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Kann/Darf eine Simulation ein Experiment ersetzen?
 
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Herbststurm



Anmeldungsdatum: 05.09.2008
Beiträge: 412
Wohnort: Freiburg i. Brsg.

Beitrag Herbststurm Verfasst am: 07. Okt 2008 20:42    Titel: Kann/Darf eine Simulation ein Experiment ersetzen? Antworten mit Zitat

Hallo,

ja, die Frage steht im Titel: Kann/Darf eine Simulation am Computer ein Experiment ersetzen? Die Physik lässt sich programmieren. Die didaktischen Vorteile liegen auf der Hand.

Störende Faktoren werden eliminiert. Der Versuch funktioniert überall auf der Welt gleich gut, oder schlecht.

Gerade bei Geldmangel kann man unheimlich viele Kosten sparen. Arbeitsplätze, sowie Austattung. Wenn ich meinen Praktikumsleiter vom Geld reden höre wieviel das Labor an der Uni kostet, schüttelt es mich eiskalt. Physik ist teuer...

Demonstratiosexperimente. Integrierte Kurse, als auch Übungen. In der theoretischen Physik etwas beweisen und am Computer direkt und schnell die Anschauliche Überprüfung.

Ich bin auf diese (sehr gute) Homepage gestoßen. Wer mag kann sich da mal einlesen:

When learning about the real world is better done virtually: A study of substituting computer simulations for laboratory equipment

Ich bin auf eure (besonders die der höher/fertig Studierten) Meinungen gespannt smile

Viele Grüsse
wishmoep



Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW

Beitrag wishmoep Verfasst am: 07. Okt 2008 20:56    Titel: Antworten mit Zitat

Eine Simulation darf ein "richtiges" Experiment nicht ersetzen.

Die Simulation tut ja nur das, was wir von ihr erwarten; wir programmieren sie.

Für Dinge/Theorien, deren Konsistenz nahezu gesichert ist, kann man eine Simulation natürlich mit immer verschiedenen Parametern füttern, ohne zu viel Aufwand zu haben.

Eine letztendliche Bestätigung ist meiner Meinung nach, nur durch ein "wirkliches" Experiment zu schaffen.

Wir können natürlich auch zwischen den zwei "Wissenschaftsmöglichkeiten" unterscheiden:
"deduktiv" bzw. "induktiv".

Wie in der Diskussion mit dem ganzen Ätherwust wurde ja auch geschrieben, dass das Experiment das letztendliche K.O.-Kriterium für eine Theorie sei - eine Simulation, die das Experiment immitiert, kann dies nicht erfüllen.
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 07. Okt 2008 21:04    Titel: Antworten mit Zitat

Dem möchte ich mich anschließen. Simulationen können sicher phasenweise ein sehr effektives Training ermöglichen, so macht es ja zum Beispiel auch viel Sinn für Flugzeugpiloten, immer wieder auch im Flugsimulator zu trainieren. Aber ganz können und sollten sie den Bezug zum wirklichen Experimentieren und Probieren, ob es in der wirklichen Welt auch so ist, und mit welchen möglichen Fehlerquellen und Effekten man es da zu tun bekommen kann, nicht ersetzen.
sax



Anmeldungsdatum: 10.05.2005
Beiträge: 377
Wohnort: Magdeburg

Beitrag sax Verfasst am: 08. Okt 2008 19:19    Titel: Antworten mit Zitat

Dann will ich auch mal meinen Meinung dazugeben:
Simulationen koennen Experimente nicht ersetzen. Dennoch gibt es Situationen in denen Simulationen zur Verifizierung einer Theorie
genutzt werden koennen. Wenn man Beispielweise eine kompliziertes Hydrodynamisches Problem mit einer stark Vereinfachenden annahme loest und die Vorhersagen dieser Loesung mit der numerischen Loesung der Navier Stokes Gleichung, von der wir ueberzeugt sind das sie die Hydrodynamik Newtonscher Fluessigkeiten excellent beschreibt,
vergleicht ist das schon ein starker Hinweis ob die Theorie richtig oder falsch ist.

Andererseits werden in vielen Simulationen auch stark vereinfachte Modellannahmen gemacht. Solche Simulationen muessen dann ihre Faehigkeit, physikalische Prozesse korrekt wiederzugeben gegenueber Experimenten (oder auch weniger vereinfachten Simulationen) Beweisen.
Nichtsdestotrotz sind oft auch Simulationen sehr hilfreich deren Ergebnisse nur qualitativ richtig sind. Sie geben Hinweise wonach man in Experimenten schauen sollte, was fuer Phaenomene auftreten koennen usw.

_________________
Der Horizont vieler Menschen ist ein Kreis mit Radius Null - und das nennen sie ihren Standpunkt.
Raptor



Anmeldungsdatum: 29.03.2008
Beiträge: 40

Beitrag Raptor Verfasst am: 12. Nov 2008 18:58    Titel: Antworten mit Zitat

Angenommen jemand schreibt ein Programm und programmiert darin alle bekannten Gesetze der Physik ein, also praktisch eine virtuelle Version der physikalischen Wirklichkeit, ganz ohne nicht nachgewiesene Zusatzannahmen etc.
Dann könnte man doch sagen, die Simulation ist das Experiment, oder?

(Ist natürlich eine theoretische Frage, denn Gesetze die man noch nicht kennt und von denen das Experiment evtl. abhängig ist können natürlcih nicht einprogrammiert werden. Aber für Schulen und für Bestätigungsexperimente und -Beweise wäre das doch möglich. Falls ihr versteht was ich meine. Dadurch könnte man z.b. jede Menge Zeit und Geld sparen)
wishmoep



Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW

Beitrag wishmoep Verfasst am: 12. Nov 2008 19:55    Titel: Antworten mit Zitat

Ich wäre vorsichtig damit es ein Experiment zu nennen. Ein simultatives Experiment oder simuliertes Experiment wäre wohl angebrachter.
Es ist immer noch eine Rechenmaschine, die uns Ergebnisse liefert, die wir ja auf Grund der Gesetze erwarten.
Das mit dem Geld sparen - nun ja, bei aufwändigen Experimenten ist das natürlich wahr.
Zepto



Anmeldungsdatum: 03.10.2007
Beiträge: 323

Beitrag Zepto Verfasst am: 12. Nov 2008 22:04    Titel: Antworten mit Zitat

Ich würde da wishmoep zustimmen.

1. Geht der Sinn eines Experimentes (auch eines "Bestätigungsexperimentes" ) verloren, wenn man nicht die "Natur", sondern eine Simulation befragt.

2. Müssen wir Schüler lernen zu Experimentieren (ist sowieso viel zu wenig in der Schule), indem wir Messfehler auswerten, möglicherweise nach anderen Fehlerquellen suchen undundund.

3. Ist das, je nach nachzuweisendem Gesetz, ein unterschiedlich großer Rechenaufwand.
Ein System mit allen "bekannten" physikalischen Gesetzen zu simulieren, ist für die Programmierer schwer zu programmieren und für die Rechner schwer zu rechen. Ich bezweifle, dass Schulrechner so ein System wie deins (also praktisch eine virtuelle Welt) von ihrer Rechenleistung her bewältigen können.
Nehmen wir bespielsweise die Beugung an einem Spalt oder die Interferenzen am Doppelspalt. In der 5./6. Klasse wäre das Licht als Strahl durchgegangen, in der Oberstufe ist es entweder durch eine Welle mit Überlagerungen, oder durch "Teilchenauftreffwahrscheinlichkeiten" oderoderoder... zu beschreiben. Wie entscheidet das Programm, was es macht?

4. Macht es doch am meisten Spaß selber zu basteln und die Physik zu "erleben" und zu "fühlen" oder nicht? Augenzwinkern Big Laugh

Simulationen dienen eigentlich nur dazu sich sachen zu verdeutlichen und Ergebnisse schneller vorherzusagen, die nach der Theorie eintreten würden. Dann kann man ein echtes Experiment machen und gucken, ob das vorhergesagte Ergebnis stimmt.

*puuh, man was ich doch so verzapfen kann* Big Laugh

Gruß
Zepto
Raptor



Anmeldungsdatum: 29.03.2008
Beiträge: 40

Beitrag Raptor Verfasst am: 12. Nov 2008 22:34    Titel: Antworten mit Zitat

Hm jo das sind wohl alles Argumente denen ich nichts entgegenzusetzen habe^^

Es ist natürlich klar, dass man so ein programm (selbst mit ausreichender Rechenleistung) nicht schreiben könnte, denn (so glaube ich) es wird der Mensch niemals wirklich ALLE Gesetzmäßigkeiten der physikalischen Wirklichkeit zu 100% korrekt einfangen können.

Der Gedanke ist nur schön in Hinsicht auf z.b. einige sehr zweifelhafte Experimente in der Schule:

Experiment wird geplant, Vermutungen werden über Ergebnis angestellt (oft sind die Formeln ja schon klar, Experiment dient nur der Bestätigung)

Experiment wird durchgeführt und Ergebnis entspricht nicht mal annäherungsweise oder nur mit viel gutem Willen dem berechneten.
Kommentar des Lehrers: Das liegt halt am fehlen von Idealbedingungen, Störfaktoren etc (z.b. Bei Schallexperimenten die Reflexion an den Klassenzimmerwänden), ist einfach so, müsst ihr halt glauben

Für sowas wär halt ein Programm schick, bei dem man die Störfaktoren "ausblenden" könnte, und das so nah an der Wirklichkeit ist (oder ein ABbild der Wirklichkeit), dass die Simulation als Experiment angesehen werden kann...
dermarkus
Administrator


Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788

Beitrag dermarkus Verfasst am: 19. Nov 2008 21:22    Titel: Antworten mit Zitat

Raptor hat Folgendes geschrieben:

Experiment wird durchgeführt und Ergebnis entspricht nicht mal annäherungsweise oder nur mit viel gutem Willen dem berechneten.
Kommentar des Lehrers: Das liegt halt am fehlen von Idealbedingungen, Störfaktoren etc (z.b. Bei Schallexperimenten die Reflexion an den Klassenzimmerwänden),

Da kann es natürlich sein, dass die Vorführexperimente im Unterricht nicht so gut geklappt haben, wie sich das der Lehrer beim Vorbereiten ausprobiert und fürs Vorführen erwartet hatte. Und es ist natürlich schön, wenn die Experimente meistens so gut klappen, dass man den Effekt gut sehen kann.

Andererseits ist gerade so etwas eine wichtige Erfahrung in der Realität: Zum einen muss man auch mal genau hinschauen, um einen Effekt zu sehen, und zum anderen geht es in Experimenten ja nicht darum, genau dieselbe Zahl zu bekommen wie vorher ausgerechnet, sondern innerhalb der Fehlerbalken, die von den Messungenauigkeiten und möglichen Fehlerquellen bestimmt werden, eine Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment zu prüfen.

Am schönsten ist es natürlich, wenn die Zeit und die Möglichkeit besteht, mal zu zeigen, wie der Versuchsaufbau durch Ausschließen von Fehlerquellen erfolgreich optimiert wird (beim Akustik-Experiment zum Beispiel Wahl eines anderen Ortes, Abhängen der Wände mit Schallschluckern, ... ) oder schon in der Schule ein bisschen über Fehlerbetrachtung und Fehlerrechnung zu lernen.

Demofilmchen, Applets zum Selberspielen oder andere Simulationsprogramme für den gewünschten Effekt können sicher eine Hilfe beim Erklären sein, das Kennenlernen und Erleben realer Effekte und das Schaffen des Bezugs zur Realität können sie sicher nicht ersetzen.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583

Beitrag franz Verfasst am: 06. Apr 2009 07:02    Titel: Antworten mit Zitat

Nettes Beispiel: Klimasimulation.

mfG
F.
wishmoep



Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW

Beitrag wishmoep Verfasst am: 06. Apr 2009 11:04    Titel: Antworten mit Zitat

Eine Klimasimulation zeigt uns ja wie es "wahrscheinlich" werden könnte.
Ähnlich den Wettervorhersagen.

Als Modell (eben als Modell) funktionieren sie teilweise hervorragend und erfüllen ihren Zweck.

Nur ersetzen sie ja auch nicht wirklich ein Experiment; außer vielleicht das Experiment: Mensch contra Umwelt.
Aber letztendlich ist das tatsächliche Ergebnis immer etwas verschieden.
planck1858



Anmeldungsdatum: 06.09.2008
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Beitrag planck1858 Verfasst am: 25. Apr 2009 12:43    Titel: Antworten mit Zitat

Ich finde, dass die reale Welt immer noch der beste Ort für Experimente darstellt. Alles kann anders kommen als man denkt.
In einer Computersimulation ist schon alles "gesteurt", man kann also schon von vornherein bestimmte Ereignisse ausschließen.
Und das mit dem Geld, ist sicher wahr, doch machen richtige Experimente, die sich in unserer Umgebung mehr "Spaß"!

_________________
Die Naturwissenschaft braucht der Mensch zum Erkennen, den Glauben zum Handeln. (Max Planck)

"I had a slogan. The vacum is empty. It weighs nothing because there's nothing there. (Richard Feynman)
wishmoep



Anmeldungsdatum: 07.09.2008
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Beitrag wishmoep Verfasst am: 25. Apr 2009 13:37    Titel: Antworten mit Zitat

Würdest du also einen realen Kernwaffentest an der Oberfläche einem simulierten vorziehen, unabhängig von den internationalen Bestimmungen (Atomwaffensperrvertrag etc.)?
planck1858



Anmeldungsdatum: 06.09.2008
Beiträge: 4542
Wohnort: Nrw

Beitrag planck1858 Verfasst am: 25. Apr 2009 16:25    Titel: Antworten mit Zitat

Das natürlich nicht! Rock
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"I had a slogan. The vacum is empty. It weighs nothing because there's nothing there. (Richard Feynman)
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583

Beitrag franz Verfasst am: 25. Apr 2009 21:54    Titel: Antworten mit Zitat

Warum ja oder Warum nein?

Weil wir alle so nette Leute sind??

Freundlichen Gruß F.
Gargy



Anmeldungsdatum: 24.11.2006
Beiträge: 1046

Beitrag Gargy Verfasst am: 26. Apr 2009 13:42    Titel: Antworten mit Zitat

wishmoep hat Folgendes geschrieben:
Würdest du also einen realen Kernwaffentest an der Oberfläche einem simulierten vorziehen, unabhängig von den internationalen Bestimmungen (Atomwaffensperrvertrag etc.)?


franz hat Folgendes geschrieben:
Warum ja oder Warum nein?

Weil wir alle so nette Leute sind??


Weil wir den Humanismus langsam unter den Teppich kehren, wenn wir so denken. Nuklearwaffen gehören von unserem Planeten verband. Da gibt's weder eine Simulation noch ein reales Experiment.

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Ich habe ins Blaue geschossen und ins Schwarze getroffen - Friedrich Dürrenmatt
wishmoep



Anmeldungsdatum: 07.09.2008
Beiträge: 1342
Wohnort: Düren, NRW

Beitrag wishmoep Verfasst am: 26. Apr 2009 14:53    Titel: Antworten mit Zitat

Es gibt sie und es wird sie solange geben, bis der Mensch eine effektivere Methode gefunden hat, zu töten.

Ich wollte damit eigentlich nur überspitzt wieder darstellen, dass das Experiment zwar die wahrheitsgetreusten und realistischsten Bedingungen "simuliert". Die Simulation hingegen material- und menschenschonend ist.
Gargy



Anmeldungsdatum: 24.11.2006
Beiträge: 1046

Beitrag Gargy Verfasst am: 26. Apr 2009 15:13    Titel: Antworten mit Zitat

wishmoep hat Folgendes geschrieben:
Ich wollte damit eigentlich nur überspitzt wieder darstellen, dass das Experiment zwar die wahrheitsgetreusten und realistischsten Bedingungen "simuliert". Die Simulation hingegen material- und menschenschonend ist.


Na, das habe ich schon verstanden. Aber am ressourcenschonensten wäre es, die Idee zu verwerfen. Die Atombombe gibt es übrigens nicht um zu töten, sondern um zu drohen... ebenso die Tests. Totaler Irrsinn, wenn man die Folgen bedenkt.

Zuviel zum off-topic. Augenzwinkern

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