Die hier vorgestellten Videos sind Teil des Projektes "U2: Quantenspiegelungen" vom Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster. Mathematisch fundierte Visualisierungen eröffnen Schritt für Schritt einen Zugang zu moderner Atomphysik – vom Wasserstoffatom bis zum Periodensystem der Elemente.
Was haben Obertöne mit dem Periodensystem der Elemente zu tun? Welchen Zusammenhang gibt es zwischen schwingenden Elektronen im Atom und dem Spektrum einer schwingenden Saite?
Die Quantenspiegelungen eröffnen einen visuellen Zugang zur Quantenphysik. Aus einfachen Schwingungsmustern der Gitarrensaite entsteht dabei durch Spiegelungen, Drehungen und Verknotungen das komplette Periodensystem der Elemente.
In diesem Lehrvideo wird demonstriert, wie mit einer LED die Schallintensität, die von einem Mikrophon aufgenommen wird, in ein Lichtsignal umgewandelt werden kann.
Dieses Video zeigt, wie mit einer LED das Bild einer sich im Raum ausbreitenden Schallwelle aufgenommen werden kann.
In diesem Video wird die Schallausbreitung einer einzelnen Stimmgabel im Raum untersucht. Dabei werden auch die Begriffe Amplitude und Frequenz von Schallwellen diskutiert.
In diesem Lehrvideo werden die Begriffe Frequenz, Amplitude und Phase einer Schallwelle mithilfe eines drehenden Rades visualisiert.
In diesem Video wird die Schallausbreitung einer einzelnen Stimmgabel im Raum mithilfe des drehenden Rades visualisiert.
In diesem Video wird die Interferenz der Schallwellen von zwei Stimmgabeln im Raum untersucht.
In diesem Video wird die Interferenz von zwei Stimmgabeln im Raum durch zwei drehende Räder visualisiert.
In diesem Video wird über den Zusammenhang zwischen der Schallamplitude und der Schallintensität diskutiert.
In diesem Video wird das Phanömen von Schallschwebungen diskutiert.
In diesem Video wird das Frequenzgemisch in einer Schallwelle als Kombination mehrerer drehender Räder eingeführt. Mathematisch handelt es sich hierbei um die sogenannte…
In diesem Video wird das Frequenzgemisch untersucht, aus dem sich der Klang einer schwingenden Gitarrensaite zusammensetzt.
In diesem Video wird das Frequenzspektrum der Gitarrensaite durch die Anzahl von Knotenpunkten in den Schwingungsmoden beziehungsweise stehenden Wellen auf der schwingenden Saite erklärt. …
In diesem Video werden die faszinierenden Chlandi'schen Klangfiguren auf runden Glasscheiben verschiedener Größe untersucht.
In diesem Video werden Symmetrien von stehenden Wellen in der Kaffeetasse diskutiert.
In diesem Video wird ein mögliches Schwingungsmuster auf der Kugeloberfläche am Beispiel einer halben, gespiegelten Seifenblase untersucht.
In diesem Video werden die Grundschwingungen, die auf einer Kugeloberfläche möglich sind, beschrieben. Hierzu werden Knotenlinien gezählt, gespiegelt und gedreht.
Zustände und Operatoren sind das entscheidende Konzept für den Weg in die Quantendimension. Zum Verständnis einer wichtigen Klasse von Operatoren, den Drehoperatoren, werden in dem Lehrvideo…
In diesem Video wird über das Spektrum von Eigenzuständen des Drehoperators diskutiert.
In diesem Video wird der Übergang von klassischen Drehoperatoren zu Quantenoperatoren diskutiert und sowie die Bedeutung des Planck'schen Wirkungsquantums für die Quantenphysik herausgestellt.…
Dieses Video zeigt den Spin in der Quantendimension und auf der sogenannten Bloch-Kugel.
In diesem Video wird das erste Experiment, mit dem die Quantennatur des Spins nachgewiesen wurde, diskutiert: das Stern-Gerlach Experiment. Es ergibt sich hierbei eine interessante Analogie zu…
Der Versuch in diesem Video zeigt, wie mithilfe eines Prismas weißes Licht in die Spektralfarben zerlegt wird. Konkretes Beispiel ist das Spektrum des Wasserstoff-Atoms.
In diesem Video erfolgt die mathematische Beschreibung des Wasserstoff-Spektrums durch die Balmer-Formel.
Das Video zeigt die Streu-Experimente von Rutherford, die zur Entdeckung des Atomkerns geführt haben.
In diesem Video wird das Bohr'sche Atommodell, das zu einer neuen Interpretation von Balmers Formel führt, diskutiert.
In diesem Video wird der Zugang zur Atomphysik über Quantenzustände und Operatoren aufgezeigt.
Dieses Video veranschaulicht, wie verschiedene Atomorbitale aus Eigenzuständen des Drehoperators hervorgehen.
Das Video zeigt den Aufbau des Periodensystems mit dem Modell der Quantenorgel.
In diesem Video wird das Prinzip des Gaslasers vorgestellt: Es zeigt sich, dass dafür Knotenlinien von Elektronen auf Photonen "vererbt" werden.
Das Video zeigt eine überraschend einfache, geometrische Deutung des Spins in vier Dimensionen und eine doppeldeutige Interpretation in drei Dimensionen.
In diesem Video wird das Pauli-Prinzip visualisiert, wodurch die Stabilität der Elemente erklärt werden kann.
Der Gitarrenspiegel und das daraus abgeleitete Modell der Quantenorgel stehen für einen pragmatischen Zugang zur Quantenphysik.
Dieser Beitrag wird in Kooperation mit dem Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster angeboten.
