Ideen für simulationsbasierte Projektarbeit (Physik)

Aaronaut · Gast

Meine Frage:
Wir (ich und zwei Mitschüler) müssen an unserer Schule (Thüringen) eine Projektarbeit schreiben, in der ein naturwissenschaftliches Problem informatisch, also durch ein Programm beschrieben wird.
Leider fehlen uns die Ideen? Irgendwelche Vorschläge?

Meine Ideen:
Das Problem bei dem ganzen Unterfangen ist, dass nur ich ein halbwegs funktionierendes Verständnis von Analysis und Vektoralgebra habe, während ein weiterer ein ausgezeichneter C++-Programmierer ist. Es ist also schwierig, dass so auf einen Nenner zu bringen, dass alles für uns alle verständlich ist.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Ihr müsstet schon sagen, was euer Kenntnisstand in Physik ist.

Ich habe vor vielen Jahren (auch noch an der Schule) folgende Probleme mit dem Computer gelöst:
- Coulombstreuung an einem Atomkern inkl. Streuquerschnittberechnung
- Absorption von Strahlung in einem Festkörper
- Simulation magnetischer Materialien mit Berechnung von Magnetisierung und Suszeptibilität
- Visualisierung von quantenmechanischen Zuständen des Wasserstoffatoms

Aaronaut · Gast

Wir sind 10.Klasse, also einmal durch die Bank durch mit dem wichtigsten.
Jedoch soll die Physik nicht der einschränkende Faktor sein. Wir können uns ja alle Informationen zu dem Thema selbst aneignen, wenn nicht zuviel mathematisches (Analysis,...) Vorwissen dafür gebraucht wird.
Also bspw. Lagrange-Mechanik:
Von der Physik her im Prinzip kein Problem, aber sonst absolut unbrauchbar, da part. Differentialgleichungen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Die zwei o.g. Punkte sind echt interesaant und einfach machbar:

1) Coulombstreuung an einem Atomkern inkl. Streuquerschnittberechnung:
Dazu muss man die Bewegungsgleichung im Coulombfeld iterativ (durch ein- oder mehr-Schritt-Verfahrenzur Interation) lösen, d.h. di Bahnkurve berechnen (klingt schwerer als es ist)

1') natürlich könnte man auch gebundene Keplerorbits betrachnten

2) Simulation magnetischer Materialien:
Die Mathematik und die Programmierung ist trivial; man muss nur die Monte-Carlo-Methode verstehen
http://de.wikipedia.org/wiki/Ising-Modell
http://en.wikipedia.org/wiki/Monte_Carlo_method_in_statistical_physics

Man findet sicher viele Arbeiten zu "Isingmodell + Monte-Carlo-Simulation"

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5044

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Wieso immer die gleichen (alten) Themen? Unser Alltag ist voll von Problemstellungen, die man dank des Computers untersuchen kann. Obwohl wir in Winterthur mit systemdynamischen Werkzeugen arbeiten, kann man die Probleme auch direkt mit irgend einem Tool integrieren. Da wären zum Beispiel:

Bananenflanke im Fussbal: https://www.youtube.com/watch?v=GsE8tSMVpaY

Zwei Bälle (haben wir als Kinder oft gemacht): https://www.youtube.com/watch?v=RDr9gB9nf-Q

Abkühlen einer Leiche: https://www.youtube.com/watch?v=Y-DZjpxN20M

Newton-Schaukel: https://www.youtube.com/watch?v=kG_c01nu4ao

Im Moment betreue ich einen Schüler, der den Flug von Golfbällen simulieren will. Oder wie wäre es mit einer echten Rakete? https://www.youtube.com/watch?v=z5K0o4VWHd8

Jayk · Anmeldungsdatum: 22.08.2008 Beiträge: 1450

Interessant fände ich auch, das Bertrandsche Theorem (http://en.wikipedia.org/wiki/Bertrand%27s_theorem ) zu verifizieren. Ist nicht gerade anspruchsvoll, finde ich aber unglaublich interessant. Und vielleicht ist der Anspruch auch schon hoch genug für Schule.

Oder eine Simulation der Geschwindigkeitsverteilung von Gasteilchen. Vielleicht allgemein für n-dimensionale Räume? Ist physikalisch nicht so relevant, hat aber mathematisch einen interessanten Effekt.

Vergleich der klassischen und quantenmechanischen Aufenthaltswahrscheinlichkeiten für beliebige Potentiale (einen Mathe-Parser wird man zur Not irgendwo finden; und selber schreiben ist auch nicht soo ein großer Aufwand).

Magnetisches Pendel.

Ergebnis eines Würfels. Ist aber ganz schön anspruchsvoll...

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Unabhängig von Thema, Rechenmethoden oder Programmierung würde ich von anfang an darauf sehen, daß das Ergebnis sich ansprechend "verkauft". Also nicht irgendwelche kryptische Zahlenein- und Ausgabe, sondern graphisch aufbereitete Problemstellung, interaktive Eingaben und bunt/bewegte Darstellung (Akustik?, Wettbewerb?).

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Non scholae, sed vitae discimus. Teufel