Der Fachbereich Physik der Universität Essen bietet im kommenden Wintersemester in der Zeit vom 2. Oktober 2004 bis zum 19. Februar 2005 wieder ein Probestudium PHYSIK für Schülerinnen der Klassen 12 und 13 an. Das Probestudium soll den Teilnehmerinnen einen Einblick in die ersten zwei Jahre des regulären Physikstudiums geben.

Das Probestudium PHYSIK richtet sich an alle diejenigen, die sich für Physik interessieren und eventuell Physik studieren möchten. Es besteht aus einer Reihe von theoretischen und experimentellen Vorlesungen zum Thema Schwingungen und Wellen mit begleitenden Übungen und einem Praktikum.

Die Einsicht, dass zwischen mechanischen Wellen (Schall, Wasserwellen) einerseits und elektromagnetischen Wellen (Radiowellen, Licht) andererseits grundlegende Unterschiede bestehen, stand vor 100 Jahren am Beginn der Entwicklung der modernen Physik (Relativitätstheorie, Quantenmechanik).
 

Mathematischer Grundkurs (02.10./09.10./16.10.)
jeweils 2 Stunden Vorlesung, 1 Stunde Übungen

Experimenteller Kurs (06.11./13.11./20.11./27.11./04.12./11.12.)
jeweils 2 Stunden Vorlesung, 1 Stunde Übungen

Weihnachtsferien

Praktikum (15.01./22.01./29.01.)
jeweils Durchführung eines Experiments in kleinen Gruppen

Theoretischer Kurs (05.02./12.02./19.02.)
jeweils 2 Stunden Vorlesung, 1 Stunde Übungen

Zum Thema: Schwingungen und Wellen klingt nicht sehr aufregend, umschreibt jedoch ein wesentliches Naturphänomen, das in allen Gebieten der Physik auftaucht. Das beginnt mit den mechanischen Schwingungen etwa eines Pendels und führt über mechanische Wellen (Schall, Wasserwellen) zu elektromagnetischen Wellen (Licht), deren verblüffendes Ausbreitungsverhalten Anlass zur Relativitätstheorie war. Und schließlich hat auch jedes Stück Materie Welleneigenschaften, wie sie die Quantentheorie beschreibt. Schwingungen und Wellen ist daher ein ideales Thema, um nicht nur das Grundstudium Physik zu demonstrieren, sondern auch auf grundlegende Konzepte der modernen Physik einzugehen. Darüber hinaus sind Schwingungen und Wellen technisch von großer Bedeutung. Welleninterferenz liegt zum Beispiel der Holographie zu Grunde.

Zu Ziel und Umfang: Das Studium der Physik setzt zwar keine speziellen physikalischen oder mathematischen Vorkenntnisse voraus, aber einiges muss man schon mitbringen. Vor allem sollte man sich wirklich für Physik interessieren. Physik sucht nach den grundlegenden Naturgesetzen und bemüht sich, deren Ausprägung in belebter und unbelebter Natur und Technik zu verstehen. Physik bleibt nicht stehen bei der Frage "Wie geht es?", sondern fragt weiter "Warum geht es so?" Interesse an dieser Frage ist eine wesentliche Bedingung für Erfolg im Physikstudium. Des Weiteren sollte man sich nicht vor Mathematik (genauer: vor dem Rechnen) scheuen. Auch wenn zwischen den mathematischen Anforderungen der theoretischen Physik auf der einen und der technischen Physik auf der anderen Seite ein großer Unterschied besteht, so darf man doch auf keinen Fall Angst vor Formeln haben. Schließlich verlangt ein Physikstudium, wie jedes Studium, Mitarbeit und Ausdauer, selbst wenn es mal frustrierend ist.

Um diese Anforderungen zu demonstrieren, haben wir das Probestudium PHYSIK konzipiert. Es soll den Teilnehmenden ermöglichen, sich selbst zu testen und ihre Interessen und Fähigkeiten besser einzuschätzen. Dazu wäre eine Vorlesungsreihe, die sich werbewirksam auf Glanzlichter aktueller Forschung konzentriert, nicht geeignet. Unser Probestudium PHYSIK behandelt statt dessen ein Thema des richtigen Studiums unter verschiedenen Aspekten über ein ganzes Semester (Ausdauer!) und verlangt aktive Mitarbeit in Übungen und Praktikum. Wenn die Teilnehmenden am Ende eine besser fundierte Entscheidung für oder gegen ein Physikstudium treffen können, haben wir unser Ziel erreicht. Die Teilnehmenden am vorigen Probestudium PHYSIK haben darüber hinaus noch einen weiteren Nutzen gesehen, den wir so gar nicht angestrebt hatten: Viele empfanden das Probestudium PHYSIK als willkommene Vertiefung des Schulstoffs, sehr nützlich für das Abitur.

Zur Gliederung und zum Inhalt: Das Probestudium PHYSIK wird nach einem Studienplan durchgeführt, der in der folgende Tabelle dargestellt ist. Der Studienplan gibt an, welches Thema in welchem Kurs behandelt wird. Diese Liste stellt nur eine grobe Beschreibung der minimalen Inhalte dar. Wie beim "richtigen" Physikstudium können die Dozenten frei darüber entscheiden, wie sie diese Themen behandeln und ob sie weitere Themen ansprechen.

Mathematischer Grundkurs

Das notwendige mathematische Handwerkszeug für die weiteren Vorlesungen wird in diesem Grundkurs bereitgestellt. Er orientiert sich an der Vorlesung Mathematische Methoden der Physik
(erstes Semester).

Aus dem Inhalt: Koordinatensysteme, komplexe Zahlen, Funktionen, Zahlenfolgen, Grenzprozesse, Ableitungen

Teilweise mögen diese Themen aus der Schule wohlbekannt sein, doch ist eine Wiederholung notwendig, um ein verlässliches Fundament für die folgenden Veranstaltungen zu schaffen.

Experimenteller Kurs

Der experimentelle Kurs enthält Ausschnitte aus den Vorlesungen Grundlagen der Physik I - IV
(erstes bis viertes Semester).

Aus dem Inhalt: Harmonische Schwingungen, gedämpfte und erzwungene Schwingungen, Begriff der Welle, Dispersion, Huygens`sches Prinzip, Wellengleichung, Polarisation, Brechung, Beugung am Spalt und am Gitter, Materiewellen, Tunneleffekt, Elektronenbeugung

Praktikum

Das Praktikum enthält - aus Zeitgründen leicht abgespeckte - Versuche aus dem Anfängerpraktikum (zweites und drittes Semester). Die Teilnehmenden führen in Zweier- oder Dreier-Gruppen an einem Tag jeweils einen Versuch durch.

Versuche: Grundversuche Elektrizitätslehre, Einschaltvorgänge, Michelson-Interferometer, Beugung, Spektroskopie, Hochfrequenzleitung, Photoeffekt

Die Teilnehmenden erhalten jeweils eine Woche vorher Unterlagen zu dem von ihnen durchzuführenden Versuch. Die Details werden dann zu Beginn der Praktikumsstunde mit dem Betreuer besprochen.

Theoretischer Kurs

Es werden die Anfangsgründe der speziellen Relativitätstheorie erarbeitet. Dies ist Teil der Vorlesung Theoretische Physik II, Elektrodynamik (viertes Semester).

Aus dem Inhalt: Galilei's Relativitätsprinzip, Einstein's Relativitätsprinzip, Minkowski-Diagramm, Herleitung der Lorentz-Transformation, Lorentz-Kontraktion, Zeitdilatation

Zum mathematischen und experimentellen Kurs werden Übungen angeboten. Wie im richtigen Studium sollen diese dazu ermuntern, den Vorlesungsstoff nachzuarbeiten und sich selbst zu kontrollieren, ob man alles verstanden hat.

In den Vorlesungen werden Übungsaufgaben ausgegeben, die zu Hause zu bearbeiten sind. Die schriftlichen Lösungen sind zu Beginn der jeweils nächsten Vorlesung abzugeben. Sie werden korrigiert während die Vorlesung läuft und in der anschließenden Übungsstunde besprochen. In den Übungsstunden sollen die Studierenden lernen, physikalische Sachverhalte darzustellen und zu diskutieren.