Physik mit Excel

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stoppi
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Physik mit Excel

#1 Beitrag von stoppi »

Hallo!

Excel eignet sich durch die Visual-Basic-Implementierungen sehr gut, um physikalische Simulationen z.B. mit Schiebereglern durchzuführen. Aber auch kompliziertere Aufgaben wie das numerische Lösen der Newtonschen Bewegungsgleichung z.B. mittels Eulerverfahren sind relativ simpel zu bewältigen.

Natürlich sind komplexere Verfahren zur Lösung von Anfangswertproblemen wie etwa jenes von Runge-Kutta (https://de.wikipedia.org/wiki/Runge-Kutta-Verfahren) um einiges genauer, aber sie sind dafür bei weitem nicht so nachvollziehbar (für Schüler).

Anbei meine mit Excel umgesetzten physikalischen Beispiele/Simulationen/Probleme...

Link zur einfachen, numerischen Lösung von Differentialgleichungen: https://homepage.univie.ac.at/Franz.Emb ... hungen.pdf

Bei der Berechnung des Orts x(t + dt) verwende ich zur Steigerung der Genauigkeit den Mittelwert der beiden Geschwindigkeiten v(t) und v(t + dt).
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Bewegungsgleichung_Differenzenverfahren_01.jpg
Bewegungsgleichung_Differenzenverfahren_02.jpg
Bewegungsgleichung_Differenzenverfahren_03.jpg
Zuletzt geändert von stoppi am Di 28. Jan 2020, 12:07, insgesamt 3-mal geändert.

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Re: Physik mit Excel

#2 Beitrag von stoppi »

Simulation des Stratosphärensprungs von Felix Baumgartner:
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Excel_Stratosphärensprung.xlsm
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Physik&Excel_14.jpg

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Re: Physik mit Excel

#3 Beitrag von stoppi »

Simulation des schiefen Wurfs mit Luftreibung
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Excel_Wurf_Reibung.xlsm
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Physik&Excel_09.jpg

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Re: Physik mit Excel

#4 Beitrag von stoppi »

Reichweite von Alphastrahlen mittels der nichtrelativistischen Bethe-Bloch-Formel:
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Radioaktivität_Alpha-Zerfall_Reichweite_Excel.xlsm
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Physik&Excel_01.jpg

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Re: Physik mit Excel

#5 Beitrag von stoppi »

Plancksche Strahlungskurve in Abhängigkeit von der Temperatur T

Diese Simulation dient zur Veranschaulichung des Wienschen Verschiebungsgesetz (Lage des Strahlungsmaximums) und des Stefan-Boltzmann-Gesetz (gesamte Strahlungsintensität = Fläche unter der Kurve)
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Spektroskop_Plancksche_Strahlungskurve_Excel_02.xlsm
(42.27 KiB) 34-mal heruntergeladen
Physik&Excel_02.jpg

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ferrum
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Re: Physik mit Excel

#6 Beitrag von ferrum »

stoppi hat geschrieben:Reichweite von Alphastrahlen mittels der nichtrelativistischen Bethe-Bloch-Formel:
Omg das hab ich jetzt 4 Wochen mit allen Korrekturen durch gerechnet. Das c was du annimmst ist nicht konstant sondern von Material und Teilchenenergie abhängig.
Wen es interessiert: https://flo-e.de/git/flo/Fortgeschritte ... master/FP2
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Re: Physik mit Excel

#7 Beitrag von stoppi »

@ferrum: Danke für das Verlinken deiner Arbeit. Netter Austausch mit W. Demtröder ;)

Ich interessiere mich eigentlich nur für die Reichweite der alpha-Strahlen in Luft. Von daher müssten die Konstanten schon passen...

Gedämpfter elektrischer Schwingkreis
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Excel_Schwingkreis.xlsm
(324.21 KiB) 31-mal heruntergeladen
Physik&Excel_03.jpg

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Re: Physik mit Excel

#8 Beitrag von stoppi »

Überlagerung von Schwingungen (konstruktive/destruktive Interferenz, Schwebung)
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Excel_Schwingung_x_Überlagerung.xlsm
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Physik&Excel_12.jpg

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Thunderbolt
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Re: Physik mit Excel

#9 Beitrag von Thunderbolt »

Passend zum thema:


https://www.youtube.com/watch?v=J4PO7NbdKXg

schon beeindruckend, was man mit excel alles machen kann

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Re: Physik mit Excel

#10 Beitrag von stoppi »

Danke Thunderbolt für den interessanten link ;)

Excel-Simulation des radioaktiven Zerfalls von Mutter- und Tochternuklid

Ist die Halbwertszeit des Tochternuklids viel geringer als jene der Mutter, so stellt sich ein Gleichgewicht ein, wobei die beiden Aktivitäten dNa/dt und dNb/dt gleich sind. Es werden also durch den Zerfall von a genausoviele Atome b erzeugt, wie Atome b zerfallen. Die Anzahl der Atome b bleibt also zeitlich gesehen konstant (vorausgesetzt, es gibt ausreichend viele Atome a).

Es gilt also: lambda_a * Na = lambda_b * Nb
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Excel_Radioaktivität_Tochternuklid.xlsm
(177.11 KiB) 31-mal heruntergeladen
Physik&Excel_20.jpg

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Re: Physik mit Excel

#11 Beitrag von stoppi »

Wheatstonebrücke
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Excel_Wheatstonebrücke.xlsm
(51.56 KiB) 27-mal heruntergeladen
Physik&Excel_10.jpg

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Re: Physik mit Excel

#12 Beitrag von stoppi »

Überlagerung von Schwingungen in x- und y-Richtung (Lissajous-Figuren)
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Laser_Projektor_Lautsprecher_17.jpg
Laser_Projektor_Lautsprecher_15.JPG
Excel_Schwingung_x_y_Überlagerung.xlsm
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Physik&Excel_19.jpg

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Re: Physik mit Excel

#13 Beitrag von stoppi »

Schiefer Wurf ohne Reibung mit Angabe der potentiellen/kinetischen Energie
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Excel_Wurf_ohne_Reibung.xlsm
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Physik&Excel_22.jpg

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Re: Physik mit Excel

#14 Beitrag von stoppi »

Stehende Welle als Überlagerung zweier sich in +x bzw. -x ausbreitenden Wellen

Anbei die gif-Animation ;)
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Excel_stehende_Welle.xlsm
(31.32 KiB) 25-mal heruntergeladen
Wellen_stehend_Excel_02_gif.gif
Physik&Excel_13.jpg
Zuletzt geändert von stoppi am Mi 19. Feb 2020, 10:08, insgesamt 2-mal geändert.

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Re: Physik mit Excel

#15 Beitrag von stoppi »

Bewegung eines Satelliten im Erdschwerefeld
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Excel_Satellitenbahn.xlsm
(268.19 KiB) 24-mal heruntergeladen
Physik&Excel_15.jpg

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