Wissenschaft

Viva la Neugier, Viva la Wissenschaft! Aus einem Kegelspiel kann schnell ein Spielzeug der Physik werden - ebenso eine Schaukel. Viele, teilweise teure, Messapparaturen können in der Heimwerkstatt gebaut werden, so gesehen die Hall-Sonde, zum Messen von Magnetfeldern. Aber nicht nur die Physik steht hier im Vordergrund, sondern auch Chemie und Biologie - so kann ein Spaziergang im Wald durchaus zum Forschungsprojekt werden.

Vermessung des Trimm-Dich-Pfades

Und es kommt doch anders!

Sportler und passionierte Spaziergänger, ja fast ganz Rüsselsheim kennt ihn: den Trimm-Dich-Pfad Rüsselsheim oder auch Vita-Parcours. Er befindet sich in der Nähe des Waldschwimmbades, im Sommer ein Ballungszentrum von begeisterten Schwimmern.

Ob Joggen, lockeres Laufen oder Walken, hier wird alles betrieben. Manch einer nutzt auch die Trainingsübungen, die in einigen hundert Meter voneinander entfernt sind. Mit dabei sind: Sit-ups, Liegestützen, Treppensteigen, diverse Übungen zum Springen, Klettern und Vieles mehr. Was aber völlig unbekannt ist: Wie viele Kilometer zählt er denn nun?

Durchläuft man den Trimm-Dich-Pfad, so weiß man was man geleistet hat und kann frohen Gemüts nach Hause fahren, den Freizeit-Jogger interessieren Lauf-Geschwindigkeit und Entfernung nur peripher. Dennoch, wie oft hörte man Jogger über die Länge diskutieren. Das uferte nicht selten in ein kleines Streitgespräch aus. Ist er jetzt länger als 3 Kilometer oder nicht?!

Schreiber dieses, sich auch dazu fühlend, nahm sich dem wie folgt an. Erstens, man fährt den Pfad mit einem Fahrrad und Tachometer ab, erhält aber nur ungenaue Messergebnisse, die sich, wie sich später zeigen wird, drastisch von dem wirklichen Wert unterscheiden. Zweitens, man nutzt einen GPS-Empfänger (Garmin Geko 201) und wird feststellen, dass der dichte Wald teilweise für zu wenige Satelliten sorgt, was die Vermessung nahezu unmöglich macht. Was ist also möglichst genau, aber nicht von Satelliten abhängig? Genau! Drittens: ein Stahlscheiben-Rad. Dabei handelt es sich um ein Rad, das man beim Laufen vor sich her schiebt und die Entfernung genau, besser - auf einem Meter pro Kilometer, misst.

Interessant: Vergleicht man die Entfernungsangabe des Rades mit der des GPS-Empfängers, stellt man einen relativen Fehler von etwa 20 % fest. Das heißt konkret, dass der GPS-Empfänger mit rund 3.590 Metern nur 80 Prozent der tatsächlichen Wegstrecke aufzeigt!

Misst man jetzt stets in der Mitte des Weges, ohne die beiden Abkürzungen des Pfades, so kommt man auf eine Länge von ungefähr 4,2 Kilometer! Das ist wesentlich mehr als man geschätzt hätte.

Das vollständige Messprotokoll findet man hier.

Wenn Sie sich dieselbe Frage gestellt haben, Ihnen der Artikel geholfen hat oder sie eine ähnliche Vermessung durchgeführt haben, freut sich Schreiber dieses, wenn sie hierüber Kontakt aufnehmen.

Zur Erstellung einer Übersichtskarte des Pfades in Google Earth, kann hier die kml-Datei heruntergeladen werden. Die Reißzwecken markieren die Übungen. Klickt man auf eine, so öffnet sich die Beschreibung. Die Koordinaten wurden mit einem GPS-Emfänger und mit einer Genauigkeit von 12 Metern Radius bestimmt. “TDP” steht für “Trimm-Dich-Pfad”. Noch etwas weiter unten findet man die Beschreibung aller Übungen.

Schreiber dieses verweist auf den Bericht auf myheimat.de und dankt für die freundlich Erwähnung.

Viel Spaß beim Bewegen!

Hallsonde

Die Wechselwirkung von Elektrizität und Magnetismus sind in der heutigen Technik überall gegenwärtig und davon profitieren wir alle ständig. Sei es beim Auto, dem Computer oder natürlich auch dem Fernsehen.

Allerdings haben wir Menschen für diese Phänomene keine direkten Sinne. In der Messtechnik behilft man sich mittels einer sogenannten “Hall-Sonde”, die den gleichnamigen Effekt benutzt. Fließt ein elektrischer Strom auf einer leitenden Platte, so wird er im magnetischen Feld seitlich abgelenkt, so dass man an beiden Seiten der Platte eine Spannung misst, mit der man auf das magnetische Feld schließen kann. Klingt kompliziert, ist es aber nicht. Zum Bau benötigt man eigentlich nur Reste: Ein Stückchen möglichst dünnes Blech, 4 Drähte und einen heißen Lötkolben.

Das Bild mit der Hall-Sonde wurde im Textbuch “Abitur 2017 Hessen: Physik”, welches im Stark Verlag erschienen ist und Abiturienten/innen zur Vorbereitung auf das Abitur hilft, verwendet.

Camera Obscura

Die Gesellschaftliche Interaktivität am Beispiel einer Kamera Obscura

Neulich beim Aufräumen abgelegener Schrankbereiche, fiel dem Autor ein längst vergessenes Utensil in die Hände. Betrachtet man sich das obige Bild, so denkt man sofort an ein Stück Kanalrohr aus dem nächsten Baumarkt. Soweit ist das auch richtig, wenn nicht der Autor als Schüler der 7. Klasse die Idee gehabt hätte, die gerade durchgenommene Kamera Obscura, mit den zur Verfügung stehenden Mitteln, nachzubauen. Der dadurch initiierte Schöpfungsakt soll hier die komplexe Interaktivität verschiedener gesellschaftlicher Bereiche dokumentieren. Ein leises Schmunzeln des Lesers ist durchaus erwünscht!

Während der Naturwissenschaftler über die physikalischen Gesetzmäßigkeiten sinniert und grundlegende Parameter festlegt, signalisiert der Kaufmann ein minimales Budget, sodass der Konstrukteur durch den Keller schleicht, um geeignete Ideen für die Umsetzung zu finden, die dann auch nach umfassender morphologischer Analyse in eine Stückliste eingebracht werden.

Der Beschaffer, Einkäufer besorgt dann, möglichst aus bestehenden Beständen der Familie, die „wertvollen“ Teile wie Tubus (Kanalrohr), Mattscheibe (Butterbrotpapier), lichtdichte Verkleidungen (schwarze Pappe) und diversen Kleinkram, wie Kleber und Werkzeuge.

Nach dem Zerteilen des Kanalrohres mit der väterlichen Eisensäge zeigen sich erste fachliche Mängel, der Schnitt sieht aus, als hätte ihn ein Biber genagt. Es kommt also die für einen 12-jährigen übliche Lösung in Betracht: sauberes Abrichten auf der heimischen Drehbank. Da der dafür zuständige Vater natürlich nur schwer zu begeistern ist, kommt der Politiker zum Zuge. „Papa ich gehe mal in den Keller und bereite die Drehbank vor“ leitet normalerweise eine sofortige Reaktion ein, die das Ziel näher bringt. Erfahrungsgemäß bringt es einen enormen Effektivitätszuwachs wenn man diese Ansprache leicht umformuliert an eine andere Adresse weitergibt: „Mutti, kannst du mal Vater sagen, dass ich im Keller die Drehbank vorbereite…“. Man sieht leicht, der Politiker ist eine gesellschaftlich wichtige Person. Wenn Vater dann zwangsweise das Kanalrohr entdeckt, dass er für irgendeine andere, seiner Meinung nach, wichtigere Angelegenheit gekauft hat, so ist der Jurist gefragt, der die Familienregeln geschickt auslegt und eine drohende Verhandlung vor dem Familiengericht mit drohendem Taschengeldabzug abwendet.

Ist diese Hürde überwunden, baut der Handwerker die Teile vorsichtig zusammen, das Ergebnis übergibt der dann dem bereits genannten Naturwissenschaftler, der feststellt, dass die optische Leistung hervorragend zum Abbilden diverser brennender Kerzen geeignet ist, für sonstige Objekte allerdings von jeder Einwegkamera in den Schatten gestellt wird. Dies ist der Moment für den Marketing-Spezialisten, der feststellt, dass es für dieses Teil garantiert keinen Markt gibt, da es für die Masse gänzlich unnötig sei. Also bedient man sich eines Werbefachmannes, vorzugsweise aus der Kosmetikbranche, der durch geschickte Wahl eines Werbeslogans „das Kultteil das schon Goethe liebte, in limitierter Auflage für lächerliche €19.95“ und großzügige Schaltung von Anzeigen, Spots, etc. eine riesige Nachfrage generiert, was durch professionelle Hilfe von Grafikern und Film-Regisseuren ermöglicht wird. Der Einsatz eines profilierten Schauspielers aus der Action-Szene – Namen sollen hier nicht genannt werden – erweist sich als durchschlagend. Diese riesige Nachfrage kann dann natürlich nur durch industrielle Fertigung in Übersee befriedigt werden. Die daran beteiligten Berufe, Künste und Wissenschaften sollen in Teil 2 behandelt werden, dessen gedruckte Ausführung bequem mit einem Sattelauflieger mittlerer Größe transportiert werden kann.

Biologie

Elektronenmikroskop - Die Zelle

Kleine Sachen ganz groß. Über die Herbstferien machte sich Schreiber dieses über die Zellen und ihrer Beobachtung schlau. Die Recherchen wurden in zwei Präsentationen zusammengefasst.

Das Internet bietet sehr gutes Informationsmaterial über Elektronenmikroskope. Vorallem auf dem Bildsektor kann man viel finden. Bilder eines EMs, TEMs oder REMs sind einzigartig und faszinierend. Schaut selbst!

Kapitel 5 unseres Lehrbuches der Jahrgangsstufe 11 katalogisiert die einzelnen Zellbestandteile, Organelle genannt, ausführlich. Ebenso sind hier gute Bilder zu finden. Mit den Texten aus dem Buch und hochauflösenden Scans sind die Präsentationen Beamer-tauglich.

Das tolle an der ganzen Sache ist, dass sie für den direkten Unterrichtseinsatz benutzt werden können.

Osmose und Diffusion

… stehen auf dem gefüllten Lehrplan der 11. Einleitend für dieses Thema gab es einen Versuch, in dem man Kartoffeln halbieren und eine Mulde hineinschneiden muss. Anschließend werden die Mulden mit Salz, Zucker und Stärke bestückt. Ziel des Versuchs ist es, relative osmotische Werte zu ermitteln. Das funktioniert soweit gut, aber es dauert und damit sieht man nicht die Vorgänge.

Die Lösung ist simpel.

Nachdem der Versuch aufgebaut war, wurden die Vorgänge 30 Minuten lang gefilmt. Das Ergebnis wurde mit Zeitraffer auf 2 Minuten verkürzt. Die gesammelten Ergebnisse wurden in einer Präsentation zusammengefasst. Jetzt sieht man genau was passiert.

Blätter und Sträucher

Biologie lebt! Wie kann man den Biologieunterricht mit Experimenten und eigenständigen Arbeiten füllen?

Schon in Klasse 6 wurden Blätter und deren Früchte gesucht. Lange Spaziergänge durch den Wald waren nötig, um die Vielzahl der Blätterarten zu finden. Die richtige Zuordnung zu den Bäumen ist nicht ganz leicht, behilfliche Eltern und Bekannte sind ratlos. Platanen können leicht zu Kastanien werden und umgekehrt.

Im Sommerurlaub 2006, in dem idyllischen Schwarzwald, kam eher zufällig die Idee, diese große Suchaktion zu wiederholen und die wichtigsten Blätter zu finden und hochauflösend zu fotografieren. Im angrenzenden Wald gab es hierzu einen Waldlehrpfad mit beschrifteten Bäumen und Sträuchern. Die Identifizierung war kein Problem, aber eine Präsentation nur mit Beschriftungen und Fotografien ist weniger informativ. Die gesuchten Informationen zu den Objekten lieferte freundlicherweise der ortsansässige Förster. Mit Fragen zugepflastert erklärte er viele Einzelheiten.

Das obere Bild zeigt die fertige DVD mit allen Bildern und der Präsentation, das mittlere die Vogelbeere in der frontalen Ansicht und das untere die bekannte Kastanienfrucht.

Der anfängliche Umfang von 3-6 Bäumen in der Präsentation, erweiterte sich sehr schnell auf 30. Alle Bäume und Sträucher wurden in 6 Perspektiven aufgenommen (Ast, Frucht, Totale, Blatt, Blatt von hinten und Stamm).

Mal sehen, ob der nächste Sommer andere, noch “unentdeckte” Bäume und Sträucher preisgeben wird.

Aräometer

“Heureka! Ich hab’s gefunden!”, so die (zugesprochenen) Worte Archimedes. In diesem Fall hat er uns geholfen, die Dichte von Flüssigkeiten relativ zu bestimmen.

“Die Auftriebskraft eines Körpers in einem Medium ist genau so groß wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Mediums.”

Der Effekt, welcher hier ausgenutzt wird heißt “Archimedisches Prinzip”. Er ist nicht nur wegen seiner Geschichte mit der angeblichen Goldkrone bekannt, sondern auch wegen der Schifffahrt.

Hier eine kurze Erklärung: Ursache für den Auftrieb von in Fluiden (Flüssigkeiten) getauchten Körpern ist der Druckunterschied zwischen den Kanten des Körpers. Die Kräfte, die auf die rechte Kante wirken, heben sich mit denen der linken auf, nicht aber die Kräfte, welche auf die obere und untere Kante wirken. Systeme sind bestrebt ein Gleichgewicht zu etablieren, deswegen treibt ein Körper solange auf, bis sich die einwirkenden Kräfte ausgeglichen haben.

Der Bau eines eigenen Dichtemessers, auch Aräometer genannt, ist nicht schwer. Eine einseitig geschlossene Röhre wird mit einem Gewicht versehen. Als Idealgewicht stellen sich eine oder mehrere Cent-Münzen dar. Diese Münzen müssen im Boden dieser Röhre festgeklebt werden. Die offene Seite wird anschließend durch Isolierband versiegelt. Um relative Angaben, also diese Flüssigkeit hat eine höhere Dichte als eine andere Vergleichsflüssigkeit, zu treffen, benötigt man eine Skala. Ein 10 Zentimeter langer Millimeterpapierstreifen reicht hierfür völlig aus. Fertig ist der eigene Dichtemesser, auf dem Bild zu sehen.

Die Kalibrierung ist denkbar einfach. Welche Vergleichsflüssigkeit ist zur Hand? - Wasser. Man taucht das Aräometer in ein Wasserglas. Beachte, je nach Größe des Gewichts muss das Glas größer oder kleiner sein.

Anwendungsbeispiel: Die Bestimmung des Zuckergehaltes beim Bierbrauen!

Einsteinjahr 2005

100 Jahre Einstein, 50 Jahre Relativitätstheorie. Das muss gefeiert werden - das nahm die IKS beim Wort. In mehreren Themenabende wurden Laien von den Vorstellungen und Ausarbeitungen Einsteins genauer in Kenntnis gesetzt. Doch das sollte nicht alles sein. Über mehrere Jahre hinweg zog sich ein Theaterprojekt unter dem Namen “MIR”. Spielerisch sollten hier relativistische Effekte in ein Theaterstück implementiert werden.

Was sich einfach anhört, ist es meist nicht. Sicher ist jedenfalls: über einen langen Zeitraum wurden viele, unterschiedliche Aktivitäten durchgeführt und angeboten, so wurde auf unterhaltsame, interessante Weise ein dickes Bündel Kenntnisse vermittelt.

Zweiter Themenabend

Die Katastrophe pur! 2005, dem Einsteinjahr, veranstalteten wir monatliche Themenabende, welche das Werk Einsteins erklären sollten. Highlight dieses Jahres war eine Exkursion ins Deutsche Museum München. Die Aktivitäten sollten per Videomitschnitte dokumentiert werden. Soweit so gut.

Der zweite Themenabend wurde von einem Abiturienten gefilmt, der dann leider durch seinen Studienbeginn den Film nicht mehr schneiden und fertig machen konnte. Das Stichwort.

Der Vortrag war ohne PA-Beschallung, das Kameramikrofon circa 10 Meter vom Sprecher entfernt, das Audioformat in einer Dolby-Digital-Sonderfom verschlüsselt. Das volle Programm!

Lösung: Über diverse Softwareupgrades konnte der Codec entschlüsselt werden und mittels DSPs (Digitale Soundprozessoren) wurde die Audioqualität verbessert. Die unangenehmen Hintergrundgeräusche wurden durch eigene Background-Musik verdeckt. Die Musik musste an die Handlung angepasst werden. Yamaha sei Dank!

Der Schnitt war einfach, doch wurden die gezeigten Effekte, wie Zeitdilatation und Zwillingsparadoxon, visuell durch Flashanimationen und Kommentare aufbereitet.

Vom Zeitaufwand war dieser Film, bis dahin, das größte Projekte … ein Jahr!

Informationsplakate

Dr. Jörg Zaun, Journalist, Physiker und Kurator der Berliner Einsteinausstellung, hielt am 24. November 2005 in der IKS Aula eine Rede über das Leben und das Werk Einsteins. Mit Bildern, Anekdoten und interessanten Fakten über den Menschen Einstein, unterhielt er die zahlreichen Besucher. Er zeigte den Forscher unter einem anderen Blickwinkel als gewohnt.

Für den Umbau der Bühne benötigten wir, die PhysiKANTen der IKS, eine Pause nach dem rund einstündigen Vortrag. Für Essen und Trinken war gesorgt. Um die Relativitätstheorie während der Pause zu erklären, entwarfen wir einige Plakate und stellten sie im Foyer aus. Acht große konnte Schreiber dieses entwerfen. Davon sind 3 unten als Bilder zu finden.

Da dies kein direktes schulisches Projekt war, hatte man einen großen Spielraum im Layout. Der Inhalt musste natürlich auch stimmen und es entstand eine gute Kooperation mit der Fachschaft Physik, die uns bei den inhaltlichen Korrekturen half. Es war ein langer Entwicklungsprozess bis alle Formulierungen stimmten. Zwar ist die Relativitätstheorie in groben Zügen gar nicht so schwer wie man vielleicht denkt, doch war an diesem Abend auch “kompetenter Besuch” anwesend und somit musste sehr sorgfältig gearbeitet werden.

Da die Ausdrucke von einer professionellen Druckerei ausgeführt wurden, setzten wir die Plakate in einer professionellen Layout-Software, mit der auch Bücher wie “Das Parfum” erstellt werden. Hinsichtlich Genauigkeit der Positionierung und des Farbmanagements ist diese mit keinem Office-Programm zu vergleichen.

Beschallung der Aula

Premiere des Theaterstücks “Mord im Relativitätsexpress”; 24. November 2005. Die Problematik liegt auf der Hand. Die Schauspieler sind leise, das Publikum laut, die Aula erzeugt starkes Feedback und das Stück lebt von akustischen Effekten. Mit anderen Worten, man benötigt ein ausgefeiltes PA-Setup, bestehend aus Mikrofonen, Mischpult, Equalizer, Compressoren, Limiter, MultiGates, Feedbackreducer, Delays, Lautsprecher etc. Also jede Menge Möglichkeiten Fehler zu machen. Dank des guten Inputs der Firma Shure klappte es schließlich.

Mittels eines UltraCurve-Gerätes wurde die optimale Raumakustik vorgegeben und automatisch der Soll- mit dem Ist-Wert verglichen. Mit einer Delayline wurde ein gleichmäßiger Schalldruck erreicht und hohe Pegel vermieden. Der Beschallungsschalldruck war immer 10 dB höher, als der störende Hintergrundpegel. 10 dB bedeuten eine Verdopplung der wahrgenommenen Lautstärke.

Die Parametrierungen sowie die Einspielung der Effekte erfolgte durch das Laptop.

Mord im Relativitätsexpress

Was passiert, wenn sich ein paar physikbegeisterte Schüler treffen, ein Physiklehrer ein verrücktes Vorkonzept mitbringt und das Ganze mitten im Einsteinjahr passiert? Ganz einfach: Mord im Relativitätsexpress

Das ist ein Theaterstück der besonderen Art. In einem, mit nahezu Lichtgeschwindigkeit, fahrenden Zug findet ein Mord statt. Bedingt durch relativistische Effekte, wie Zeitverschiebung und Längenkontraktion, ist die Polizei ratlos. Zwei Kinder jedoch behalten den Durchblick und entlarven den wahren Täter. Ein verrückter Wissenschaftler, eine nicht ganz treue Ehefrau und eine gewisse Familie Lorentz, sind in den weiteren Rollen.

Drehbuch, Kostüme, Bühnenbild, Regie etc. wurden von der Gruppe selbst erdacht und gemacht. Mangels schauspielerischem Talent, lag meine Aufgabe in der Beschallung und im Videoschnitt.

Drei simultane Kamerabilder aus verschiedenen Perspektiven, sowie extern aufgezeichneter Ton von sechs Mikrofonen machte den lippensynchronen Schnitt knifflig. Da das Beamerbild der Schlüsselszene im Video zu lichtschwach war, mussten Overlay-Sequenzen der Originalanimation passend in den Film eingefügt werden. Das war nur durch den immensen Druck eines hartnäckigen Lehrers möglich, der Ausflüchte nicht gelten ließ. An dieser Stelle vielen Dank für die Tritte! - Jetzt kann man es nämlich.

Da die Akustik der Aula grottenschlecht ist, wissen wir jetzt ganz genau, was Feedbacks sind.

Neben der Premiere in der Aula führten wir das Theaterstück erneut in modifizierter Weise auf. Dies diente für das Bewerbungsvideo des bekannten Science-on-Stage-Wettbewerbs. Wir gaben uns viel Mühe im Design von Making-Of-Ordnern, Booklets und Covern. Leider wurde uns mitgeteilt, dass wir nicht in die Endausscheidung kommen konnten. Schade, aber was soll’s?!

Trotz allem wird dieses Video uns auch noch in 30 Jahren an die Freude und Freundschaft erinnern, welche wir damals hatten. Ein Exemplar haben wir für das Schularchiv gestiftet.

Kegelspiel

Lust auf Kegeln ohne wegzufahren? Geht nicht? Geht doch, mit einem Kegelspiel auf 20x20 cm.

Auf einem geschliffenen, quadratischen Holzbrett montiert man eine 20 cm lange Holzstange senkrecht an eine Ecke. Das obere Ende dieser Stange durchbohrt man und steckt dort ein ebenfalls 20 cm langes Aluminiumrohr hinein, so dass die Holzstange und das Aluminiumrohr in einem 90°-Winkel zueinander stehen.

Das Rohr ist parallel zu dem quadratischen Holzbrett. Mit einem festen Knoten befestig man ein 15 cm langes Stück Maurerschnur. Das zweite Ende wird mit einer Kugel, am besten aus Eisen, mittels eines Knoten oder Schraube befestigt.

Auf das quadratische Holzbrett müssen Bodenmarkierungen für die Positionen der Figuren angebracht werden. Hierzu bedruckt man eine Klebefolie.

Abschließend benötigt man noch die Kegel. Acht solcher Kegel müssen genau groß sein. 5 Zentimeter sind dafür ideal. Um eine typische Kopfform zu erhalten, kann man die Figuren auch mit Kerbungen verzieren. Der König sollte einen Zentimeter größer sein.

Eine Parkstation auf einer Ecke erleichtert das Aufbauen der Figuren.

Auf die Plätze, fertig, …los!

Lorentz-Schaukel

Ein altes Küchenbrett, Kabel, Batterie … … und ein Magnetisierer für Schraubenzieher sind sicherlich nicht die klassischen Bestandteile einer Lorentz-Schaukel. Erstaunlicherweise funktioniert es aber.

Bewegt sich eine Ladung, zum Beispiel ein Elektron, in einem Magnetfeld, so wirkt eine seitliche Kraft auf sie, die diese ablenkt.

In unserem Fall fließen Elektronen durch ein Kabel im Inneren des Magneten und wie bei einer Schaukel wird der Draht ausgelenkt (mittleres Bild). Unterbricht man den Stromkreis so schwenkt der Draht zurück.

Diese seitliche Kraft nennt man Lorentz-Kraft.

Die Messgeräte dienen zur Darstellung der angelegten Spannung und des fließenden Stromes. Sie sind eigentlich nicht notwendig, aber ein dekorativer, optischer Gegenpol zu dem Holzbrett. Bekanntlich forscht das Auge mit!

Mathematische Helfer

Seit einigen Jahren erfreuen sich Schüler über die erlaubte Nutzung von sogenannten CAS inner- und außerhalb der Schulstunden. CAS-Rechner, das steht für Computer-Algebra-System, können im Gegensatz zu „normalen“ Taschenrechner: Gleichungen lösen, Graphen darstellen und (selbstprogrammierte) Programme ausführen. Somit werden zeitaufwendige Vorgänge und Visualisierungen von mathematischen Objekten optimiert und vereinfacht. Ein CAS-Taschenrechner ist zum Beispiel der TI Voyage 200. Der in der Schule oft benutzte Casio fx-9750G Plus ist hingegen ein grafischer Taschenrechner und kein CAS.

In der Astronomie müssen oft ein und dieselben Rechenoperationen in regelmäßigen Abständen wiederholt werden, beispielsweise um den Sonnenstand mit Hilfe des Schattens eines in die Erde gesteckten Pfahles zu berechnen. Obwohl nicht schwer, benötigen diese Berechnungen ihre Zeit. Welch ein *Komfort, wenn man nur den Parameter (Schattenlänge) in den Rechner eingeben müsste und das Ergebnis automatisch angezeigt würde?

Genau an diesem Punkt setzt das CAS ein. Mit einem selbstgeschriebenen Programm kann diese Effizienz erreicht werden. Im Beseitigen aller Programmierfehler durchdringt man das Thema, was das Lernen unterstützt.

Sechs kleine Programme sollen hier vorgestellt werden, die Schreiber dieses auf einem TI Voyage 200 programmierte. Sie sind unten als Download aufgelistet. Das Benutzen dieser „Software“ setzt den Voyage 200, das aktuelle OS, das Verbindungskabel und die TI Connect Software voraus. Die Übertragung erfolgt wie üblich.

Anhang

Saturday Morning Physics 2008

Über 8 Samstage hinweg durften wir Gasthörer an der renommierten Technischen Universität in Darmstadt sein. Auch Saturday Morning Physics genannt. Die ungewohnte Enge des „Großen Physikhörsaales“ einerseits und die hohe Qualität der Lerninhalte anderseits, waren neuartig und mussten erst einmal einwirken. Man merkte deutlich, die Professoren stecken tief in der Materie und beantworteten unsere Fragen mit professioneller Leichtigkeit, die Respekt abfordert. Man fragte sich unwillkürlich, kann ich da wirklich einmal studieren? Schaffe ich das überhaupt? Die beruhigende Tatsache bleibt, andere haben es auch geschafft und –wie man hört – Professoren waren auch einmal Studenten. Das lässt hoffen. Jedenfalls eine vorzügliche Gelegenheit den Studienalltag ohne die Brille einer reinen Informationsveranstaltung zu erleben, Prädikat: unbedingt nachahmenswert!

Vorlesungsinhalte:

Vom Atomkern zur Supernova
Die Synthese der Elemente

Bausteine des Universums
Auf der Suche nach dem Unteilbaren

Kernfusion
Grenzenlose Energie aus Wasser

Licht
Heiße Körper und kalte Atome

Quanten mit höchster Energie
Der Mensch unter Dauerbeschuss

Supernovae
Wir sind alle Sternenstaub

Neutronensterne
Eine Reise in die Vergangenheit

Ein Urknall im Labor
Materie bei sehr großen Dichten und Temperaturen