Jugendkurs Physik 2024

Das Ziel des Online-Kurses ist es den Kindern die Grundlagen der Physik so beizubringen, dass sie ein gutes Fundament für ein Studium im MINT Bereich erwerben.

• Der Kurs beginnt am 18. August 2024 und wird ca. 36 Monate laufen.
• Der Unterricht findet jeden Sonntag um 18 Uhr statt.
• Die Teilnehmer sind derzeit zwischen 10 und 15 Jahre alt.

Die Infos zu den Kosten und Teilnahmemöglichkeiten gibt es per Email an physikkurse@gmx.de.

Inhalte

• Mechanik
  • Grundlagen der Kinematik
  • Bezugssysteme/Koordinatensysteme
  • Transformationen (Wechsel des Beobachters)
  • Ort- und Zeitmessung
  • Galilei/Lorentz-Transformation
  • Grundlagen der Dynamik
  • Arbeit/Energie/Impuls
  • potentielle und kinetische Energie
  • Newtonsche Axiome
  • Bewegungsgleichungen
• Thermodynamik
  • Was ist Wärme?
  • Wie wird Wärme ausgetauscht?
  • Wärmekapazität
  • Temperatur
  • Phasenübergänge (Schmelzen, Verdampfen)
  • Chemische Reaktionen
  • Gasgesetze
  • Entropie
• Theoretische Mechanik Grundlagen
  • Brachistochronenproblem
  • Variationsrechnung
  • gewöhnliche Differentialgleichungen
  • Prinzip der Wirkung
  • Lagrange-Gleichung
  • Hamilton-Gleichung
  • Noether-Theorem/Erhaltungsgrößen
  • harmonischer Oszillator
  • gekoppelter Oszillator
  • Schwingungen und Wellen
  • Wärmeleitungs- und Wellengleichung
  • partielle Differentialgleichungen
• Anschließend Elektrodynamik:
  • Eigenschaften von elektrischen Ladungen
  • Maxwell-Gleichungen als Feldgleichungen
  • Elektrostatik
  • Magnetostatik

Mathematische Kenntnisse, die im Laufe des Kurses benötigt werden: Die Mathematik wird jeweils erklärt, und es gibt Übungsaufgaben dazu. Je früher diese Kenntnisse sitzen, umso besser. Mittelstufenkenntnisse sind das absolute Minimum zum Bearbeiten der Aufgaben. Zügig erlernt werden muss der Mathestoff der Oberstufe. Wer neu in die Oberstufe kommt, dem empfehlen wir Mathe und Physik Leistungskurse zu belegen. Auch die zusätzliche Teilnahme an Mathe AGs der Universitäten ist sinnvoll.

• Lineare Algebra
  • Matrizen, lineare Abbildungen
  • Vektoren, Basis
  • Matrizenmultiplikation
  • Lineare Gleichungssysteme
  • Skalarprodukt und Kreuzprodukt von Vektoren
  • Eigenwerte
• Algebra
  • Quadratische Gleichungen
  • Komplexe Zahlen insbesondere ihre Multiplikation
• Analysis
  • Differentialrechnung
  • Ableitungen und Integrale
  • Kettenregel/Produktregel/Quotientenregel
  • Integralrechnung, partielle Integration, Substitutionsregel
  • Parametrisierung von Kurven, Flächen und Volumina und Integrale darüber
  • Logarithmus
  • Exponentialfunktionen
  • Folgen/Reihen/Grenzwerte
  • Trigonometrische Funktionen
• Grundkenntnisse der Geometrie
  • Satz des Pythagoras
  • Sinus/Kosinus/Tangens
  • Geometrie des Dreiecks
• Einführung in die Informatik für Physik
  • Erstellung von Graphen/Plots mit Python
  • Einfache Simulationen mit Python
  • Kurvenanpassung an empirische Messwerte
  • Lösung von numerischen Problemen wie Polynom- und Differentialgleichungen
  • Mathematische Probleme lösen mit Computeralgebra wie z.B. Wolframalpha.com