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TP1a: Rechenmethoden der Mechanik WS17/18



Aktuelles:

Übungsblatt 11 wurde aktualisiert.

Das Tutorium findet freitags bis auf Weiteres bis 14:30 statt.

5 Punkte Abzug für jede Abgabe, auf der weder der Name des jeweiligen Bremsers noch die Zeit der Übungsgruppe drauf steht!


Klausurtermine

Die Termine für die Klausuren lauten
  • 1. Klausur (Hauptklausur): Do, 22.02.18
  • 2. Klausur (Nachklausur): Fr, 23.03.18
jeweils von 14:00 - 17:00 Uhr im Gebäude C6 4 (Physiktower) im großen Hörsaal der Physik.


Zur Info:

Als LA-Physik-, MuN- oder Biophysikstudent müssen sie weniger Aufgaben bearbeiten als die Ba-Physik Studenten. Daher gibt die Veranstaltung für sie 5CP anstatt 7CP. Die fehlenden 2 CP können aber im jeweiligen WP Bereich eingebracht werden, falls Sie die Anforderungen für BA Studierende erfüllen.


Vorlesung:

Die Vorlesung findet Mittwoch von 8:30-10:00 Uhr und Donnerstag von 12:15-13:45 Uhr im Gebäude C6.4 (Physiktower) im großen Hörsaal statt.


Skript:

Zur Vorlesung gibt es ein Skript, das im Laufe des Semesters aktualisiert wird. Beachten Sie, dass das Skript keine Abbildungen enthält und auch keine enthalten wird. Es dient als Ergänzung, allerdings nicht als Ersatz zur Vorlesung!


Tutorium:

Achung Terminänderung: Das Tutorium findet freitags von 10:00 bis 12:00 in den Räumen E 11 und E 12 (abhängig von der Nachfrage) und von 12:00 bis 14:30 im Raum E.04 statt.


Übungsbetrieb:

Ihre Übungsblätter unbedingt tackern sowie mit Ihrem Namen und dem Ihres Bremsers versehen! Die Abgabe ist bis 12:00 im Briefkasten von Herrn Wilhelm-Mauch oder vor der Vorlesung beim Dozenten. Die aktuelle Einteilung der Übungsgruppen finden Sie hier (Stand vom 8.11).
Sollte es Terminkollisionen mit anderen Veranstaltungen geben, dann melden Sie sich bitte bei Peter Schuhmacher oder Raphael Schmit. Unbegründete Wechsel von Übungsgruppen sind nur mit jeweiligen Tauschpartnern vor dem Stattfinden der ersten Übung möglich und zuvor mit den Bremsern und Oberbremsern abzusprechen.


Übungsblätter:





Übungsblatt 3 (Bei Aufgabe 4 Teil e) hat sich ein Vorzeichenfehler eingeschlichen: Statt x + pi/2 sollte überall x - pi/2 stehen. Das Blatt wurde entsprechend aktualisiert.)


Übungsblatt 4 (Fehler bei Aufgabe 3: Der Faktor 1/2 bei f(x) ist zu viel. Die Version wurde aktualisiert. Fehler bei Aufgabe 1: Die Definition der skalaren Multiplikation musste geändert werden. Wir bitten diese Nachlässigkeiten zu entschuldigen.)

Übungsblatt 5 (Hinweis zu Aufgabe 4a: Schauen Sie sich z.B. die zweite Ableitung von f_2 nach x im Punkt (0, 0) an.)

Übungsblatt 5: Lösung der Beispielaufgaben

Übungsblatt 6 (Hinweis zu Aufgabe 3: Die richtige Bezeichnung für de Raumbereich mit x, y, z > 0 ist Oktant. Der im Hinweis bei Aufgabe 4 angegebene Normalenvektor ist falsch. Das Blatt wurde aktualisiert.)

Übungsblatt 6: Lösung der Beispielaufgaben

Übungsblatt 7 (Bei den Aufgaben 2 a) und 3 b) haben sich Fehler eingeschlichen: Assoziativität bedeutet A(BC) = (AB)C, und P_3(x) enthält das Monom x^3 und nicht x^2. Die Abgabe ist am 14.12.)

Übungsblatt 7: Lösung der Beispielaufgaben

Übungsblatt 8 (Abgabe am 21.12.)

Übungsblatt 9

Übungsblatt 9: Lösung der Beispielaufgaben

Übungsblatt 10

Übungsblatt 11 (Hinweis: Bei Aufgabe 3 hat sich ein Fehler eingeschlichen: Der Dämpfungsterm soll natürlich dx/dt enthalten. Außerdem wurde der Hinweis überarbeitet.)

Übungsblatt 11: Lösung der Beispielaufgaben

Übungsblatt 12


Motivation:

Diese Mathematikvorlesung erarbeitet die wichtigsten Rechenmethoden der Physik für das Bachelorstudium und verbindet sie mit Beispielen aus der Mechanik. Sie ist der leicht angepasste Nachfolger der früheren Vorlesung Mathematische Methoden der Physik(MMP). 

Physik zeichnet sich als die unter allen Umständen quantitative Naturwissenschaft aus und Mathematik ist ihre natürliche Sprache, spielt mithin die gleiche Rolle wie Latein für Theologie, Englisch für Anglistig, und Deutsch für Jura. Es ist tatsächlich erstaunlich, wie erfolgreich Mathematik als Werkzeug der Naturbeschreibung ist. Der große theoretische Physiker Eugene Wigner hat das in einem Aufsatz behandelt, der Ihnen sehr zur Lektüre ans Herz gelegt ist - auch wenn Sie einige der Details erst im Verlauf Ihres Studiums ganz nachvollziehen können werden. 

Zentral für Ihre Ausbildung in der Mathematik sind natürlich die Mathematikvorlesungen in Analysis und linearer Algebra. Diese führen Sie systematisch und präzise in die mathematische Denkweise ein und behandeln die wichtigsten Grundpfeiler der Mathematik für das Physikstudium. 

Warum also diese Vorlesung? Sie löst ein Problem, das existiert seit Arnold Sommerfeld das Grundgerüst des modernen Physik-Lehrplans definiert hat: Wir können in der Physik nicht warten, bis die Mathematik alles im Detail bewiesen hat. Dieses Problem tritt interessanterweise nicht nur in der Lehre, sondern auch in der Forschung auf - oftmals können wir Rechenmethoden erfassen und anwenden auch ohne die mathematische Axiomatik. Diese Rechenmethoden lernen Sie in dieser Vorlesung. Dabei stimmen wir uns mit der Experimentalphysik I ab, sodass mathematische Werkzeuge etwa passgenau eingeführt werden, und sodass Sie manche physikalische Gesetze in zwei leicht unterschiedlichen Stilen behandeln. Die weitergehende Formalisierung der Mechanik kommt dann in TP Ib.


Themen:

  • Grundbegriffe, Differenzieren und Integrieren a la Schule
  • Vektoren, Vektorraum, Anschauungsraum, Produkte
  • Kurven im Raum, Linienintegrale
  • Krummlinige Koordinaten
  • Skalarfeld, Gradient
  • Mehrdimensionale Integrale in kartesischen und krummlinigen Koordinaten
  • Matrizenrechnung, Inverse Matrix
  • Lineare Gleichungssysteme, Basistransformation, Determinante
  • Diagonalisierung, Eigenschaften von Matrizen
  • Taylorreihen, Abschätzen und Entwickeln
  • Gewöhnliche Differenzialgleichungen
  • Fourieranalysis
  • Divergenz, Rotation, Oberflächenintegrale und Flüsse
  • Komplexe Analysis

Die Vorlesung orientiert sich an ihrem Pendant an der Uni München und die Literaturempfehlungen sind ähnlich.


Übungen und Schein:

Der Schwerpunkt Ihrer Lernerfahrungen sollte auf den Übungen liegen. Mathematik und theoretische Physik lernt man wie ein Instrument: Jemanden zu beobachten, der/die es schon kann, führt nicht zur Beherrschung der Materie, sondern Eigentätigkeit. Zu Beginn des Semesters werden Sie in Übungsgruppen eingeteilt, Ihr(e) Übungsgruppenleiter(in) studiert Physik wie Sie in einem höheren Semester oder evtl. im Promotionsstudium. Jede Woche erscheint auf der Vorlesungshomepage (Verlinkt hier) am Donnerstag ein neues Aufgabenblatt, das Sie dann bis spätestens 12:00 Uhr am folgenden Donnerstag im entspechend markierten Abgebebriefkasten im Foyer von E 2.6 abgeben. Dies wird dann korrigiert und in der nächsten Übungsgruppe besprochen. Sie benötigen 50% der möglichen Punkte für die Zulassung zur Abschlussklausur. Sie dürfen Übungsblätter zu zweit abgeben, sollten aber in der Lage sein, jede in Ihrem Namen abgebene Aufgabe im Zweifel vorzurechnen - falls nicht wird das als Täuschungsversuch gewertet und Sie verlieren alle Punkte dieses Übungsblattes. Wiederholte Täuschungsversuche bedeuten, dass Sie die Klausurzulassung nicht erlangen können. 

Wir schreiben eine Zwischenklausur, deren Termin und Formalien noch bekannt gegeben werden. Die Note x dieser Klausur und die Note z der Endklausur bestimmen Ihre Endnote y gemäß der Formel y=min{(x+2z)/3,z}. 

Um Sie beim Bearbeiten der Übungsblätter individuell zu coachen bieten wir ein Tutorium an, dessen Termin noch bekannt gegeben wird. Dieses ist als betreutes Aufgabenrechnen zu verstehen, Sie können sich dort treffen und gemeinsam die Übungsblätter bearbeiten. Wenn Sie Fragen zu den Aufgaben und/oder dem Stoff haben stehen Ihnen dort Tutor(inn)en zur Verfügung um Ihnen zu helfen. Nutzen Sie diese Möglichkeit - eine Aufgabe mit etwas Unterstützung selbst auszuknobeln hat erwiesenermaßen einen sehr hohen Lerneffekt.


Kontakt:

Der Dozent unterhält eine Sprechstunde Freitags, 13-14 Uhr, Gebäude E2.6 Raum 4.06. Alternativtermine können unter fwm@lusi.uni-sb.de vereinbart werden. Dies sollte Ihr erster Anlaufpunkt sein. 

Nach dem Erstsemesterwochenende wählen Sie in jeder Übungsgruppe unter sich eine(n) Sprecher(in). Diese werden in der Vorlesung vorgestellt und dienen dazu, Feedback zur Vorlesung zu sammeln und mit den Lehrenden zu besprechen.


Die Erfahrungen des ersten Semesters:

Das Studium ist ein neuer Lebens- und Lernabschnitt. Im Physikstudium lernen Sie, Phänomene die im Schulunterricht nur oberflächlich angeschnitten werden, gründlich zu durchdringen und mathematisch-quantitativ zu behandeln. Sie lüften im Wochentakt neue Geheminisse der Natur. 

Viele Studierende machen aber auch im ersten Semester die Erfahrung, dass Sie neue Lern- und Arbeitstechniken benötigen. Wer in der Schule ein Talent für Mathematik und Physik hat muss meistens für gute Noten nicht besonders viel Arbeiten. Jetzt sind alle in Ihrem Semester so wie Sie - interessiert und talentiert für Physik und Mathematik. Da wird die Lernkurve steiler und Sie müssen sich Ihre Arbeitstechnik zurechtlegen. Kernelemente sind kontinuierliches Üben und Dialog- und Gruppenarbeit. Wir können nicht versprechen, dass nicht in manchen Wochen am Ende des Spaßes noch zwei Übungsaufgaben übrig sind - aber bleiben Sie dran, es lohnt sich!