Experimentalphysik 1 (Mechanik)
Experimental Physics 1 (Mechanics)

Experimentalphysik:

• Einführung
• Messgenauigkeit und Messfehler
• Mechanik des Massepunktes
• Mechanische Schwingungen
• Systeme von Massepunkten
• Dynamik starrer Körper
• Mechanik fester und flüssiger Körper
• Gase
• Hydro- und Aerodynamik
• Mechanische Wellen

Mathematische Ergänzungen:

• komplexe Zahlen, Exponentialfunktion
• angewandte Analysis (Differentiation, Integration)
• Differentialgleichungen
• Funktionen mehrere Veränderlicher, partielle Ableitung

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:

1. allgemeine Grundlagen bezüglich der Methodik und des Messvorgangs in der Physik zu kennen,
2. die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten bei der Bewegung eines Massepunktes anzuwenden,
3. mechanische Schwingungen zu berechnen,
4. mit Systemen von Massepunkten umgehen zu können,
5. die Dynamik starrer Körper zu berechnen,
6. die mechanischen Eigenschaften von festen und flüssigen Körpern sowie von Gasen zu kennen sowie deren Verhalten bei Strömungen abzuschätzen und
7. die Grundlagen mechanischer Wellen anzuwenden.

Sie sind mit grundlegenden mathematischen Methoden vertraut und können:

1. Ableitungen von Funktionen mehrerer Veränderlicher berechnen und interpretieren,
2. typische Integrale aus physikalischen Anwendungen in einer und mehr Dimensionen berechnen und
3. einfache, gewöhnliche Differentialgleichungen lösen.

Keine

In der Vorlesung „Experimentalphysik“ werden die Inhalte im Vortrag und durch anschauliche Beispiele und begleitende Demonstrationsexperimente sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert.

Jeweils passend zu den Vorlesungsinhalten bietet das „Offene Tutorium“ die Gelegenheit zum Selbst- und Gruppenrechnen im Großgruppenformat. Betreut durch mehrere Tutoren werden gemeinsam jene Aspekte des Stoffes wiederholt, die zum Lösen von konkreten Aufgaben gebraucht werden; Lösungsideen, -wege und -strategien werden vorgestellt und gemeinsam erprobt.

In den Übungen lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, die die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte bearbeiten sollen. In den Übungen werden die unter der Woche gerechneten Aufgaben von den Studierenden und einer/m wissenschaftlichen Mitarbeiter(in) an der Tafel vorgerechnet und besprochen. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor.

In der Vorlesung „Mathematischen Ergänzungen“ wird eine Mischung aus mathematischen Konzepten und konkreten Anwendungsbeispielen dargeboten, wie sie in der Experimentalphysik zum Einsatz kommen und die nicht, nur teilweise oder nicht rechtzeitig im Rahmen des allgemeinen Mathematikkanons abgedeckt werden. Der Dozent präsentiert den Stoff einerseits in enger Anlehnung an die Hauptvorlesung und orientiert sich andererseits spontan am Bedarf der Studierenden.

Die Vorlesung in englischer Sprache ist ein freiwilliges  Zusatzangebot. In kompakter Form werden einige Themen der wesentlich umfangreicheren deutschsprachigen  Pflichtvorlesung abgehandelt. Es bieten sich also eine etwas anderer Perspektive auf einzelne Stoffelemente und ein intensiver erster Kontakt mit Fachenglisch.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und befinden sich im ständigen Austausch.

Tafelanschrieb bzw. Präsentation,
Demonstrationsexperimente (Erklärungen zum Download),
Beispielvideos (z.T. zum Download),
Vorlesungsmitschrift zum Download,
Übungsaufgaben (Fallbeispiele) und Lösungen zum Download

W. Demtröder, Experimentalphysik 1: Mechanik und Wärme, Springer Verlag,
D. Meschede, Gerthsen Physik, Springer Verlag,
Bergmann-Schaefer, Lehrbuch der Experimentalphysik 1: Mechanik, Akustik, Wärme, de Gruyter,
Tipler, Physik, Spektrum

Es findet eine schriftliche Klausur von 120 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Bestimmen Sie das Gesamtdrehmoment, dass auf eine vorgegebene Konstruktion wirkt.
• Bestimmen Sie den Punkt an dem eine auf einer Kugel abrutschende Punktmasse, die Kugel verlässt.
• Um welchen Winkel wird ein Lot in einem Flugzeug auf Grund der Corioliskraft ausgelenkt, wenn dieses am 45. Breitengrad mit der Geschwindigkeit v Richtung Süden fliegt?
• Berechnen Sie das Trägheitsmoment eines Körpers um eine gegebene Achse.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus

• dem Bestehen der beiden freiwilligen Zwischenklausuren während des Semesters
• Vorbereiten von mindestens 50% der Hausaufgaben zum Vorrechnen in der Übung