oder grob unsinnige Eingabeparameter oder auch Kombinationen werden zurückgewiesen und es kann dann eine Neueingabe erfolgen. Die Angaben zu den Parametern >Teilchengröße<, >Teilchenabstand< und >Amplitude< erfolgen als Pixelanzahlen für die Grafikdarstellung. Beachten Sie dabei, daß das Produkt aus Anzahl und Teilchenabstand die maximale Pixelzahl Ihrer Grafikkarte in x-Richtung nicht überschreiten sollte, z.B. 640 Pixel bei VGA - Grafik. (Wird automatisch erkannt.)
Der Teilchenabstand ist das Maß für eine Längeneinheit (L.E.). Die Zeit t und die Schwingungsdauer T werden in willkürlichen Zeiteinheiten (Z.E.) gerechnet.
Die Geschwindigkeit kann im laufenden Programm auf Werte von 1 - 9 eingestellt werden. Sie ist zu Beginn mit dem Wert 5 vorbelegt.

Download:    wellen.exe



5) Zum Programm W Ä R M E
 
Programm zur Brown'schen Molekularbewegung, Darstellung des Druckes und von Diffusionsvorgängen in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Anzahl der Teilchen und die Modelltemperatur können variiert werden.

Download:    waerme.exe

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Programme von Georg Heinrichs
  Systemvoraussetzungen:    Windows 3.1 oder höher, Knobloch-Interface mit Analog-Eingang, Pentium-60 oder schneller
 
Das Programm eignet sich als preiswerter Ersatz für ein (Speicher-) Oszilloskop für "mittelschnalle" Signale, z.B. Einschaltvorgang bei einer Glübbirne.

Download:    oszi.zip


  Systemvoraussetzungen:    Windows 3.1 oder höher
 
Mit diesem Programm lassen sich Fouriersynthesen bis zur 6. Oberschwingung durchführen.

Download:    fourier.zip


  Systemvoraussetzungen:    Windows 3.1 oder höher
 
EasySim ist ein einfaches und schnelles Simulationsprogramm. Die Modelle werden in Form von Gleichungen eingegeben. Die Ergebnisse können zahlenmäßig in Tabellen oder graphisch dargestellt werden. Das Programm eignet sich besonders zur Einführung, weil es auch die Möglichkeit bietet, die Berechnungszyklen einzeln durchzuführen; so können eigene Rechnungen Schritt für Schritt kontrolliert werden. Zahlreiche Modelle aus den verschiedensten Gebieten der Physik (Mechanik, Astrophysik, Chaos, Ein- und Ausschaltvorgänge ... ) und Mathematik liegen vor.
 
Download:    easysim.zip
 

Es folgt in Kürze eine Beschreibung eines sehr schönen Simulationsprogrammes zur Elektrizitätslehre und Elektronik mit dem Namen "CROCODIL CLIPS" - mit Downloadmöglichkeit einer Demoversion.

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