Physik

Die im Grundlagenfach erarbeiteten Basiskenntnisse in der Mechanik weiten wir aus. So können wir bei Würfen auch den Luftwiderstand berücksichtigen und damit einen Fallschirmspringer auch gefahrlos landen lassen. Es wird möglich, die krummen Flugbahnen von Bällen zu begreifen und zu verstehen, warum Flugzeuge fliegen können. Frisbee, Kreisel, rollende Räder und andere rotierende Körper lernen wir physikalisch zu beschreiben. Neben der Energie finden wir mit dem Impuls und dem Drehimpuls zwei weitere Grössen, die sich nie ändern.

Mit den Kirchhoffschen Gesetzen können wir in komplizierten elektrischen Netzwerken die Ströme und Spannungen bestimmen. Auch lernen wir neben dem elektrischen Widerstand die beiden anderen Grundbausteine der Elektronik kennen, den Kondensator und die Spule. Mit hnen lassen sich in der Wechselstromtechnik sehr interessante Anwendungen berechnen. Solche Wechselstromkreise lassen uns Sender und Empfänger von elektromagnetischen Wellen bauen. Diese Wellen kommen zum Beispiel als Licht und UV-Strahlung natürlich vor, haben aber auch sehr wichtige technische Anwendungen: WLAN oder die Übertragung von TV-, Radio- und Handy-Signalen.

In der Thermodynamik lernt man, dass man nicht beliebig weit nach unten abkühlen kann und was überhaupt genau die Temperatur ist. Mit dem zweiten Hauptsatz wird klar, dass man zum Heizen von Wohnungen nicht einfach die Wärme dem Boden entziehen kann. Dies scheint zwar eine umweltschonende Idee zu sein, aber die ganze Energie würde wieder in den Boden zurückfliessen.

Während wir im Grundlagenfach Physik nur einen knappen Einblick in ein bis zwei Themen der modernen Physik geben können, haben wir hier mehr Zeit, die Ideen von Albert Einstein (Spez. Relativitätstheorie), Erwin Schrödinger (Quantenmechanik) und anderen nachzuvollziehen. Wir lernen die Grundlagen kennen, sodass wir genauer wissen, was es mit dem Zwillingsparadoxon, der Verkürzung von Raumschiffen oder Schrödingers Katze auf sich hat. Auch geben wir dir einen Überblick über die Welt der kleinsten Teilchen, der Quarks, der Fermionen, der Higgsteilchen und was noch mehr sich für unteilbar hält. Auch erfahren wir, was die Welt, also diese Teilchen, im Innersten zusammenhält.

Wie kann ein räumliches, 3-dimensonales Objekt auf einem ebenen, 2-dimensionalen Blatt Papier dargestellt werden?

In der Raumgeometrie geben wir auf diese fundamentale Fragestellung verschiedene Antworten (Konstruktionen im Schrägbild resp. im Grund- und Aufriss) und schulen so das räumliche Vorstellungsvermögen. Zudem werden wir mit der Vektorgeometrie ein Werkzeug kennenlernen, welches einen rechnerischen Zugang zu 3-dimensionalen Situationen bietet.

Eigentlich sind Matrizen nur eine rechteckige Anordnung von Zahlen. Doch ihre Anwendungen sind zahlreich und sehr nützlich.

So kann man mit ihnen grosse Gleichungssysteme ein­fach lösen, geometrische Abbildungen (z.B. Drehungen, Streckungen, …) algebraisch darstellen oder Produktionsvorgänge beschreiben, bei denen man die Endprodukte in Abhängigkeit der Rohstoffe kennt. Zudem können wir Matrizen nutzen, um Texte zu verschlüsseln und wieder zu entschlüsseln.

Neben der „klassischen“ Geometrie in der Ebene gibt es noch verschiedene andere Geometrien. Wir untersuchen im Speziellen die Geometrie auf der Kugel und werden z.B. feststellen, dass ein Dreieck nicht mehr von Geraden begrenzt wird, sondern neu wird ein Kugel-Dreieck durch (Gross-)Kreise festgelegt. Zudem ist die Innenwinkelsumme im Kugel-Dreieck immer grösser als 180° und der Satz von Pythagoras gilt auch nicht mehr.

Mit neuen und z.T. überraschenden Gesetzen werden wir in der Lage sein, Routen von Flugzeugen und Schiffen berechnen zu können.

Mit Differentialgleichungen können komplexe Situationen mathematisch modelliert werden. Diese spielen bei der Beschreibung aller Situationen eine Rolle, bei welchen der momentane Zu­stand eines Systems die Tendenz seiner Veränderung mitbestimmt. Anwendungen lassen sich in allen naturwissenschaftlichen Bereichen finden, z.B. in der Epidemiologie: Wie breitet sich eine Krankheit aus? Wann ist der Höhepunkt erreicht?