Brückenkurs Physik

Inhalt



0.0 Vorbemerkungen: Hier sind einige Leistungen allgemeiner Art zusammengestellt, die für den gesamten Kurs wichtig sind. Sie sind einerseits von unterschiedlicher Qualität, zugehörige Defizite haben aber andererseits nach den Erfahrungen der vergangenen Jahre die Ergebnisse des Kurses enorm beeinflusst. Kurz: Vieles wurde nicht verstanden, gekonnt, weil diese Defizite vorlagen. Einzelheiten dazu sind in einigen Anhängen zusammengestellt.

1.0 Deterministisches Verhalten in der Natur: Erfahrungsgemäß ist vieles in der uns umgebenden Natur festgelegt. Aber in einer ganz bestimmten Art und Weise, die von der modernen Naturwissenschaft insbesondere auch der Physik in langer und mühsamer Arbeit herausgefunden wurde. Das bezieht sich nicht nur auf die konkreten Inhalte, sondern auch auf die Form der Gesetzmäßigkeiten. Viele zunächst Denkbares ist hier erfolglos versucht worden. Der Kurs will etwas in das Verbleibende einführen, das sich als überaus erfolgreich erwies.

2.0 Die Linsenformel der geometrischen Optik : In diesem Kapitel wird ein Beispiel einer Typ-I-Formel etwas genauer behandelt. Hauptsächlich wird der Weg zu dieser Formel ausführlicher besprochen.. Dazu werden einige allgemeinere Resultate (Reflexions- und Brechungsgesetz) besprochen. Die Probleme, die auf dem Weg von diesen Resultaten zur Linsenformel auftreten, werden angedeutet als Beispiel für die Art phxsikalischen Vorgehens.

Übungen zu diesem Teil

3.0 Mechanik I. Hier wird das klassische Beispiel für die Erfassung deterministischen Verhaltens besprochen. Das hier entwickelte Schema erfasst in unzähligen Fällen korrekt und vorhersagbar das Verhalten in der Natur vorkommender Systeme. Dabei ist die grundlegende Gesetzmäßigkeit aber keine Typ-I-Formel für die interessierenden Greößen, sondern man findet eine Gesetzmäßigkeit für die Änderungsrate der Geschwindigkeit, die Newtonsche Bewegungsgleichung. Aus ihr muss man in jedem Fall fallspezifisch die eigentliche Bewegung bestimmen. Das geschieht mit bestimmten Methoden, die hier einführend beschrieben werden sollen. Immer in dem Sinne, dass man jeweils verstehen soll, was getan wird und wozu, auch wenn man die Rechenschritte selbst nicht beherrscht.





4.0 Numerisches Lösen einfacher Differentialgleichungen. Die explizite „analytisch“ Lösung einer Differentialgleichung ist in der Regel mühsam, wenn nicht unmöglich. Dagegen ist eine numerische Näherung meist einfach. Auch die dahinter stehende Idee ist einfach. Diese Idee wird vorgeführt, in ein Rechenschema umgewandelt und es wird eine Begründung angegben, wieso diese Näherung in der Regel funktioniert. (Differentialgleichungen: H.M. Kap.7 und Lkap.8)



5.0 Mechanik II: Der Energiesatz

6.0 Umgang mit Daten. Die Werte physikalischer Größen in konkreten Situationen werden letztlich experimentell gewonnen und sind mit Fehlern unterschiedlicher Art behaftet. Wie geht man damit um, wenn man die Ergebniss mit den Werten idealisierter Überlegungen vergleichen will, wie unseren bisherigen? Dies ist eine sehr weitreichende Frage zu der wir nur einen ganz kleinen Einstieg präsentieren, der aber zeigt, wohin es in diesem Zusammenhang geht und wie man vorzugehen hat. (Weiterführend: H.M.Kap.17, speziell 17.3-4)