Informatik/Nebenfach/Physik
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von Dominique Dudkowski, erste Version vor April 1999
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[bearbeiten] I. Allgemeines
Das Nebenfach Physik zahlt zu den Nebenfachern, die sehr intensiv von der Hilfswissenschaft Mathematik Gebrauch machen. Es sollte eine gewisse Veranlagung fur dieses Fach vorhanden sein. Viele der Vorlesungen sind ohne die begleitenden Ubungen zu absolvieren. Diese Ubungen sind somit auch nicht in den regularen 28 Semesterwochenstunden enthalten, die es insgesamt im Nebenfach durchzustehen gilt; sie sind jedoch hilfreich und sollten zusatzlich besucht werden. Auch werden teilweise Kenntnisse vorausgesetzt, die Physikstudenten in ihrem 1. und 2. Semester lernen. Da aber im Nebenfach Physik erst Vorlesungen aus dem dritten Semester drankommen, wird es auch dort einiges nachzuholen geben. Wer aber sein Mathe aus dem 1. und 2. Semester Informatik nich vergessen will und sein abstraktes Denken der Informatiker durch das analytische der Physiker erganzen mochte, der ist bei Physik gut aufgehoben.
[bearbeiten] II. Veranstaltungen
Veranstaltungen gibt es dreierlei Art: Vorlesungen, die Ubungen zu manchen Vorlesungen und ein Praktikum. Insgesamt sind das 30 Semesterwochenstunden (SWS), also etwas mehr als die regularen 28. Die Vorlesungen lassen sich grob in vier Teile untergliedern: das Physikalische Anfangerpraktikum (4 SWS), die Theoretische Physik (12 SWS), die Physik auf dem Computer (auch Numerische Physik am Computer genannt, 8 SWS) und das Wahlpflichtfach (6 SWS):
Physikalisches Anfangerpraktikum, 4 SWS im Wintersemester
Das Physikalische Anfangerpraktikum (kurz AP) solltet ihr so schnell wie moglich hinter euch bringen, da es sehr arbeitsintensiv ist und Voraussetzung ist fur das Vordiplom. Ihr mu?t 10 Physikalische Versuche durchfuhren, wie z.B. "Messung der Lichtgeschwindigkeit nach Faucault und Michelson" oder "Bestimmung der Viskositat von Alkohol" usw. Die Versuche werden immer in Teams zu 2 Studenten durchgefuhrt. Jeder Student mu? ein eigenes Protokoll fur jeden Versuch anfertigen, also auf keinen Fall nur ein Protokoll pro Team!
Jeder Versuch dauert 3 Stunden und es werden Messungen durchgefuhrt, die sofort protokolliert werden. Nach der Versuchsdurchfuhrung wird der betreffende Versuch grundlich ausgearbeitet und dann von einem Tutor korrigiert. Der Tutor ist jedesmal ein anderer, schaut also, da? ihr euch die Gesichter des jeweiligen Tutors/der jeweiligen Tutorin gut merkt.
Wenn der Versuch ok ist, gibt es ein Testat, das in eine Tabelle eingetragen wird, auf dem eure 10 Versuche stehen (diese Tabelle schreibt ihr selbst). Habt ihr alle Testate beisammen, dann gebt ihr den Zettel bei Frau Hammer, der Leiterin des AP, ab (oder werft ihn in den Briefkasten vor ihrem Buro mit Aufschrift "Testatzettel") und innerhalb von 1 Woche etwa bekommt ihr den Praktikumsschein uber die bestandenen 10 Versuche.
Nahere Infos zum AP findet ihr in einem Buchlein, das ihr bei Frau Hammer bekommt. Da steht alles noch mal ganz genau drin. Dieses Buchlein braucht ihr unbedingt, da darin auch die Versuche beschrieben sind. Es kostet ein paar Mark.
Wichtig: Die Termine fur die einzelnen Versuche sind teilweise schon in den Semesterferien vor dem Wintersemester im Block oder dann eben wahrend der Vorlesungszeit. Am besten, ihr macht alle 10 Versuche sofort in 2 Blocken zu 5 Versuchen innerhalb von 2 Wochen in den Semesterferien. Das ist ziemlich stressig, aber dann schleppt ihr die Versuche nicht mit in die Vorlesungszeit wie ich. Das ist nur lastig, da bestimmte Versuche sehr aufwendig sind.
Achtung! Da die Blockversuche bereits in den Semesterferien sind, ist naturlich auch die Anmeldung schon sehr fruh, namlich im vorangehenden Sommersemester. Kummert euch baldmoglichst um die Anmeldung!
Zur Versuchsauswahl: Es gibt folgende Gebiete, aus denen Versuche gemacht werden konnen/mussen:
Mechanik Warmelehre Elektrizitatslehre Optik Kern- und Atomphysik
Jedes Gebiet mu? abgedeckt werden, dazu genugen aber bereits 5 Versuche. Die restlichen Versuche konnt ihr in bestimmten Grenzen selbst aussuchen. La?t euch von Frau Hammer informieren, sie ist ausgesprochen freundlich.
Theoretische Physik I (Mechanik) - 4 SWS im Wintersemester
Dies ist die Grundvorlesung der theoretischen Physik. Die Prufung in Mechanik ist, wie das Physikalische Anfangerpraktikum, Voraussetzung fur das Vordiplom. Die Mechanik wendet alle notwendigen mathematischen Grundvoraussetzungen fur weitere Vorlesungen der theoretischen Physik an. Und hier ist auch schon das Problem: "Wendet an". Das bedeutet: HM 1 bis HM 2 sind die minimalen Voraussetzungen, HM 3 ist au?erst brauchbar. Da gibt es also zwei Moglichkeiten:
Erstens: Ihr besucht zusatzlich die Vorlesung HM 3 fur Physiker.
Zweitens: Ihr lernt die mathematischen Grundlagen selbst. Dazu findet ihr einige gute Bucher in einem Kapitel weiter unten.
Die Ubungen zur theoretischen Physik I musst ihr nicht besuchen - sie sind nicht verlangt, aber sicher au?erst hilfreich. Probiert sie einfach mal aus, dann konnt ihr auch gleich den Schein machen und euch einiges fur ein zweites Studium anrechnen lassen ;-) Fur die Ubungen in Theoretischer Physik II und IIa gilt daselbe.
Inhalte der Vorlesung: Newtonsche Mechanik fur Ein- und Mehrteilchensysteme, Erhaltungssatze, Zwangsbedingungen, Keplerproblem, der Starre Korper, Kreiseltheorie, harmonischer Oszillator, schwingende gekoppelte Systeme, Hamiltonsches Variationsprinzip, Lagrange-Gleichungen I. und II. Art, kanonische Transformationen, Hamilton-Jacobische Theorie, relativistische Punktmechanik.
Theoretische Physik II (Quantentheorie) - 4 SWS im Sommersemester
Inhalte der Vorlesung: Historischer und experimenteller Hintergrund, mathematische Grundlagen (Hilbertraum), Welleneigenschaften elementarer Teilchen, Wellenpakete, zeitabhangige und zeitunabhangige Schrodingergleichung fur ein Teilchen, Ehrenfest-Theorem, Potentialtopf und Potentialwall, der harmonische Oszillator, das Zentralfeld und das Wasserstoffproblem, Einfuhrung in die Streutheorie, Einteilchenmodelle und ihre Anwendungen, Quantenmechanik des Drehimpulses, Einfuhrung des Spins, Pauligleichung, Storungstheorie, Stark-Effekt, Zeeman-Effekt, zeitabhangige Storungsrechnung, Fermi's golden rule.
Theoretische Physik IIa (Elektrodynamik, Thermodynamik, statistische Physik) - 4 SWS im Sommersemester
Inhalte der Vorlesung: Felder und Vektoren: Vektoranalysis, Elektrostatik und Magnetostatik, die Maxwellschen Gleichungen der Elektrodynamik, elektrodynamische Potentiale, elektromagnetische Wellen, strahlender Dipol, Beugung des Lichts; klassische Thermodynamik, thermisches Gleichgewicht, Zustandsvariablen und Zustandsgleichungen, der Carnotsche Kreisproze?, erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik, Gibbssche Fundamentalbeziehung, thermodynamische Potentiale; statistische Physik.
Physik auf dem Computer I und II - 2+2 SWS im Wintersemester, 2+2 SWS im Sommersemester
Die Physik auf dem Computer kommt in 2 Teilen. Ganz wichtig: Es kann passieren, da? diese Vorlesungen nur alle 2 Jahren stattfindet, sprich: informiert euch gut, wann sie stattfindet, denn wenn ihr sie nicht gehort habt, musst ihr mit der gro?en Prufung warten, da die Physik auf dem Computer dort mitgepruft wird.
Im Gegensatz zu den Theorievorlesungen musst ihr jeweis 2 SWS Ubungen besuchen. Dazu braucht ihr einen Rechneraccount auf dem Physikerpool. Nahere Infos dazu weiter unten.
Inhalte der Vorlesung: Einfuhrung in eine Programmiersprache (wahrscheinlich C++), Numerische Losungsmethoden fur Differentialgleichungen (Euler-Verfahren, Runge-Kutta-Verfahren), Zufallszahlen, Monte-Carlo-Verfahren, usw.
Wahlpflichtfach - 2 x (2 + 1) SWS im Winter- oder Sommersemester
Das Wahlpflichtfach erstreckt sich uber 2 Semester, jeweis 2 Vorlesungs- und 1 Ubungs-SWS sind zu besuchen. Es gibt eine gro?e Auswahl an Wahlpflichtfachern, z.B. Magnetische Datenspeicherung, Theorie strukturell ungeordneter Systeme, Gruppentheoretische Methoden in der Physik, Reaktortheorie, Geophysik, Mikrostrukturen von Metallen und Legierungen, Plasmaphysik, Synergetik, Interdisziplinare Anwendungen der Synergetik, Synergetische Soziodynamik, Chaostheorie usw.
[bearbeiten] III. Roadmap
Hier hab ich euch eine Moglichkeit rausgesucht, das Nebenfach Physik uber 6 Semester aufzuteilen. Vergleicht die Reihenfolge auch mit dem Kapitel uber die zu absolvierenden Prufungen, damit ihr nicht in Terminschwierigkeiten kommt und achtet nochmal darauf, da? die Physik am Computer eventuell nur alle 2 Jahre stattfindet.
Semester Vorlesung
3 Physikalisches Anfangerpraktikum SCHEIN:
PHYSIKALISCHES ANFANGERPRAKTIKUM
Theoretische Physik I (eventuell mit Ubungen) PRUFUNG:
THEORETISCHE PHYSIK I (MECHANIK)
4 Theoretische Physik II (eventuell mit Ubungen)
5 Physik auf dem Computer I mit Ubungen
6 Physik auf dem Computer II mit Ubungen
Theoretische Physik IIa (eventuell mit Ubungen)
PRUFUNG:
THEORETISCHE PHYSIK II (MECHANIK/QM) UND NUMERISCHE PHYSIK AUF DEM COMPUTER
7 Wahlfachvorlesung I mit Ubungen
8 Wahlfachvorlesung II mit Ubungen PRUFUNG:
WAHLFACHVORLESUNG
[bearbeiten] IV. Prufungen
Die Prufungen im Nebenfach Physik sehen folgenderma?en aus. Beachtet, da? die Regelungen erst vor kurzem (Februar 1999) geandert wurden und noch nicht offiziell sind! Es mussen 4 Leistungen erbracht werden (zwei fur das Vordiplom, 2 fur das Hauptdiplom):
1. Schein im Physikalischen Anfangerpraktikum (siehe weiter oben)
Dieser ist Voraussetzung fur das Vordiplom.
2. Prufung in Theoretischer Physik I (Mechanik)
Dies ist eine mundliche Prufung und dauert 30 Minuten. Es wird die Vorlesung Theoretische Physik I (Mechanik) gepruft. Diese Prufung ist wie das Physikalische Anfangerpraktikum Voraussetzung fur das Vordiplom!
3. Prufung in Theoretischer Physik II/IIa mit Numerischer Physik auf dem Computer
Dies ist eine gro?e mundliche, einstundige Prufung, uber die Theorievorlesung Mechanik und Quantenmechanik sowie die Vorlesungen Computerphysik I und II. Die Vorlesungen sollten etwa wie in der obigen Roadmap geplant werden. Ich denke, es ist sinnvoll, sie nach dem 6. Semester zu absolvieren.
4. Prufung in der Wahlpflichtvorlesung
Die Prufung im Wahlpflichtbereich ist ebenfalls eine Hauptdiplomsprufung. Wie diese aussieht hangt vom Fach ab. Wendet euch einfach an den lesenden Professor.
Wie gesagt, sind diese Regelungen noch nicht offiziell und ich kann Euch zu diesem Zeitpunkt keine weiteren Angaben machen, wie z.B. die Gewichtung der Prufungen bei der Berechnung der Gesamtnote im Hauptdiplom. Wendet Euch bei weiteren Fragen an die unten genannten Adressen.
[bearbeiten] V. Raumlichkeiten
So findet ihr die Horsale, Praktikumsraume, Ubungsraume und Zimmer der Dozenten:
Die Horsale Physik, numeriert von 57.01 bis 57.06 befinden sich im Pfaffenwaldring 57, S-Bahn Haltestelle Universitat. Einfach an der Bibliothek vorbei, dann kommt die LG-Bank und dahinter geht es rechts rein zu den Horsalen 57.01 bis 57.06.
Das Physikalische Anfangerpraktikum befindet sich eine Treppe hoher. Das ist Ubrigens dort, wo die Ausdrucke des NWZ-Druckers fur euch bereitliegen. Wenn ihr die Treppe oben seid, dann einfach rechts abbiegen und zwischen den Tischen vorbei, zu den Aufzugen. Gegenuber von den Aufzugen ist das Buro von Frau Hammer (Praktikumsleitung) sowie weiter links das Zimmer, wo wahrend der Versuche auch viele Korrektoren sitzen, und auf dem ganzen Stock verteilt sind die Raume fur das Physikalische Anfangerpraktikum. Es hangt ein Plan aus, auf dem alle Raume mit Versuchen notiert sind. Ganz wichtig: Schaut auf den schwarzen Brettern bezuglich des Anfangerpraktikums, wann es stattfindet, besonders in den Semesterferien,
Die freiwilligen Ubungen zur Theoretische Physik finden im zweiten Stock des Gebaudes 57 statt. Wenn ihr gegenuber von Frau Hammers Buro den Lift nehmt (der Praktikumsstock ist ubrigens Stockwerk Nummer 1) dann einfach eins hoch fahren. Aus dem Lift raus links abbiegen und den Gang nach hinten laufen. Da sieht es ziemlich trostlos aus. Auf jeder Tur rechts steht auf Belegungsplanen welche Ubungen in dem Raum stattfinden.
Die Ubungen zur Physik auf dem Computer sind so zu finden: Wenn ihr vor dem Eingang des Prufungsamtes steht, dann lauft ihr Rechts und gleich wieder Links. Dann geradeaus in das Gebaude vor euch. Im Gebaude lauft ihr gerade aus, dann kommt ihr in einen Gang wo auf der rechten Seite die Raume der Pools sind. Wie ihr dort einen Account fur eure Ubungen am Rechner bekommt, lest ihr weiter unten.
Wenn ihr weitere Physikprofessoren oder Doktoren oder Assistenten sucht, dann immer mit dem Aufzug die verschiedenen Stockwerke im Pfaffenwaldring 57 abklappern.
[bearbeiten] VI. Account fur den Physikerpool
Den Account bekommt ihr folgenderma?en: Wenn die erste Ubung stattfindet, dann geht ihr in den Ubungsraum (oben findet ihr ihn) und sagt dem Tutor, ihr seid Informatikstudenten und braucht einen Account. Fur Informatiker ist dies namlich ein Problem: im Gegensatz zu den Physikstudenten mussen sich die Informatiker zuerst anmelden, da sie nicht an der Physikfakultat registiert sind. Das macht am besten der Tutor/Assistent der Ubungen fur euch, der soll sich darum kummern.
Wenn er das gemacht hat (ublicherweise nach etwa einer Woche), dann geht ihr an einen Rechner im Rechenzentrum (R-Pool) und loggt euch mit "physreg" ein. Als Pa?wort gebt ihr wiederum "physreg" ein. Dann folgt ihr einfach den Anweisungen auf dem Terminal.
Achtung: Diese Registrierung funktioniert normalerweise nur im R-Pool direkt. Es funktioniert nicht vom Disney-Pool oder Hauptdiplomspool der Fakultat Informatik aus. Aber, ihr konnt auch einen Physikstudi fragen, der sich im Physikpool gerade eingeloggt hat, dann konnt ihr euch auch dort registrieren.
[bearbeiten] VII. Ansprechpartner und Adressen
Studienberatung Physik:
Herr Prof. Dr. Dr. h. c. Wolfgang Weidlich
Institut fur Theoretische Physik II Pfaffenwaldring 57 Telefon: 0711 - 685 - 4927 Sprechzeiten: Mittwoch 9:30 - 11:00
Sekretariat von Herrn Weidlich:
Frau W. Meyer-Haake (sehr freundlich)
Telefon: 0711 - 685 - 4926 e-mail: office@theo2.physik.uni-stuttgart.de
Herr Alfons Wagner (Prufungsamt)
Pfaffenwaldring 57 Telefon: 0711 - 685 - 5122 Sprechzeiten: Mo, Di, Do, Fr, 9-12 und Mi 13:30 bis 15:30
Herr Prof. Dr. rer. nat. Klaus Lagally
Vorsitzender des Prufungsausschusses Informatik Institut fur Informatik Breitwiesenstra?e 20-22 Telefon: 0711 - 7816 - 392 Sprechzeiten: nach Vereinbarung
Leiterin des Physikalischen Anfangerpraktikums:
Frau Dr. rer. nat. Annelies Hammer
Physikalisches Institut Pfaffenwaldring 57 Telefon: 0711 - 685 - 5276 oder 0711 - 685 - 4810 Sprechzeiten: Dienstag und Donnerstag, 10:30 bis 11:30 e-mail: a.hammer@physik.uni-stuttgart.de
Ubungen zur Physik auf dem Computer:
Institut fur Computeranwendungen (diese Leute veranstalten normalerweise die Vorlesung Physik auf dem Computer) Pfaffenwaldring 27
Aktuelle und genauere Informationen findet ihr im jeweiligen Vorlesungsverzeichnis des Wintersemesters. Die Fakultat Physik hat die Nummer 12.
[bearbeiten] VIII. Voraussetzungen in Mathematik
Diese mathematischen Teilgebiete sind fur die Physik im Nebenfach von Interessen:
Lineare Algebra und Analytische Geometrie (HM 1) Differential- und Integralrechnung in einer und mehreren Variablen (HM 1/2) Vektor- und Matrizenrechnung (HM 1/2/3) Gewohnliche Differentialgleichungen (HM 2/3) Partielle Differentialgleichungen (HM 3) Funktionentheorie (HM 2/3) Fourier-Analysis (HM 3) Variationsrechnung (HM 4?)
[bearbeiten] IX. Literatur
Mathematik
Meyberg/Vachenauer: Hohere Mathematik I und II (2 Bande) Lothar Papula: Mathematik fur Ingenieure (3 Bande) Das gelbe Rechenbuch (mehrere Bande) Lang/Pucker: Mathematische Methoden in der Physik (1 Band)
Nicht zu empfehlen ist folgendes Buch: Band I bis IV von Brenner/Lesky
Numerische Physik
In der Bucherei stehen dazu genugend Bucher, siehe auch Stichworte wie, FFT (Fast Fourier Transformation), Runge-Kutta, Euler-Verfahren, Zufallszahlen, Monte-Carlo-Verfahren...
Theoretische Physik
Greiner: Theoretische Physik
Band 1: Mechanik Teil I Band 2: Mechanik Teil II Band 3: Elektrodynamik Band 4: Quantenmechanik Teil I Band 9: Thermodynamik und Statistische Mechanik Band 2A: Hydrodynamik Band 3A: spezielle Relativitatstheorie
Nolting: Grundkurs Theoretische Physik
Band 1: Klassische Mechanik Band 2: Analytische Mechanik Band 3: Elektrodynamik Band 4: Spezielle Relativitatstheorie, Thermodynamik Band 5: Quantenmechanik (2 Teile in jeweils 1 Band) Band 6: Statistische Physik
Und Weitere, die ihr meist in der Bucherei findet.
Experimentalphysik
Bucher zur Experimentalphysik braucht ihr vor allem fur das Physikalische Anfangerpraktikum:
Gerthsen/Kneser/Vogel: Physik Halliday/Resnick: Physik
Dann gibt es noch ein gro?es Blaues, dessen Namen ich vergessen habe, und Weitere in der Bibliothek.
[bearbeiten] X. Weitere Informationsquellen
- Vorlesungsverzeichnis der Universitat Stuttgart, speziell Wintersemestervorlesungsverzeichnis
- Kommentiertes Vorlesungsverzeichnis der Fakultat Physik (erhaltlich bei der Fachschaft Physik)
- Schwarze Bretter Pfaffenwaldring 57
- Physik-Studies
- Die Physik-Homepage
- Studienplan Informatik
