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Phuntastisch

Physiksimulation in zwei Dimensionen

02.07.2009 Phun beweist, dass Physik auch sehr viel Spaß machen kann: Die Physiksimulation überzeugt zwar nicht gerade mit bestechender Grafik, dafür aber umso mehr mit dem Phun-Faktor.

Gedanken an die Schulzeit rufen so manchem den Physikunterricht als trockene und zumeist recht theoretische Unterrichtseinheit ins Gedächtnis, die nicht gerade die Lust am Schulfach förderte. Mit Phun kann diese Einstellung aber nachträglich ins Gegenteil umschlagen und die Begeisterung am Experimentieren in ungeahnte Höhen schnellen lassen. Die Software aus der schwedischen Universität Umea berechnet und simuliert die Auswirkung von verschiedenen Kräften auf Objekte, die Sie selber erstellen – und das unterhaltsam in vielen Farben. Wenn die künstliche Schwerkraft auf Wasser wirkt oder Autos gegeneinander fahren, sitzen Sie nicht außen vor: Selbst während der Simulation können Sie in Echtzeit eingreifen.

Phunstallation

Phun 5.28 finden Sie auf der Webseite Phunland [1] und dürfen es für nichtkommerzielle Zwecke auch kostenlos nutzen. Laden Sie zunächst das tgz-Archiv aus dem Downloadbereich unter der Zwischenüberschrift Linux herunter – wahlweise für 32-Bit- oder 64-Bit-Linux-Versionen. Entpacken Sie anschließend die Datei in Ihr Home-Verzeichnis, etwa /home/karsten/, dabei entsteht ein neues Unterverzeichnis Phun, das alle Dateien enthält. Phun benötigt noch zwei Bibliotheken, die Sie über den Paketmanager problemlos nachinstallieren:

  • OpenSuse-Nutzer spielen die Pakete SDL_image und libpng3 ein,
  • unter Ubuntu 8.10 installieren Sie die Pakete libpng3 und libsdl-image1.2,
  • und für Mandriva Linux 2009 das Paket libSDL_image1.2_0.

Außerdem ist aus Gründen der Performance die Installation der 3D-Treiber für die Grafikkarte von Vorteil.

Öffnen Sie ein Konsolenfenster, wechseln Sie mit dem Befehl cd Phun in den neuen Ordner Phun/ und starten Sie das Programm über den Befehl ./phun (mit führendem Punkt und Schrägstrich). Wie Sie einen Starter im KDE-Menü erstellen, verrät der Artikel K wie KDE und Komfort.

Als erstes fällt nach dem Start die sehr übersichtliche Programmoberfläche auf: Obwohl Phun für Objekte etliche Einstellmöglichkeiten anbietet, wird es auf dem Spielplatz der Physik nie unübersichtlich. Etwas unorthodox ist die Bedienung aber schon: Am oberen Bildschirmrand hängt die Hauptkontrollleiste mit dem Dateimenü und weiteren Programmfunktionen sozusagen in der Luft. Einzig das Dateimenü ist ein klassisches Drop-down-Menü, klappt also wie von anderen Anwendungen gewohnt nach unten auf. Alle anderen Elemente öffnen und schließen weitere Untermenüs in Form von Fensterchen. Von Beginn an geöffnet sind die Werkzeugleiste, das Simulations- und das Kontextmenü (Abbildung 1).

Abbildung 1

Abbildung 1: Sehr überschaubar und doch anders als gewohnt: die Arbeitsfläche von Phun.

Physikalische Fachausdrücke in englischer Sprache sind nicht jedermanns Sache – zum Glück haben die Entwickler Phun lokalisiert, und so ist die deutsche Sprache schnell über den Menüpunkt File / Change language (Sprache ändern) eingestellt. Jetzt kann es losgehen: Ein beherzter Klick auf den grünen Play-Knopf im Simulationsmenü lässt den Dingen ihren freien Lauf. Während die Buchstaben des Worts "Phun" der Schwerkraft nicht widerstehen können und nach unten fallen, steigt der Schriftzug "Welcome" nach oben. Ihn zieht das Objekt, das wie ein umgedrehtes "U" aussieht, zum Himmel. Der Fall ist klar: Es ist ein Magnet, der an einer Kette hängt. Via Klick auf die Stopp-Taste beenden Sie den Spuk. Möchten Sie die Szene noch einmal von vorn ablaufen lassen, vielleicht ohne Schwerkraft? Dazu ist die Rückspultaste im Simulationsmenü zuständig, die den letzten Schritt rückgängig macht. Bevor Sie wieder starten, deaktivieren Sie die Schwerkraft mit einem Klick auf das Symbol mit dem Gewicht an der Kette im Simulationsmenü.

Das macht Appetit auf mehr. Im Menü Datei / Szene laden verbergen sich weitere Sequenzen, so auch eine Szene namens Fountain (Abbildung 2). Diese besticht zwar auch nicht durch grafische Highlights, veranschaulicht aber sehr gut einige Funktionen von Phun. Sie zeigt ein gelbes Becken voll Wasser. An den zwei blauen vertikalen Stäben sind jeweils gelbe Schaufeln angebracht. Stab und Schaufel verbindet eine Achse (man könnte auch Gelenk dazu sagen) die der Schaufel die kreisrunde Bewegung ermöglicht und so das Wasser nach oben befördert.

Abbildung 2

Abbildung 2: Fontain ist eine von vielen vorgefertigten Szenen in Phun.

Alle Objekte haben die Gestalter mit den Tools aus der Werkzeugleiste erstellt (Abbildung 3) – Sie können das direkt nachvollziehen:

  1. Das Becken zeichnen Sie am besten mit einem Pinsel.
  2. Da es frei in der Luft schwebt und durch die Schwerkraft einfach nach unten fallen würde, können Sie es entweder auf einen Untergrund stellen, den Sie zuvor mit dem Flächen-Werkzeug erzeugen, oder das Element wie in diesem Beispiel an den Hintergrund anpinnen. Dafür ist das Tool Befestigung zuständig: Es verbindet ein Objekt mit dem Hintergrund oder zwei Elemente starr miteinander.
  3. Die zwei Stäbe und die Schaufeln erstellen Sie freihändig mit dem Polygonwerkzeug. Hier können Sie Ihrer Phantasie freien Lauf lassen und sind nicht an vorgegebene Formen wie Kreis oder Rechteck gebunden.

Stäbe und Schaufeln verbindet eine Achse. Aber was treibt die Schaufel zu diesem furiosen Wasserschöpfen an? Es ist die Funktion Motor.

  1. Markieren Sie die Achse, erscheint ein Kontextmenü, in dessen Unterpunkt Achsen Sie dieses Objekt zu einem Motor mit frei wählbarer Geschwindigkeit machen.
  2. Jetzt fehlt nur noch das Wasser. Um es zu erzeugen, benötigen sie ein Objekt (z. B. einen Kreis) in der Szene. In seinem Kontextmenü finden Sie dann im die Option Geometrie Aktionen / Verflüssigen.

    Abbildung 3

    Abbildung 3: Ein Ausschnitt der Werkzeugleiste von Phun mit den wichtigsten Tools.

Objekteigenschaften

Objekteigenschaften ändern Sie in Phun über die etlichen Einträge des Kontextmenüs. Neben der Farbe können Sie auch Materialeigenschaften festlegen. Je nachdem, aus welchem Werkstoff ein Objekt besteht, hat es unterschiedliche Dichte, Gewicht und Reibung. Es reagiert also vielfältig auf bestimmte Kräfte, die auf das Objekt einwirken.

Ein wichtiger Eintrag im Kontextmenü eines jeden Objekts, besonders für komplexere Szenen, ist das Kollisionsmenü. Phun unterstützt sozusagen mehrere Ebenen, auf denen sich physikalische Vorgänge abspielen können. Nur Objekte, die sich in derselben Kollisionsgruppe befinden, wirken auch aufeinander ein. Deaktivieren Sie in diesem Menü für einen der beiden Stäbe die Kollision mit Wasser, das quasi eine eigenständige Kollisionsgruppe darstellt, fließt das Wasser einfach durch den Stab hindurch – der ist dann keine Begrenzung mehr für den Springbrunnen. Wollen Sie die geänderte Szene für die Nachwelt bewahren, können Sie das über den Menüpunkt Datei / Szene speichern tun.

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