Kurs:Einführung in die Physik

Dieser Kurs gehört zum Fachbereich Physik.

Einleitung: Aufbau und Ziel des Kurses

Der Leser möge mir typographische Fehler auf dieser Seite verzeihen. Das ist meine erste Wikiversity-Seite. Vielleicht verbessern das andere, die dann auch diese Zeilen entfernen können.

Der Kurs läuft seit Sonntag, 18. Februar 2007. Weitere interessierte Teilnehmer bitte unten auf dieser Seite eintragen.

Beschreibung

Dieser Kurs basiert auf einem einführenden Kurs in die Grundlagen der (klassischen) Physik. Er soll für die Allgemein- und Erwachsenenbildung gedacht sein, wie sie beispielsweise an Volkshochschulen und volksbildenden Sternwarten stattfindet. Das bedeutet, dass mit nur wenig Vorwissen grundlegende naturwissenschaftliche Erkenntnisse vermittelt werden sollen. Mathematische Methoden, die zwar von der Schule her bekannt sein sollten, werden ausführlich wiederholt und geübt. Danach oder bereits während des Übens werden sie auf physikalische Probleme angewandt. So können sowohl die mathematische Methode als auch physikalische Zusammenhänge zugleich vermittelt werden.

Zielpublikum und Inhalt

Der Kurs richtet sich an alle, die Interesse für die Phänomene der Physik mitbringen und die bereit sind, sich längst vergessenes Schulwissen neu anzueignen und anzuwenden. Die Inhalte gehen bis auf zusätzliche Anmerkungen kaum über solche der gymnasialen Ober- und Mittelstufe hinaus. Vom mathematischen Niveau her werden wir außer elementarer Algebra wenig Gebrauch von Differential- und Integralrechnung machen, geschweige denn uns in Gefilde der höheren Mathematik begeben. Das hat natürlich zur Folge, dass eine gewisse mathematische Strenge an mancher Stelle nicht gewährleistet werden kann.

Übungen

Der Autor des Kurses versucht stattdessen durch eine Fülle von Beispielen und Übungen immer zum Nachdenken anzuregen. Es werden Beispiele und Problemstellungen gezeigt, die üblicherweise mit höherer Mathematik behandelt werden müssen, die aber näherungsweise sehr gut mit den einfachsten Methoden gelöst werden können. Das soll aber nicht heißen, dass es nur schwierige und herausfordernde Übungen geben wird, sondern solche auf jedem Niveau. Das Interesse all derjenigen, die bereits über das hier zu vermittelnde Wissen verfügen, sei daher darauf gerichtet, an der Diskussion der gestellten Aufgaben teilzunehmen. Zu jedem Aufgabentyp sollen auch Musterlösungen zu wenigstens einer vollständigen Aufgabe hier erscheinen, so dass man eine Kontrollmöglichkeit hat. Dazu soll es immer mehrere Aufgaben eines Typs geben, die nicht vollständig gelöst werden, so dass es immer Möglichkeit gibt, selbst den Weg zum angegebenen Endergebnis zu finden. Empfohlen ist es, sich zumindest an den Aufgaben der niedrigeren Niveaus (Niveau 1 und 2) zu versuchen. Es ist geplant, dass es zu jedem der im Inhaltsverzeichnis stehenden Punkte ein oder zwei Blätter mit einem Satz von Aufgaben gibt. Die Aufgaben werden als PDF-Dateien innerhalb der Wikiversity zur Verfügung gestellt.

Ich werde mich bemühen, die Teillösungen jeweils nach einiger Zeit bereitzustellen. Zur Diskussion vollständiger Lösungen gibt es mehrere Möglichkeiten:

• Lösungen auf einer Unterseite der eigenen Benutzerseite erstellen
• Lösungen mir per eMail (Funktion auf meiner Benutzerseite) schicken

Im Diskussionsforum sollten nur Fragen bezüglich der Aufgabenstellung gestellt werden, die dann dort beantwortet werden.

Ablauf

Sobald der Kurs vollständig ist, kann er grundsätzlich in beliebiger Geschwindigkeit durchlaufen werden. Empfehlenswert ist jedoch, für jeden der drei Teile einen Zeitraum einzuplanen, der in etwa der Länge der Vorlesungszeit eines Semesters entspricht. Das heißt, etwa zwölf Wochen. Die Teilnehmer erarbeiten sich die Inhalte mit Hilfe des hier angebotenen Textmaterials zusammen mit den empfohlenen Links auf Wikipedia-Artikel und externe Homepages. Zur Vertiefung sollten die zu jedem Abschnitt angebotenen Übungen und Aufgaben bearbeitet werden.

Anmerkungen zu Textsatz und Bildern

Fettgedruckte Stellen führen neue Begriffe ein, während schräggestellte Satzteile betont werden sollen. Manchmal geschieht natürlich auch beides.

Da Bilder und Illustrationen viel Zeit und Arbeit bedeuten und ich bereits sehr viel Zeit für den Text aufwende, wird es am Anfang nicht so viele Bilder geben. Leider muss man sagen, denn hier gilt oft: Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Trotzdem finde ich auch den erklärenden Text unheimlich wichtig und ich werde mich daher zunächst hauptsächlich darauf konzentrieren. Sollte jemand begabt sein und Lust empfinden, Graphiken für den Kurs anzufertigen, so darf er das gerne tun! Einfach Kontakt mit mir aufnehmen und ich werde meine Wünsche für die wichtigsten Illustrationen äussern.

Vorläufiges Inhaltsverzeichnis

Physik I: Bewegungen und Kräfte

1. Auf Schienen in die Zukunft - Geradlinige Bewegungen
   1. Wiederholung wichtiger mathematischer Grundlagen, Einheiten
   2. Geradlinige Bewegungen
2. Äpfel, Kurven, Karussells - Einfache krummlinige Bewegungen
   1. Überlagerung von Bewegungen und waagrechter Wurf
   2. Newton'sche Gesetze und Kreisbewegungen
3. Zu den Planeten und darüber hinaus - Gravitation und Kepler'sche Gesetze
   1. Newton'sche Gesetze 2 und Kepler'sche Gesetze
   2. Gravitationsgesetz und Anwendungen
4. Strand und Wellen - Schwingungen und Wellenphänomene
   1. Schwingungen verschiedener Pendelarten
   2. Grundlegendes zu Wellen und Flüssigkeitsdynamik
5. Fahrräder, Kreisel, Butterbrote - Dynamik starrer Körper
   1. Vergleich von Verschiebungen und Drehungen
   2. Vertiefungen, Anwendungen und Ausblick

Physik II: Felder und Teilchen

1. Blitzgescheit - Elektrische Felder
2. Unsichtbare Kraft - Magnetfelder
3. Jetzt funkt's! - Elektromagnetische Schwingungen und Wellen
4. Nanoscience: Atome und Moleküle
5. Schön gemütlich: Wärmelehre

Physik III: Moderne Physik

1. Kernphysik und Quantenmechanik
2. Relativitätstheorie
3. Sternphysik
4. Plasmaphysik
5. Ausblicke

Quellen

• Motion Mountain Alternatives Physiklehrbuch in englischer Sprache zum kostenlosen Download
• Oberstufenskripte von Richard Reindl, Lehrer am Werdenfels-Gymnasium, Garmisch-Partenkirchen
• SMART: Aufgabensammlung zur Mathematik (mit Lösungen)

Teilnehmer

• SEiCON

• GiSA

• Postmann

• Squink

• Märten

• Broomgrin

• chefrezepte

• Raven

• Melusine79

• Mayoow

• Conny

• Asgar

• M.Nießen

• Epsilon

• chorse

• Uri

• Gismo

• Tinaro

• inanchfe

• Pengu

• Chaos-Metaller

• Hacka

• Steffi

• Joeyyy

• chaoscode

• Philipp89

• Christof.glanzer

• Atze

• Tomi

• Innuendo

• Alki

• Physikus

• Lantasch

• spiT.fire

• CrAc

• AintNoStyle

Kursstart

Zwar sind gerade in letzter Zeit noch einige Teilnehmer hinzugekommen aber ich hoffe, es sind auch diejenigen, die sich bereits sehr früh hier eingeschrieben haben noch interessiert. Nach wie vor, möchte ich jeden Teilnehmer bitten, sich auch bei Wikiversity anzumelden und auf sich auf seiner Benutzerseite kurz vorzustellen.

Dabei sollte auch das eigene Vorwissen in Physik und Mathematik zur Sprache kommen und evtl. die Motivation, an diesem Kurs teilzunehmen. Das ist natürlich nicht Pflicht, sondern nur eine Bitte meinerseits, um den Kurs evtl. zu verbessern. Außerdem möchte ich über die Benutzer-Foren mit den Teilnehmern kommunizieren wegen Kursinhalten und Aufgaben.

Kursstart: Sonntag, 18. Februar 2007

Von da an werden wöchentlich neue Lektionen erscheinen. Das hängt natürlich auch von meinen privaten Umständen ab, wieviel Zeit ich dafür aufwenden kann. Die Planung für den ersten Teil des Kurses ist bereits abgeschlossen und auf der Seite Physik I zu sehen.

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Betreuer: --StudentT 21:19, 5. Feb. 2007 (CET)