Physics for Life Science Engineers 1

Das Modul Physik für Life-Science-Ingenieure vermittelt die Grundlagen der Experimentalphysik und gehört somit zur naturwissenschaftlichen Grundausbildung in das Bioingenieurwessen. Die Vorlesung ist zweisemestrig. Physik für Life-Science-Ingenieure 1 beinhaltet folgende Themengebiete:

1. Einheiten, Messgenauigkeit und Messfehler

2. Bewegungslehre, Newton-Bewegungsgesetze, Reibungs- und Scheinkräfte

3. Arbeit, Energie und Leistung, Energieumwandlung und Energieerhaltung

4. Elastische und plastische Stöße

5. Drehmoment, Trägheitsmoment und Drehimpuls, Rotationsenergie, Kreiselbewegungen.

6. Elastische und plastische Deformationen

7. Harmonische Schwingungen, Überlagerung von Schwingungen, gedämpfte und erzwungene Schwingungen

7. Mechanische Wellen, Wellengleichung, stehende Wellen, Interferenz und Beugung

8. Akustik und Doppler-Effekt

9. Hydrostatik und Hydrodynamik

Inhalt des Praktikums:
• Messen, statistische Theorie der Messunsicherheiten
• Mechanik (Waage, Schwingung und Resonanz)
• Wärmelehre (Zustandsgleichung realer Gase, Wärmeleitung, Brennstoffzelle)
• Optik (Spektralphotometrie, Mikroskop)
• Elektrizitätslehre (Elektrische Grundschaltungen, Wechselstrom, Elektrolyse)

Nach der Teilnahme an der Modulveranstaltung können die Studierenden:

• die eingeführten Begriffe aus Mechanik, Hydrostatik und Hydrodynamik definieren.
• die Bedeutung und die Aussagen der behandelnden mathematischen Gleichungen erklären.
• diese zur Lösung neuer physikalischer Fragestellungen in Stile der Übungsaufgaben anwenden.       

Sie haben sich dabei ein vertieftes Wissen und Verständnis der grundlegenden Konzepte in der Experimentalphysik angeeignet, das sowohl auf theoretischen Betrachtungen als auch auf experimentellen Beobachtungen beruht.

Grundwissen der Physik und Mathematik auf Abiturniveau ist wünschenswert.

Das Modul beinhaltet eine Vorlesung mit Demonstrationsexperimenten in der die grundlegenden Konzepte der Physik theoretisch vermittelt und praktisch veranschaulicht werden.

In der damit einhergehenden Übung werden die Vorlesungsinhalte anhand von Problemlösungen und Anwendungsbeispielen vertieft. Die Studierenden haben dabei die Möglichkeit, die Aufgaben mit Hilfestellung eines Tutors in der ersten Übungsstunde zu bearbeiten oder die Aufgaben vollständig selbstständig zu Hause zu lösen. Danach werden die Aufgaben in der Gruppe vorgerechnet und diskutiert. 

Im Praktikum werden die theoretischen Grundlagen durch die Durchführung und Auswertung von Versuchen in Zweiergruppen vertieft, technische und labortechnische Arbeitsweisen geübt und die Messergebnisse kritisch bewertet.

Folgende Medienformaten finden Verwendung:

• Präsentationen und handschriftliche Herleitungen (Vorlesung)
• Unterstützende Experimente (Vorlesung)
• E-learning Tools (Vorlesung)
• Vorlesungsunterlagen sowie Aufgaben und Lösungen werden online zu Verfügung gestellt (Vorlesung und Übung)
• Übungsstunden mit Tafelanschrieb (Übung)
• Praktikumsanleitungen werden online zu Verfügung gestellt (Praktikum)
• Durchführung, Dokumentation, Auswertung und Diskussion verschiedenen Experimenten (Praktikum)

• Notizen zur Vorlesung
• Versuchsbeschreibungen
• Olaf Frutsche: Physik für Biologen und Mediziner, Springer Spektrum 2013
• Paul A. Tipler: Physik. Spektrum Lehrbuch, 3. korr. Nachdruck 2000
• D. Giancoli: Physik, Pearson Verlag, 1. Auflage 2011
• Halliday, Resnick, Walker: Physik, Wiley-VCH, 1. Nachdruck 2005
• Ulrich Haas: Physik für Pharmazeuten und Mediziner. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft WVG, 6. bearb. U. erw. Auflage 2002

Die Modulprüfung besteht aus zwei Teilen. Die Lernergebnisse aus Vorlesung und Übung werden in einer 90-minütigen schriftlichen Klausur als Prüfungsleistung geprüft. Hierbei wird das Verständnis der grundlegenden Konzepte der Experimentalphysik durch offene Fragen und Fragen mit vorgegebenen Mehrfachantworten getestet. Die offenen Fragen zu Anwendungsbeispielen sind rechnerisch zu lösen. Die im Praktikum erworbenen Fähigkeiten und Kenntnisse werden in einer Laborleistung als Studienleistung geprüft, die mit der schriftlichen Erstellung eines Versuchsprotokolls abschließt. Diese Laborleistung dauert 240 Minuten und umfasst die Durchführung, Dokumentation, Auswertung und Diskussion eines Experimentes sowie die schriftliche Beantwortung von Fragen zu physikalischen Grundlagen, Durchführung und Versuchsaufbau. Die Note der Modulprüfung ergibt sich aus der Note der schriftlichen Klausur.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen. Auf die Note der Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt, wenn die/der Studierende mindestens zweimal korrekt eine Aufgabe in den Übungen vorgerechnet hat.

In der schriftlichen Klausur sind folgende Hilfsmittel zugelassen: Taschenrechner, handschriftliche Formelsammlung (maximal 1 A4-Blatt, handschriftlich beidseitig beschrieben).