Wei­te­re Auf­ga­ben

5. 1. Ga­li­lei un­ter­such­te die Be­we­gung von Ku­geln, die eine ge­neig­te Rinne hin­un­ter­rol­len. Mit Hilfe scharf­sin­ni­ger lo­gi­scher Über­le­gun­gen kam er zum Schluss, dass alle Kör­per, un­ab­hän­gig von ihrer Masse, mit glei­cher Be­schleu­ni­gung fal­len: er ent­wi­ckel­te das Mo­dell des frei­en Falls.
      Tom ver­gleicht seine Vor­ge­hens­wei­se mit der Ga­li­leis. Dies ist in­so­fern rich­tig, als beide Male eine Be­we­gung ex­pe­ri­men­tell un­ter­sucht wird. Den­noch ist die Ziel­set­zung bei Tom und Lisa eine an­de­re. Er­läu­tern Sie dies.

      Ga­li­lei ver­wen­de­te sein Fall­rin­nen­ex­pe­ri­ment, um zu einer ab­stra­hier­ten Mo­dell­vor­stel­lung zu ge­lan­gen.
      Tom und Lisa ver­wen­den vor­han­de­ne Mo­del­le, um die Be­we­gung des Fahr­rads zu er­klä­ren.

   2. Nimmt das Ver­fei­nern der Be­schrei­bung tat­säch­lich kein Ende, wie Tom ver­mu­tet?
      Neh­men Sie dazu Stel­lung.

      Im Prin­zip lässt sich das Ver­fei­nern der Mo­del­le end­los fort­set­zen, al­ler­dings ist dem eine prak­ti­sche Gren­ze ge­setzt: das Ver­fei­nern ist nur so­weit sinn­voll, bis die Ab­wei­chun­gen der Pro­gno­sen von den Mess­da­ten in­ner­halb der Feh­ler­gren­zen lie­gen. Eben­so wäre es denk­bar, dass die Kom­plex­heit der Be­schrei­bung in kei­nem sinn­vol­len Ver­hält­nis zum Er­klä­rungs­ge­halt bzw. zur Pro­gno­se­fä­hig­keit mehr steht. Das Ende der Ver­fei­ne­rung ist also so­wohl ge­rä­te­ab­hän­gig als auch nut­zer­be­dingt.
      In der Ge­schich­te der Na­tur­wis­sen­schaf­ten gibt es viele Si­tua­tio­nen, in denen Ge­rä­teneu­ent­wick­lun­gen Er­kennt­nis­fort­schritt pro­vo­zie­ren. Ein ak­tu­el­les Bei­spiel sind Teil­chen­be­schleu­ni­ger.

6. Diese Auf­ga­be wurde ent­fernt.

7. An­ge­nom­men, Tom hätte das Schwin­gen einer an der Zim­mer­de­cke hän­gen­den Pen­del­leuch­te be­ob­ach­tet und pro­to­kol­liert.
   Auch an die­sem Bei­spiel lässt sich das Ver­fei­nern und Er­wei­tern der Mo­del­le ver­deut­li­chen. Stel­len Sie dies stich­wort­ar­tig dar.

   Als ers­tes Mo­dell kann zur Be­schrei­bung die har­mo­ni­sche Schwin­gung die­nen. Eine ge­naue­re Ana­ly­se zeigt, dass dies nur im Be­reich klei­ner Aus­len­kungs­win­kel kor­rekt ist. Im Wei­te­ren wird man die Dämp­fung der Schwin­gung be­rück­sich­ti­gen. Schließ­lich kann man in Be­tracht zie­hen, dass die Masse der Leuch­te nicht nur am un­te­ren Ende der Auf­hän­gung kon­zen­triert ist.

8. (als Grup­pen­ar­beit)

   1. Er­gän­zen Sie die Ta­bel­le in Auf­ga­be 3 indem Sie sich auf das Strah­len­mo­dell des Lichts be­zie­hen.

      Ei­gen­schaft	Bei­spiel an­hand Strah­len­mo­dell des Lichts
      Ein Mo­dell ver­ein­facht oder idea­li­siert das Phä­no­men. Das Phä­no­men wird auf As­pek­te re­du­ziert, die für den Ver­wen­dungs­zweck re­le­vant sind.	Im Strah­len­mo­dell geht man davon aus, dass es be­lie­big dünne Licht­bün­del gibt. Dies ist selbst bei La­ser­licht nicht rea­li­sier­bar. Ein ma­the­ma­ti­scher Strahl ist sta­tio­när, wäh­rend Licht sich aus­brei­tet.
      Ein Mo­dell be­ruht auf Vor­stel­lun­gen und Ge­set­zen mit deren Hilfe das Phä­no­men er­klär­bar und ver­steh­bar wird.	Licht­strah­len sind im Mo­dell be­lie­big dünn und ver­lau­fen im lee­ren Raum ge­rad­li­nig. Damit lässt sich er­klä­ren, dass Schat­ten scharf be­ran­det sind. Licht­strah­len be­fol­gen das Bre­chungs­ge­setz. Damit lässt sich z.B. die schein­ba­re He­bung eines Ge­gen­stands im Was­ser er­klä­ren.
      Ein Mo­dell er­mög­licht Pro­gno­sen. Es kann den Ab­lauf eines rea­len Vor­gangs vor­aus­sa­gen.	Mit dem Licht­strahl­mo­dell kann man z.B. auf Grund geo­me­tri­scher Über­le­gun­gen die Pha­sen des Mon­des vor­aus­sa­gen.
      Ein Mo­dell hat seine Gren­zen. Diese zei­gen sich z.B. im Ver­gleich der Pro­gno­sen mit den ex­pe­ri­men­tel­len Be­fun­den.	Im Licht­strahl­mo­dell kann ein Strahl be­lie­big dünn sein. Dies steht im Wi­der­spruch zu ex­pe­ri­men­tel­len Be­ob­ach­tun­gen. Die­ser As­pekt lässt sich also nicht auf das Phä­no­men über­tra­gen und um­ge­kehrt wird die Beu­gung von Licht vom Mo­dell nicht er­fasst.
      Das Er­ken­nen der Gren­zen eines Mo­dells regt zur Suche nach ver­bes­ser­ten Mo­del­len an. So wird Er­kennt­nis­fort­schritt mög­lich.	Das Wel­len­mo­dell des Lichts ist ein er­wei­ter­tes Mo­dell. Mit ihm kön­nen so­wohl die ge­rad­li­ni­ge Aus­brei­tung als auch Beu­gungsphä­no­me­ne er­klärt wer­den.
      Ein Mo­dell ist umso be­deu­tungs­vol­ler, auf je mehr Phä­no­me­ne es an­wend­bar und je ein­fa­cher es ist.	Das Quan­ten­mo­dell des Lichts ist noch um­fas­sen­der. Al­ler­dings zwingt es zu un­ge­wohn­ten Vor­stel­lun­gen.

   2. Er­gän­zen Sie die Ta­bel­le in Auf­ga­be 3 indem Sie sich auf das Wel­len­mo­dell des Lichts be­zie­hen.

      Lö­sung ana­log zu a)

   3. Er­gän­zen Sie die Ta­bel­le in Auf­ga­be 3 indem Sie sich auf das Teil­chen­mo­dell des Lichts be­zie­hen.

      Lö­sung ana­log zu a)

9. Lesen Sie im Buch Phy­sik 2; Gym­na­si­um Bad.-Württ.; Duden-Pae­tec Ver­lag die Sei­ten 25 und 119. Er­gän­zen Sie die Ta­bel­le in Auf­ga­be 3 unter Bezug auf das Scha­len­mo­dell des Atoms.

   Lö­sung ana­log zu 8a)

10. Das Bild hat den Titel Die Netze des Phy­si­kers
    Das Bild wurde ent­fernt. Es fin­det sich bei:
    Dürr; Das Netz des Phy­si­kers, dtv, Mün­chen, 1990, Seite 34
    oder in
    Un­ter­richt Phy­si­k_19_2008_Nr. 103, Seite 16

    Das Bild wirft eine Viel­zahl er­kennt­nis­theo­re­ti­scher Fra­gen auf. Wir schöp­fen sein di­dak­ti­sches Po­ten­zi­al nicht aus, son­dern be­gnü­gen uns mit ei­ni­gen we­ni­gen As­pek­ten.

    1. Er­läu­tern Sie, was die Netze des Phy­si­kers be­deu­ten kön­nen.

       Die Netze sind die ver­schie­de­nen Be­ob­ach­tungs­mit­tel und -ge­rä­te, mit Hilfe derer der Phy­si­ker seine In­for­ma­tio­nen ge­winnt. Wie Fi­sche even­tu­ell durch die Ma­schen des Net­zes ent­wei­chen kön­nen, so wer­den auch von den Be­ob­ach­tungs­ge­rä­ten ge­wis­se As­pek­te des Phä­no­mens nicht er­fasst. An­ders­ar­ti­ge Be­ob­ach­tungs­mit­tel kön­nen an­de­re As­pek­te zei­gen.

    2. Wel­che Ebene des Bil­des ist die Mo­dell­ebe­ne? Be­grün­den Sie.

       Die Ebene Na­tur­wis­sen­schaft­li­ches Ab­bild der Wirk­lich­keit ist die Mo­dell­ebe­ne. Hier ent­wirft der Phy­si­ker auf der Grund­la­ge der ge­sam­mel­ten In­for­ma­tio­nen ge­dank­li­che Bil­der .

    3. Manch­mal haben ver­schie­de­ne Phä­no­men­be­rei­che die­sel­be ma­the­ma­ti­sche Struk­tur. Geben Sie ein Bei­spiel an.

       Die ma­the­ma­ti­schen For­meln für har­mo­ni­sche Schwin­gun­gen las­sen sich so­wohl auf me­cha­ni­sche als auch auf elek­tro­ma­gne­ti­sche Schwin­gun­gen an­wen­den, wenn man die Va­ria­blen ge­eig­net zu­ord­net.

    4. Wieso sind auf der Ebene Ei­gent­li­che Wirk­lich­keit lau­ter Fra­ge­zei­chen no­tiert?

       Die Fra­ge­zei­chen deu­ten wahr­schein­lich an, dass man die Rea­li­tät nie voll­stän­dig ver­ste­hen kann. Der Er­kennt­nis­pro­zess hört nie auf.

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Hin­wei­se und Lö­sun­gen: Her­un­ter­la­den [doc] [182 KB]