Physiktisch

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Eine Werkbank für Mechanik und Optik: Du zeichnest Körper, verbindest sie mit Gelenken und Federn und lässt die Physik laufen. Laser, Linsen und Spiegel gibt es dazu. Alles bleibt auf deinem Gerät — es wird nichts hochgeladen.

So arbeitest du damit

Körper zeichnen. Wähle oben ein Werkzeug und zieh mit dem Finger über die Fläche: Das Rechteck A ziehst du diagonal von Ecke zu Ecke auf, den Kreis B vom Mittelpunkt nach außen. Mit dem Stift C zeichnest du eine beliebige Form freihand. Unter der Leiste steht jeweils ein kurzer Hinweis, was zu tun ist.

Beim Aufziehen zeigt ein gestrichelter Rahmen, wie groß das Rechteck wird.
Etwas festmachen. Alles, was du zeichnest, fällt zunächst nach unten. Soll ein Körper stehen bleiben — eine Rampe, eine Wand —, tippst du ihn mit dem Pfeil A an und öffnest das Panel B. Dort setzt du den Haken bei Fixiert C.

Mit dem Pfeil verschiebst du Körper auch, und über den runden Griff über einem ausgewählten Körper drehst du ihn.

Die Rampe ist ausgewählt (gestrichelt umrandet) und fixiert.
Laufen lassen. Der Knopf unten links A startet und hält an. Daneben gehst du mit dem Einzelschritt B jeweils eine sechzigstel Sekunde weiter. Das Tempo C stellst du bis auf ein Zehntel herunter — die Rechnung bleibt dieselbe, nur langsamer.

Am Laptop geht es auch mit der Leertaste.

Die Kugel rollt die Rampe hinab; die Punkte dahinter sind ihre Spur.
Eigenschaften einstellen. Ist ein Körper ausgewählt, zeigt das Panel seine Eigenschaften. Die Dichte A bestimmt zusammen mit der Fläche die Masse — sie steht in der Überschrift darüber. Dazu kommen Reibung B und Stoßzahl C: Bei 0 bleibt ein Körper nach dem Aufprall liegen, bei 1 springt er vollständig zurück. Unter Geschwindigkeit D gibst du ihm einen Anstoß in m/s.

Die Kugel ist ausgewählt; ihre Masse ergibt sich aus Dichte und Fläche.
Verbinden. Das Drehgelenk A setzt du mit einem Tipp auf einen Körper — er dreht sich dann um diesen Punkt. Liegen zwei Körper übereinander, verbindet es beide. Eine Feder B ziehst du von einem Punkt zum anderen. Schweißen C macht aus zwei überlappenden Körpern einen starren. Tippst du eine Feder an, stellst du im Panel ihre Härte D, Dämpfung und Ruhelänge ein.

Ein Drehgelenk kann auch als Motor laufen: Gelenk antippen, im Panel Motor einschalten.

Links ein Federpendel, rechts ein Stab am Drehgelenk mit angeschweißter Kugel.
Messen. Wähle den Körper aus, der dich interessiert, und wechsle im Panel auf den Reiter Diagramm. Dort wählst du die Messgröße A — Ort, Geschwindigkeit oder die Bahnkurve. Solange Aufzeichnen B angehakt ist, entsteht das Diagramm, während die Simulation läuft. CSV C speichert die Messreihe als Tabelle, Leeren beginnt von vorn.

Die Höhe des Federpendels über fünf Sekunden: eine gedämpfte Schwingung.
Licht, Linsen und Spiegel. Der Laser A und die Linse B werden mit einem Tipp gesetzt. Den Laser richtest du danach mit seinem Drehgriff aus. Bei der Linse legst du im Panel die beiden Radien C fest: positiv heißt nach außen gewölbt, negativ nach innen, 0 eben. Mit der Höhe D wird sie größer oder kleiner.

Jeder Körper kann Licht lenken: Stell im Panel die Oberfläche auf Spiegel oder Glas. Eine Linse mit Spiegel-Oberfläche wird zum Hohl- oder Wölbspiegel.

Drei parallele Strahlen treffen sich im Brennpunkt, 1,1 m hinter der Linse.
Die Welt einstellen. Im Menü oben rechts legst du die Fallbeschleunigung A fest — mit Knöpfen für Erde, Mond und 0. Unter Anziehung B ziehen sich Körper gegenseitig an, durch Gravitation oder über ihre elektrische Ladung. Die Geschwindigkeitspfeile C zeigen, wie schnell und wohin sich jeder Körper bewegt. Wer nicht bei null anfangen will, lädt eine der Beispielszenen D.

Das Menü: oben die Welt, darunter Anzeige und Beispielszenen.
Sichern. Weiter unten im Menü speicherst du die Szene als Datei A und öffnest sie später wieder B. Bild als PNG C macht ein Foto der Fläche, etwa für ein Protokoll. Link kopieren D erzeugt eine Adresse, in der die ganze Szene steckt: Schick sie jemandem, und die Szene öffnet sich mit einem Tipp.

Speichern, Öffnen, Bild und Link stehen im Menü unter „Szene“.

Zwei Dinge, die Zeit sparen: Jede neue Auswahl löscht die laufende Messreihe — wähle den Körper also, bevor du startest. Und neue Körper fallen: Was stehen bleiben soll, fixierst du zuerst.

Was noch geht

Einrasten. Der Magnet rechts neben dem Radiergummi lässt Ecken, Mittelpunkte und Gelenke auf das Raster springen und dreht in 15°-Schritten. Damit liegen Körper genau aufeinander, und eine Rampe hat wirklich 30°.

Löschen und Rückgängig. Das Radiergummi-Werkzeug entfernt, was du antippst oder überstreichst. Die Pfeile oben rechts nehmen die letzten 25 Änderungen zurück.

Ansicht. Mit dem Pfeil-Werkzeug verschiebst du die Ansicht, indem du auf eine leere Stelle tippst und ziehst; mit zwei Fingern zoomst du. Am Laptop gibt es dafür die Lupen unten rechts.

Weißes Licht. Ist ein Laser ausgewählt, schaltest du im Panel auf weißes Licht um. An einem Glasprisma fächert es sich in die Spektralfarben auf.

Dein Arbeitsstand wird laufend gesichert. Lädst du die Seite versehentlich neu, bietet dir das Werkzeug beim Start an, weiterzumachen. Diese Sicherung liegt in deinem Browser — auf einem anderen Gerät ist sie nicht da. Für alles, was dir wichtig ist, speichere die Szene als Datei.

Für Lehrkräfte Einordnung

Die Sandbox deckt schiefe Ebene, Stoßvorgänge, Pendel, Federschwinger und Zentralkräfte ab; über die Strahlenoptik kommen Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Dispersion sowie Linsen und gekrümmte Spiegel dazu. Die Optik rechnet mit exakten Kreisbögen, nicht mit dem Physik-Polygon der Linse — Brennweiten stimmen deshalb quantitativ: Die voreingestellte bikonvexe Linse (R = 1,1 m, n = 1,5) hat f = 1,1 m, wie es die Linsenmacherformel verlangt.

Aufgabenideen: Haft- und Gleitreibung auf der schiefen Ebene bestimmen und mit dem eingestellten Wert vergleichen; die Periode des Federpendels aus dem y(t)-Diagramm ablesen; ein Kepler-Labor bauen — g = 0, Anziehung auf Gravitation, eine fixierte, dichte Kugel als Sonne, ein kleiner Körper mit Startgeschwindigkeit. Mit v = √(G·M/r) entsteht eine Kreisbahn, mit weniger eine Ellipse, mit deutlich mehr eine Fluchtbahn. Die Masse fixierter Körper, die dafür gebraucht wird, zeigt das Panel an.

Im Unterricht bewährt: Die Zeitlupe rechnet mit demselben Zeitschritt wie der Normallauf, nur langsamer. Stöße lassen sich so in Ruhe betrachten, ohne dass sich das Ergebnis ändert. Die CSV-Datei nutzt Semikolon und Dezimalkomma und öffnet sich deshalb direkt in einer deutschen Tabellenkalkulation.

Grenzen, die man kennen sollte: Es gibt keine elastischen Körper, keine Flüssigkeiten und keine Seile. Die Anziehung rechnet über alle Körperpaare, bei vielen Körpern wird das spürbar langsam. Die Kraft ist auf 2000 N gedeckelt und der Abstand nach unten auf 0,2 m begrenzt, damit die Simulation bei Annäherung nicht explodiert — für quantitative Aussagen nahe am Zentralkörper ist sie deshalb nicht geeignet. An Linsen ist die sphärische Aberration sichtbar: Randstrahlen schneiden die Achse näher an der Linse als achsnahe. Das ist kein Fehler, sondern Physik, und lässt sich im Unterricht nutzen. Aufgezeichnet wird immer nur ein Körper, der gerade ausgewählte.

Datenschutz: Alles läuft im Browser. Der Arbeitsstand wird lokal gespeichert, damit ein versehentliches Neuladen nichts kostet. Es verlässt nichts das Gerät.

Szenen vorbereiten und verteilen: Bauen Sie einen Versuch einmal auf und kopieren Sie über das Menü den Link — er enthält die ganze Szene, es wird nichts gespeichert oder hochgeladen. In einer Folie, auf einem Arbeitsblatt oder auf dem Weg, auf dem Sie sonst Material verteilen, geteilt, startet damit die ganze Klasse mit demselben Aufbau. Die Links sind einige hundert Zeichen lang; für einen QR-Code lohnt sich eine kurze Adresse der Form physiktisch.html?szene=name, die eine Szene vom Server lädt.

Für eigene Erweiterungen liegt im Ordner des Werkzeugs ein ausführliches Entwicklerhandbuch (README.md) mit Datenmodell, Architektur und Kochbuch.