Gedämpfte Schwingungen aus dem Blickwinkel
der Physik, Mathematik und Informatik

Ein Projekt von Prof.Peter Unterluggauer mit den Realgymnasiasten der 7A-Klasse, Mai 2013

1.Einleitung

Gegen Ende der 7.Klasse sind die Kenntnisse in Mathematik üblicherweise so weit gediehen, dass sie auch für anspruchsvollere Anwendungen in der Physik herangezogen werden können. Unterstützt wird der Einsatz der Mathematik durch Hilfsmittel aus der Informationstechnologie. In diesem Kleinprojekt wird der Computer nicht nur als reiner „Rechner“ verwendet, sondern es werden auch Computer-Algebra-Systeme, in diesem Fall das CAS-Programm Derive zur Unterstützung z.B. beim mehrmaligen Ableiten einer komplexeren Funktion in Anspruch genommen.
Diese Arbeit sollte nicht nur einzelne Aspekte der Physik oder Mathematik beleuchten. Sie ist auch in besonderer Weise geeignet zu zeigen, wie sehr die Mathematik imstande ist, die Realität abzubilden. Der am Oszilloskop dargestellte Verlauf der Schwingung deckt sich in hervorragender Weise mit der aus der Theorie durch mathematische Berechnung gewonnenen Lösung. Der Einfluss von Parametern (Widerstand, Federkonstante, Induktivität, …) auf das Verhalten kann sofort am Rechenmodell untersucht und experimentell überprüft werden. Schließlich sollte damit auch die gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Praxis und damit der Sinn einer Theorie demonstriert werden.

2.Grundlagen

Theoretisch Grundlagen aus der Physik

Experimente

Mathematik

Informatik

Ablauf

Die Schüler erhalten paarweise Aufgaben, die sie möglichst selbständig lösen sollen. Die Ergebnisse werden anschließend den Mitschülern vorgetragen. Abschließend werden die Ergebnisse diskutiert.

Vorgesehener Zeitplan

  1. Stunde : Besprechung der Aufgaben
  2. Stunde : Durchführung der Aufgaben/Experimente
  3. Stunde : Präsentation der Ergebnisse
  4. Stunde : Diskussion über Ergebnisse

Zu den Arbeiten

Abschließende Kommentare

Die SchülerInnen haben an diesem Projekt mit Interesse und auch Begeisterung teilgenommen. Durch den Entfall von mehreren Unterrichtsstunden vor dem Abschluss des Projektes ist dieses leider etwas zerrissen und daher auch nicht vollständig ausgeführt und dokumentiert worden. Das Projekt bietet auch die Möglichkeit, den Schülern je nach Begabung und Interesse unterschiedliche Aufgaben zu stellen.