Stefan Gerlach

Physikalische Aufgaben mit dem Computer zu lösen, ist eine zunehmend wichtige Kompetenz. Dieses Lehrbuch führt Sie durch alle erforderlichen Schritte, beginnend bei den Grundlagen von Computern über die Programmierung und Datenverarbeitung hin zu den numerischen Methoden bis zu konkreten physikbezogenen Projekten. Besonderheiten: Mit diesem Buch wird das Grundwissen für wissenschaftliches Arbeiten gelegt, denn Begrifflichkeiten wie Datenkompetenz und Forschungsdatenmanagement inklusive Open Science und Gute wissenschaftliche Praxis sind längst nicht mehr aus der Wissenschaft wegzudenken. Kapitelweise wird das Erlernte mit vielen Beispielen, Übungen mit Lösungen, digitalen Karteikarten sowie Online-Programmcodes verdeutlicht und auf bekannte Probleme der Physik angewandt. Der Inhalt: 1. Einleitung – 2. Hard- und Software – 3. Datenspeicherung – 4. Arbeiten mit Linux – 5. Programmieren in C – 6. Programmieren in Python – 7. Wissenschaftliches Rechnen – 8. Arbeiten mit Daten – 9. Hochleistungsrechner – 10. Zahlendarstellung und Numerische Fehler – 11. Numerische Standardverfahren – 12. Numerik von gewöhnlichen Differenzialgleichungen – 13. Verfahren der linearen Algebra – 14. Zufallszahlen – 15. Der Oszillator – 16. Nichtlineare Dynamik – 17. Randwertprobleme – 18. Anfangswertprobleme – 19. Eigenwertprobleme – 20. Daten- und Signalanalyse – 21. Stochastische Methoden Neuerungen: In der 3. Auflage wurden alle Kapitel aktualisiert, teilweise erweitert und zwei neue zu Datenspeicherung und Datenverarbeitung ergänzt. Kapitelweise wurden Flashcards und Jupyter Notebooks neu eingeführt. Die Zielgruppe: Dieses Buch ist in erster Linie gedacht für Bachelorstudierende der Physik, aber auch anderer naturwissenschaftlicher Fächer sowie deren Lehrende. Vorkenntnisse: Computerwissen, Linux, C, Python u. Git werden nicht vorausgesetzt. Nur in Projekten wird auf Wissen aus den Grundvorlesungen der Physik zurückgegriffen.

Es gibt wenige Begriffe in Schellings Philosophie, die über die Jahrzehnte ihrer Entwicklung hinweg derart kontinuierlich gebraucht wurden und eine derart zentrale Stellung erworben haben, wie Schellings Konzept von 'Potenz' - und keinen, der dabei in der Forschung so unklar geblieben wäre, wie dieser. Der Grund hierfür liegt darin, dass es bei Schelling nicht eine Bedeutung von 'Potenz' gibt, sondern dass er eine Vielzahl von begrifflichen Modellen damit verbindet und diese zudem untereinander je neu kombiniert. Stefan Gerlach unternimmt es, Schellings Philosophie der Potenz für alle Werkphasen von der Naturphilosophie bis ins Spätwerk zu untersuchen. Er zeigt, welche unterschiedlichen Bedeutungen Schelling mit dem Begriffsfeld Potenz/Potenzen/Potenzieren verbindet, und worin ihre jeweilige systematische Funktion innerhalb seiner zentralen Schriften liegt.

Dieses Lehrbuch bietet dem Leser eine aktuelle Einführung in das Lösen von physikalischen Problemen mit dem Computer. Die Grundlagen der Computernutzung, der Programmierung sowie der wichtigsten numerischen Methoden werden besprochen und anhand vieler Beispiele und Übungsaufgaben mit zunehmendem Bezug zur Physik verdeutlicht. Die Nutzung des Betriebssystems Linux und die Programmierung in C und Python bilden dabei die Schwerpunkte. Der wichtigste Teil des Buches umfasst die Projekte, in denen die zuvor besprochenen Grundlagen auf unterschiedliche Probleme der Physik angewendet werden. Die Projekte beinhalten viele wichtige Beispiele aus der Computerphysik (u.a. den Oszillator und Anfangswertprobleme) und diskutieren deren Anwendungen im Detail. Der Leser erhält damit das nötige Rüstzeug, um selbstständig physikalische Probleme mithilfe des Computers zu lösen. Zahlreiche Übungsaufgaben unterstützen beim Vertiefen des Erlernten. Neben einer Vielzahl an kleinen Ergänzungenund Verbesserungen ist die zweite Auflage um ein zusätzliches Projektkapitel zum Thema Daten- und Signalanalyse erweitert, wobei wichtige Themen wie statistische Methoden, Filtermethoden und Bildanalyse behandelt werden. Dieses Buch ist in erster Linie für Bachelorstudenten der Physik, aber auch anderer naturwissenschaftlicher Fächer gedacht. Es kann aber auch von Lehrern und Dozenten zur eigenen Vorbereitung genutzt werden. Vorkenntnisse auf dem Gebiet setzt dieses Buch nicht voraus. Nur in den Projekten wird auf Wissen aus den Grundvorlesungen der Physik zurückgegriffen.