Mit Hilfe einer Programmierumgebung für Java - zum Beispiel BlueJ - können Schülerinnen und Schüler, welche die Grundlagen der Programmiersprache Java aus dem Informatikunterricht oder aus einem Wahlkurs beherrschen selbst eine einfache Wellenmaschine programmieren und mit dieser die Grundlagen der Ausbreitung von Wellen bearbeiten.
Zunächst sollten die Schüler die Methode der kleinsten Schritte für die harmonische Schwingung in einer Tabellenkalkulation erlernen und begreifen. Dabei kann folgende Poweroint-Prässentation und dan entsprechende Arbeitsblatt hilfreich sein:
- Powerpoint-Präsentation zur Einführung der Methode der kleinsten Schritte
- Arbeitsblatt für die Schüler, um die Methode dann in Excel umzusetzen
- Fertige Excel-Datei für die Schwingung
Anschließend sollten die Schüler den entsprechenden Algorithmus:
|
a= -D/m*y
;
//Bestimmt Beschleunigung aus Ort v= v+a*delta_t ; //Berechnet neue Geschwindigkeit y= y+v*delta_t ; // Berechnet neuen Ort |
in teilweise fertiggestellte java-Applets einfügen und diese zum laufen bringen.
Ist den Schülern dies gelungen und sind sie einigermaßen sicher im Umgang mit dem Schwinger, kann dieser auf eine Wellenmaschine erweitert werden. Dies geschieht über eine Schleife, welche die verschieden Schwinger des Wellensystems abarbeitet. Das Kraftgesetz muss auf die nächsten Nachbarn angewendet werden:.
Mit einer sinusförmigen Anregung des 1. Oszillators sieht das folgendermaßen aus:
| y[0] = 50 * Math.sin(2*3.14/2*t); for(i=1;i<=199;i++) { a[i]=-D/m*(2*yalt[i]-yalt[i-1]-yalt[i+1]); v[i]=v[i]+a[i]*delta_t ; y[i]=yalt[i]+v[i]*delta_t ; } |
In den folgenden zip-Archiven sind jeweils der code für Schüler ( *_leer) und der fertige Code für den Lehrer (*_ferig) und die Arbeitsblätter zum Downloaden.
Die fertigen Appletts sind auf der folgenden Seite zusammengestellt (Browser muss Java-Applets öffnen können, Java muss installiert sein)