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Was hat zum Einsturz der Tacoma-Narrows Brücke geführt? oder Mit Newtons Grundgesetz der Mechanik Bewegungsprobleme numerisch lösen

Der Beitrag vermittelt das numerische Lösen von Differenzialgleichungen im Zusammenhang mit Bewegungsgleichungen anhand des Kontextes des Einsturzes der Tacoma-Brücke.

Verlag: T3 Deutschland - Materialien

Autor: Karl-Heinz Keunecke

Fach:  Mathematik  Physik

Schlagwörter

Die Lösung von Differenzialgleichungen ist ein wichtiges Werkzeug der Physik, um eine mathematische Beschreibung von Bewegungsvorgängen herzuleiten. Mit Computerunterstützung können im Physikunterricht der Sek II zahlreiche DGL numerisch gelöst werden.
Um bei Lernenden für den nicht ganz einfachen Weg Interesse für die numerische Lösung von Differenzialgleichungen zu wecken, wurde als Motivation der bekannte und im Internet frei verfügbare Film über den Einsturz der Tacoma-Narrow-Brücke gewählt und im Anschluss die Frage gestellt: „Was ist die Ursache für dieses Unglück?“
Zunächst sollten die Schülerinnen und Schüler nun an einem Feder-Masse-System erzwungene Schwingungen untersuchen. An diesem einfachen Modell sammelten die Schülerinnen und Schüler experimentell Erfahrungen, wie und unter welchen Bedingungen mit kleinen anregenden Kräften große Schwingungen entstehen können. Danach konnten sie zu dem System die Bewegungsgleichungen für erzwungene Schwingungen aufstellen und schließlich numerisch lösen.
Abschließend sind dann die Schülerinnen und Schüler aufgrund ihrer Ergebnisse in der Lage, den Einsturz der Tacoma-Brücke als Resonanzkatastrophe zu interpretieren.

Mail: kh.keunecke@keukiel.de

Der Beitrag ist in englischer Sprache im derive-Newsletter Nr. 118 erschienen. Dieser Newsletter ist ebenfalls auf der Materialdatenbank zu finden.

 

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