Herbstakademie  PHYSIK 2000  NRW
für Schülerinnen und Schüler

Universität Münster

9. - 10. Oktober 2000

"Laborbesichtigung" im Institut für Theoretische Physik:
Computer in der Physik

In allen Gebieten der Physik gibt es Systeme, die so kompliziert sind, daß man ihr Verhalten nicht mit Papier und Bleistift alleine berechnen kann. Tatsächlich ist dies für fast alle Systeme der Fall.

Beispiele sind die Bewegung von drei oder mehr Körpern, die sich gegenseitig anziehen, das chaotische Verhalten eines Doppelpendels und die Bewegung der Moleküle in einem Gas. Mit Hilfe von Computern können solche Systeme simuliert werden, um ihre Eigenschaften zu untersuchen.

Bei der "Laborbesichtigung" im Institut für Theoretische Physik wird dies exemplarisch mit Hilfe von Demonstrationsprogrammen vorgeführt.

Ort:  Institut für Theoretische Physik, Wilhelm-Klemm-Str. 9, Raum 304
Zeit: Montag, 9.10., 14.00-17.00 Uhr und
          Dienstag, 10.10., 10.30-13.00 Uhr.

Zu den nachfolgend genannten Themen werde ich Demonstrationsprogramme vorführen.
Soweit die benutzten Programme frei kopierbar sind, können sie entweder von dieser Seite heruntergeladen werden, oder ich habe Links auf entsprechende WWW-Seiten angegeben. So könnt Ihr zu Hause weiterexperimentieren, wenn Ihr wollt.
Selbstverständlich stehe ich auch gerne für Fragen zu Verfügung.

• Einstieg in die Chaosforschung: das Feigenbaum-Szenario
  Das Feigenbaum-Szenario beschreibt den Übergang eines nichtlinearen dynamischen Systems von Ordnung zum Chaos. Mit mapme2 kann man sich mit der sog. logistischen Abbildung vertraut machen; mit Fractint kann man dann das Feigenbaum-Szenario anhand der logistischen Abbildung studieren (Fraktaltyp "biflambda") oder auch ganz andere Fraktale kennenlernen.

• Das Doppelpendel
  Ein einfaches Modellsystem, das dennoch hochgradig chaotisch sein kann.
  dpendel ist ein Teil des Programmpaketes Albert, mit dem man viele verschiedene eigene Experimente durchführen kann.

• Chaos in Mehrkörpersystemen
  Z.B.: ein Modell eines dreiatomigen Moleküls, das eingeschränkte Dreikörperproblem, Trojaner-Bewegung im Asteroiden-Gürtel des Sonnensystems, ...
  Ist das Sonnensystem stabil?

• Einfache quantenmechanische Streuprobleme
  sqpot stammt ebenfalls aus dem Programmpaket Albert; es ermöglicht die Untersuchung einiger typischer Phänomene der Quantenmechanik: Unschärferelation, Welle-Teilchen-Dualismus, Tunneleffekt...

• Das Ising-Modell
  Ein statistisches, mikroskopisches Modell zur Erklärung makroskopischer Eigenschaften gewisser Festkörper: Ferromagnetismus. Das Modell erlaubt z.B. das Studium von Phasenübergängen.
  Ein schönes Java-Applet zum Thema findet man hier bzw. hier. Für Linux-Anwender gibt es auch noch das Programm xising als Teil des Programmpaketes xtoys.

• Ideales Gas
  Ein ideales Gas kann durch ein Ensemble elastisch stossender harter Kugeln modelliert werden; die statistische Beschreibung führt dann zu einer anschaulichen Interpretation von Druck und Temperatur eines Gases.
  Ebenfalls aus dem Programmpaket Albert.

• Aus der Allgemeinen Relativitätstheorie: Schwarze Löcher
  Sehr informativ sind die relativistischen WWW-Seiten von A. Hamilton. Dort gibt es auch viele weiterführende Links zur Relativitätstheorie. (Eher für Fortgeschrittene.)

Martin Engel

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