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Beschreibung, Erklärung und Ziele von JAPTIK
Erfolge, Aktuelles
technische Voraussetzungen
verwendete Software





Beschreibung, Erklärung und Ziele von JAPTIK

JAPTIK habe ich für Schüler Experimentieren 2002 (= Jugend forscht für jüngere), Themengebiet Physik geschrieben. Im April 2002 wurde ich Landessieger Bayern !

Meine Zielsetzung ist es, den Strahlenverlauf des Lichtes durch optische Systeme mit geometrischer Optik anhand von JAVA-Applets möglichst exakt zu berechnen und zu zeigen.
Dabei habe ich bewusst JAVA gewählt, weil man solche Applets bzw. Programme direkt im Browser laden kann und sie plattformunabhängig sind, also zum Einsatz auf eigentlich jedem Rechner geeignet sind.

Die Zielgruppen sind
  • Schule (z.B. Einsatz im Physikunterricht zur Veranschaulichung des Strahlenganges)
  • Optiker (zur Berechnung benötigter Werte und gleichzeitiger Veranschaulichung)
  • Interessierte (zum Verstehen optische Zusammenhänge und Berechnung)
  • Firmen (v.a. zur Berechnung von Daten, die ohne Geometrie-Unterstützung (bei meinen Applets Geometria von Dr. Ehmke) kaum zu ermitteln wären, siehe Zylinderlinse für LIMO GmbH)


  • Meine erste Zielsetzung ist es den Strahlenverlauf durch Linsen bzw. Linsensysteme, wie z.B. einem Fernrohr, für den Benutzer möglichst einfach, aber ebenso möglichst exakt zu berechnen und anzuzeigen.
    Als ich erkannte, dass bei der Berechnung des Strahlenverlaufs durch dünne Linsen normalerweise nur Näherungen verwendet werden (z.B. 1/f = 1/g + 1/b, wenn die Linse dicker wird oder die Strahlen zu weit von der optischen Achse entfernt sind, wird das Ergebnis ungenau/falsch) habe ich nach einer allgemeinen Möglichkeit, die auch für dicke Linsen exakt ist, gesucht und bin auf die Gaußschen Hauptebenen gestoßen (Ergebnis siehe Hauptebenen-Applet).

    Weil es damit jedoch sehr kompliziert ist Linsen mit konkaven oder planen Seiten zu berechnen und das Einbringen einer 2. Linse nur sehr schwer zu überblicken ist, habe ich mich entschlossen das Snelliusche Brechungsgesetz zu verwenden.
    Der Vorteil gegenüber der Hauptebenen-Lösung liegt darin, dass sich wesentlich einfacher der Strahlengang durch alle möglichen optischen Systeme (mit konvexen, konkaven und planen Flächen) berechnen und zeigen lässt, wobei die berechneten Werte sogar oft noch genauer sind.

    So basieren die meisten meiner Applets auf dem Brechungsgesetz: Totalfreflexion, planparallele Platte, Kugelfläche, Linsensystem, Zylinderlinse und Schmidtplatte.





    Erfolge und Aktuelles

    Ich habe das erste Mal im Juli 2001 auf einem Seminar in der Uni Würzburg (Preis für den 1. Platz bei der Fürther Mathematikolympiade im Kreis Schweinfurt) dieses Programm 'Euklid' gesehen. Ich fand es zwar ganz interessant, aber erst Ende Herbst 2001 habe ich mich richtig damit auseinandergesetzt, wobei ich nur durch Zufall wieder auf Euklid gekommen bin: Ich wollte meinem Physiklehrer Schulphysik eine einfache Frage zur Geometrie mailen. Da habe ich mich wieder an Euklid erinnert und bin in der Hilfe-Datei von Euklid auf Geometria von Dr. Timo Ehmke gestoßen.

    Mein Physiklehrer schlug mir dann vor, solche Applets für Jugend forscht zu schreiben. Und weil wir im Physikunterricht gerade Optik hatten, habe ich mich mal mit der Lochkamera versucht.

    So ging das dann immer weiter und ich lernte immer mehr über die Optik. Die Applets machen mir einen solchen Spaß, dass ich auch größere optische Zusammenhänge, z.B. Hauptebenen zeigen wollte.

    So sind jetzt seit Anfang Dezember 2001 etliche Optik-Applets entstanden. Ende Januar 2002 habe ich sie bei Jugend forscht eingereicht. Am 21. und 22. Februar war der Regionalwettbewerb Unterfranken in Knetzgau (80 km nordöstlich von Würzburg). Ich konnte die Jury recht gut überzeugen und wurde Regionalsieger Unterfranken im Fachgebiet Physik.

    Am 17. und 18. April 2002 war dann der Landesentscheid Bayern in Dingolfing. Auch dort ist mein Projekt sehr gut angekommen und ich wurde Landessieger Bayern !

    Demnächst werde ich hier vielleicht noch ein wenig von meinen Eindrücken von Jugend forscht erzählen. Außerdem werde ich noch ein paar Fotos auf die
    Foto-Seite stellen..


    Auch im Jahr 2003 habe ich beschlossen, wieder bei Jugend forscht teilzunehmen. Diesmal mit Java Applets zur Quantenmechanik. Nähere Informationen zu dem Projekt befinden sich hier.
    Stand: 29.03.2003




    technische Voraussetzungen

    Alle Applets sind in der Programmiersprache Java programmiert, d.h. sie sind plattformunabhängig. Java ist sehr verbreitet und auf vielen Systemen bereits installiert. Ob Java schon installiert ist, könnnen Sie ganz einfach mit dem Befehl java -version (unter Windows einfach in die Eingabeaufforderung eingeben) prüfen; der Befehl sollte etwa das hier ausgeben:

    java version "1.4.0_01"
    Java(TM) 2 Runtime Environment, Standard Edition (build 1.4.0_01-b03)
    Java HotSpot(TM) Client VM (build 1.4.0_01-b03, mixed mode)


    Um die Applets betrachten zu können ist Java ab Version 1.1.5 (z.B. Netscape Communicator 4.0.6, Internet Explorer 4.0, HotJava 1.1.5) erforderlich, die Version können Sie mit dem oben genannten Befehl ablesen (in dem Beispiel ist es 1.4.0). Die Hardware- Mindestvoraussetzungen sind 16 MB Arbeitsspeicher und 166 MHz Prozessor. Zudem dürfen Java-Applets im Browser auf keinen Fall deaktiviert sein.

    Sollten die Applets nicht laufen und der oben genannte Befehl nur eine Fehlermeldung erzeugen, müssen Sie Java 2 Runtime Environment (JRE) installieren. JRE können Sie kostenlos von http://java.sun.com/ herunterladen, die aktuelle Version ist 1.4. Zudem benötigen Sie noch die Virtual Machine (VM), die Sie von http://java.sun.com/getjava/download.html downloaden können. Wenn die Applets dann immer noch nicht laufen sollten, liegt das vermutlich an den Browsereinstellungen. Im Microsoft Internet Explorer 6.0 müssen Sie folgendes einstellen:
    Extras - Internetoptionen:
         Unter dem Reiter Erweitert:
             Java (Sun): Verwenden Sie Java 2 v1.x.x_xx für applet   aktivieren
             Microsoft VM: Java JIT-Compiler aktiviert    aktivieren
         Unter dem Reiter Sicherheit unter Internet - Stufe anpassen:
             Microsoft VM: irgendetwas, nur nicht deaktivieren.
             Scripting: alle 3 Einträge entweder auf Aktivieren oder Eingabeaufforderung, auf keinen Fall deaktivieren.

    Sollten die Applets danach immer noch nicht laufen nehmen Sie bitte unbedingt Kontakt mit mir auf !

    >> Lesen Sie zu diesem Thema auch einen Artikel von Moritz Beller !




    verwendete Software:

    Die Applets habe ich mit Dynageo Euklid von Roland Mechling und geometria von Dr. Timo Ehmke geschrieben. Beide haben mir bei Problemen immer sehr gut geholfen - vielen Dank !!!

    Euklid ist ein sehr gutes und sehr verbreitetes dynamisches Geometrieprogramm.
    geometria ist ein Java-Applet, das die von Euklid erzeugten *.geo Dateien in ein Applet umwandeln kann. Es ist mit geometria aber noch viel mehr möglich: Es gibt eine Schnittstelle zu JavaScript, was bedeutet, dass man die Werte und Daten des Applets direkt auf einer Homepage ausgeben kann oder über JavaScript berechnen kann, was gerade bei komplizierten Fallunterscheidungen sehr helfen kann !

    Ich kann beide Programme wirklich jedem sehr empfehlen !!