Universitt-Erlangen-Nrnberg
Didaktik der Physik
Jrgen Kretschmann                                      Erlangen, 29.03.1996
E-Mail: kretschmann@physik.uni-erlangen.de

  privat:
    Donato-Polli-Str. 42
    91056 Erlangen


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       N E P T U N     -     ein Programm zum Berechnen von Gezeiten

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WARNUNG
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Das Programm wurde bereits ausfhrlich getestet. Der Verleich der errechneten
Wasserstnde mit offiziellen Wasserstandstafeln liefert meist gute ber-
einstimmung. In wenigen Fllen treten jedoch erhebliche Differenzen auf.
In diesem Zusammenhang mache ich darauf aufmerksam, da die errechneten
Wasserstnde KEINESFALLS fr nautische Zwecke (Segeln, etc.) oder auch nur
fr die Vorausberechnung einer Wattwanderung herangezogen werden drfen.
Vor allem weise ich jede Verantwortung fr Personen- oder Sachschden von
mir, die in Zusammenhang mit diesem Programm entstehen.
Das Meer ist eine Naturgewalt, die sich nicht an mathematische Formeln hlt.
Halten Sie sich bitte beim Segeln oder Wattwandern an die offiziellen
Gezeitentafeln, achten Sie auf Rundfunkmeldungen und hren Sie auf Ein-
heimische. Mit den Gezeiten bzw. dem Wetter an der Kste ist nicht zu
spaen!!!

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Inhaltsverzeichnis dieser Datei:
  1. Hinweise zur Installation des Programmes
  2. Hinweise zum Betrieb
  3. Programmbeschreibung




1. Hinweise zur Installation:
   - NEPTUN wurde auf einem ATARI MEGA ST4 mit GFA-Basic 3.5 entwickelt.
     (Eine Atari-Version ist ebenfalls erhltlich.)
     Die hier vorliegende Version wurde mit GFA-Basic 4.37 fr Windows an
     Windows angepat. Wegen der recht kurzfristigen Anpassung kann es noch
     zu Problemen bei der Darstellung der Fenster geben. (Redraw Probleme)
   - Kopieren Sie den Ordner Neptun.Win komplett auf Ihre Festplatte!
   - Nun kann man das Programm NEPTUN.EXE direkt starten.
     Wichtig fr den Betrieb ist, da in dem selben Ordner, in dem sich das
     Programm befindet, auch ein Ordner NEPTUN.DAT existiert, der die Dateien
     GEZEIT.ORT und WELT.BMP enthalten mu. (Ansonsten ist das Programm
     nicht lauffhig und eine entsprechende Fehlermeldung wird ausgegeben.)


2. Hinweise zum Betrieb:
   - Die in der Datei GEZEIT.ORT enthaltenen Daten wurden folgendem Buch ent-
     nommen und werden als Literaturzitat im Rahmen meiner Zulassungsarbeit
     auszugweise weitergegeben.:
         SERVICE HYDROGRAPHIQUE ET OCEANOGRAPHIQUE DE LA MARINE - PARIS:
         TABLE DES MAREES DES GRANDS PORTS DU MONDE, Brest 1984
     In dieser Datei sind die vorliegenden Daten aller europischen, sowie 
     einiger nicht-europischer Hfen erfat. Mit Hilfe eines Texteditors
     kann die Datei GEZEIT.ORT beliebig erweitert werden. (das Vorliegen
     der bentigten Daten vorausgesetzt)
   - Fhigkeiten von NEPTUN:
         - Der Wasserstand in einem Hafen zu einer einzugebenden Zeit kann
           bestimmt werden.  (Hafen vorher einstellen)
         - Der Wasserstandsverlauf whrend einer beliebigen einzugebenden
           Periode kann fr einen Hafen graphisch dargestellt werden. Fr 
           die Periode 1 Tag werden zustzlich noch die Hoch- und Niedrig-
           wasserstnde gekennzeichnet. (Hafen vorher einstellen)
         - Gezeitenkalender knnen ausgerechnet werden. (Ausgabe auf 
           Bildschirm, Drucker oder Datei.)
         - Vorausberechnete Gezeitenkalender (mssen als Datei vorliegen)
           knnen graphisch dargestellt werden
         - Das Zusammenspiel Erde-Mond kann veranschaulicht werden
         - Die Funktionsweise einer analogen Gezeitenrechenmaschine, wie z.B.
           die ehemalige Maschine des Deutschen Hydrographischen Institutes
           (heute im Deutschen Museum, Mnchen), kann veranschaulicht werden.
         - Die bentigten Parameter zur Berechnung der Gezeiten eines Ortes
           knnen angezeigt werden.
 

3. Programmbeschreibung:

Im folgenden werden nacheinander alle Menpunkte beschrieben und erlutert:
Allgemein gilt: Lnger andauernde Prozesse lassen sich mit 'Q' abbrechen.
(Evtl. 2 mal drcken)


3.1. NEPTUN

3.1.1. Programminformation
       Informationen zu NEPTUN ber Funktionsumfang, Autor, etc.

3.1.2. Warnung
       Warnhinweis bezglich mglicher Gefahren bei der Verwendung von mit
       NEPTUN erstellten Daten.


3.2. Allgemein

3.2.1. Erklrungen der Abkrzungen
       Fr die Berechnung von Gezeiten werden sogenannte Teilgezeiten ver-
       wendet. Der Gesamtwasserstand errechnet sich aus der Summe der theo-
       retischen Wasserstnde der Teilgezeiten.
            
                h           = A   sin ( w t + f  )                            
                 Teilgezeit                    0                                      

       A = Amplitude der Teilgezeit (vom Ort abhngig)
       w = Winkelgeschwindigkeit (nur von Teilgezeit abhngig)
       t = Zeitpunkt, an dem berechnet werden soll
       f0= Winkel der Teilgezeit zu einem bestimmten 
                  Zeitnullpunkt (1.1.1982) (vom Ort abhngig)

       Unter diesem Menpunkt werden die Abkrzungen, die Ursachen, sowie die
       Winkelgeschwindigkeiten der Teilgezeiten kurz erklrt.

3.2.2. Warnung
       Warnhinweis bezglich mglicher Gefahren bei der Verwendung von mit
       NEPTUN erstellten Daten.
       
3.2.3. Programmende
       (kein Kommentar)
       

3.3. Orte

3.3.1. Auswahl Kstenort (Box)
       Auswahl eines Ortes fr den Berechnungen durchgefhrt werden sollen.
       Bitte geben Sie zur Auswahl eines Ortes einen Teil des Namens oder des
       Landes ein. Anschlieend werden alle gespeicherten Orte aufgefhrt,
       die in ihrem Namen oder in ihrem Landesnamen den eingegebenen Text 
       enthalten. Die Auswahl eines Ortes kann durch anklicken des Ortes und
       des Feldes Ort bernehmen erfolgen. Der Suchbegriff kann durch Anwahl
       der entsprechenden Box gelscht werden. Evtl. werden mehr Orte
       angeboten, als auf eine Bildschirmseite passen. In diesem Fall kann
       durch Anwahl des seitlichen Scrollbalkens die Liste der Kstenorte 
       verschieben.
3.3.2. Auswahl Kstenort (Klick)
       Es werden alle verfgbaren Kstenorte auf der Weltkarte markiert. Mit
       der Maus lt sich nun ein Kstenbereich markieren. Nach dem Mausklick
       kann man aus einer Liste der Kstenorte in diesem Gebiet den gewnschten
       Ort anklicken.
       Nach Anwahl eines Ortes erscheint eine Infotafel ber die wichtigsten
       Daten dieses Ortes (siehe 3.3.3.). Diese Tafel kann auch unter dem 
       Menpunkt "Information" angefordert werden.
       Die Lage eines ausgewhlten Ort es wird auf der Weltkarte markiert.
       Einige Orte sind mit + gekennzeichnet. Fr diese ist eine Berechnung
       nicht mglich, da der maximale theoretische Tidenhub weniger als 50cm
       betrgt. Fr die mit * gekennzeichneten Orte ist kann das hier ver-
       wendete harmonische Verfahren versagen. (Ungenaue Rechenergebnisse)

3.3.3. Information
       Infotafel ber die wichtigsten Daten eines Ortes (Gezeitenparameter, 
       geographische Daten, Zeitzone, erwarteter Gezeitenform, maximaler
       Tidenhub, etc.)


3.4. Berechnen

3.4.1. Hhe
       Berechnung der Hhe des Wasserstandes fr den ausgewhlten Ort zu
       einem bestimmten Zeitpunkt. Es mu das Datum und die Uhrzeit fr den
       zu berechnenden Zeitpunkt eingegeben werden.
       Bei Angabe von 01.01.1982 00:00 Uhr lt sich ein Vergleich mit einem
       vorgegebenen Referenzwert anstellen.

3.4.2. Graph
       Graphische Darstellung des Wasserstandsverlaufes fr den ausgewhlten
       Ort fr eine einzugebende Zeitspanne. (Angabe von Start- und Enddatum)
       Wenn ein GDOS korrekt angemeldet wurde, besteht die Mglichkeit den
       Graphen nicht nur auf Bildschirm, sondern auch auf Drucker auszugeben. 
       Ist die zu berechnende Zeitspanne in diesem Fall lnger als 1 Monat,
       so kann der Graph wahlweise entweder komplett oder monatsweise (je ein
       Blatt Papier pro Monat) ausgedruckt werden.
       Bei der Bildschirmdarstellung kann der jeweilige Wasserstand mit der
       Maus abgefragt werden. (Wasserstand und Uhrzeit in unterster Zeile)
       Bitte beachten Sie, da die Berechnung (speziell der Druckerausgabe)
       einige Zeit in Anspruch nehmen kann.

3.4.3. Gezeitenkalender
       Auf Drucker, Bildschirm oder Datei kann ein Gezeitenkalender ausge-
       geben werden. (Angabe der Hoch- und Niedrigwasserdaten fr den aus-
       gewhlten Ort in einer einzugebenden Zeitspanne). Auch hier kann die
       Berechnung je nach Lnge des Zeitintervalles einige Zeit in Anspruch
       nehmen.
       Bei Ausgabe in Datei schlgt NEPTUN einen Programmnamen vor, der sich
       aus einem Teil des Ortsnamens, sowie der Jahreszahl des zu berech-
       nenden Zeitintervalls zusammensetzt. Bitte stellen Sie sicher, da
       noch gengend Platz auf dem Speichermedium vorhanden ist. 
     
3.4.4. Langzeitgraphik
       Ein unter 3.4.3. berechneter und in einer Datei abgespeicherter Ge-
       zeitenkalender kann graphisch veranschaulicht werden. (Pro Tag wird
       jeweils das hchste Hochwasser und das niedrigste Niedrigwasser mar-
       kiert.) Eine Ausgabe auf Drucker ist derzeit noch nicht mglich.


3.5. Trickfilme 

3.5.1. Sinusgenerator
       Fr die mechanische Berechnung von Gezeiten wurden bis ca. 1975
       Hintereinanderschaltungen von bis zu 62 Sinusgeneratoren verwendet.
       In diesem Untermen wird ein Einzel-Sinusgenerator erklrt und seine
       Funktionsweise veranschaulicht.
       Durch Drcken der Tasten 0-8 lassen sich verschiedene Stufen des
       Aufbaus des mechanischen Sinusgenerators darstellen, die jeweils
       im Bild erklrt werden.
       Die Tasten + und - ermglichen es die Amplitude des dargestellten
       Sinus zwischen 0 und 130 zu variieren.

3.5.2. Gezeitenrechenmaschine
       Durch Hintereinanderschaltung mehrerer Sinusgeneratoren (3.5.1) wird
       die mechanische Berechnung von Gezeiten erreicht. Es lassen sich 
       einzelne Teilgezeiten durch drcken der Tasten 0-9 ein- bzw. aus-
       schalten. 
       S blendet noch zustzliche Haltestangen ein/aus.
       E erklrt die Abkrzungen der verwendeten Teilgezeiten. (siehe 3.2.1.)

3.5.3. Umlauf
       Darstellung des Umlaufs von Erde und Mond um den gemeinsamen Schwer-
       punkt. (Solange die linke Maustaste nicht gedrckt ist bleibt der Film 
       stehen). Auf der Erdoberflche lassen sich Punkte kennzeichnen, deren
       Verlauf whrend des Umlaufes nachgezeichnet wird. Da sich dabei para-
       lelle Kreise gleichen Radius ergeben, mu die Zentripetalbeschleu-
       nigung in allen Punkten der Erde zu jedem Zeitpunkt gleich sein.
       E ein-/ausschalten der Erdrotation
       + - schneller/langsamer
       S herstellen der Ausgangssituation

3.5.4. Mondphasen
       Darstellung der Entstehung der Mondphasen. Whrend des Umlaufes des
       Mondes kann man von der Erde aus unterschiedlich beleuchtete Teile
       des Mondes sehen. Der Film luft, solange die linke Maustaste ge-
       drckt ist.
       + - schneller/langsamer

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Da alle Programme, so auch NEPTUN.EXE nie ganz fertig bzw. fehlerfrei sind,
wre ich fr Hinweise auf Fehler whrend des Betriebs, sowie fr Anregungen,
vor allem in Bezug auf die Bedienung des Programmes, sehr dankbar.
Fr die Nutzung des Programmes erhebe ich keinerlei Gebhr. Mich wrde je-
doch interessieren, wer das Programm benutzt. Daher bitte ich jeden Nutzer,
mir eine Postkarte oder E-Mail zu schicken.

          Jrgen Kretschmann
          Donato-Polli-Str. 42
          91056 Erlangen

          kretschmann@physik.uni-erlangen.de

Unter diesen Adressen stehe ich bei Fragen oder Anregungen zur Verfgung.

Die Weitergabe des Programmes ist erlaubt und erwnscht. Trotzdem bitte
ich, alle Dateien nur komplett weiterzugeben.

NEPTUN ist im Zusammenhang mit meiner Zulassungsarbeit zum 1. Staatsexamen
entstanden. 
Dieser Arbeit enthlt:
- physikalische Beschreibung des Naturphnomens 'Gezeiten'
- Methoden zur Vorausberechnung von Gezeiten (mathematische Modelle)
- Beschreibung von Gezeitenrechenmaschinen (analog/digital)
- Historisches zum Thema Gezeiten
- Behandlung des Themas Gezeiten im Unterricht bzw. im Rahmen von Projekten
- Literaturquellen

Es wird sicher auch noch weitere (fehlerbereinigte) Versionen von NEPTUN 
geben. Wenn Sie mir eine Diskette und einen frankierten Rckumschlag
senden, bin ich gerne bereit, Ihnen die neueste Version von NEPTUN zu-
kommen zu lassen.

Viel Spa beim Spielen mit dem Programm

Jrgen Kretschmann


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Bekannte Fehler/Unzulnglichkeiten:
   - Das Fensterhandling ist nicht zu 100% in Ordnung

