Wo steckt die potenzielle Energie?
Die unerwartete Stabilität der Sonne und die unerwartete Instabilität weißer Zwerge
F. HERRMANN
MNU 3, S. 254-257 (2023)
DOI: 10.5445/IR/1000158925
Zusammenfassung: Dieser Beitrag, der auf einem Vortrag beim MNU-Bundeskongress 2022 basiert, geht zwei auf den ersten Blick sehr unterschiedlichen Fragen nach.
In der Sonne läuft dieselbe Reaktion ab wie in einer Wasserstoffbombe. Sollte man nicht erwarten, dass die Sonne explodiert? Wenn man einem Himmelskörper Materie zuführt, sollte er größer werden. Ein weißer Zwerg wird dabei aber kleiner oder stürzt sogar zusammen. Warum tut er das?
Es mag überraschen, dass der Grund für beide Verhaltensweisen im Wesentlichen derselbe ist: die Tatsache, dass die Gravitationskraft mit dem Abstand vom Zentrum abnimmt.
Zwei Möglichkeiten das Altern zu verlangsamen - oder doch nur eine?
F. HERRMANN, M. POHLIG
MNU 06, S. 478-483 (2021)
DOI: 10.5445/IR/1000158396
Zusammenfassung: Im Zusammenhang mit der Relativitätstheorie begegnen uns in Schulbüchern zwei Situationen, in denen zwei Beobachter unterschiedlich schnell altern. Es scheint sich um zwei voneinander unabhängige Effekte zu handeln. Oft wird der eine als speziell-, der andere als allgemein-relativistisch bezeichnet. Tatsächlich handelt es sich beide Male um ein und denselben Effekt, beschrieben in zwei verschiedenen Bezugssystemen.
F. HERRMANN, M. POHLIG
MNU 06, S. 487-491 (2020)
Zusammenfassung: Die Masse wird gewöhnlich eingeführt als Maß für die Trägheit eines Körpers. Aber was will man überhaupt unter Trägheit verstehen? Wir führen ein Maß für die Trägheit ein. Es stellt sich heraus, dass für hohe, relativistische Geschwindigkeiten weder die Ruhemasse, noch die relativistische Masse die Anforderungen an ein sinnvoll definiertes Trägheitsmaß erfüllt. Wie wollen wir aber im Physikunterricht über Trägheit sprechen? Wie kann man die Alltagssprache der Schüler/innen nutzen und trotzdem zu einer soliden Begriffsbildung gelangen? Auf diese Fragen versuchen wir eine Antwort zu geben.
Kraftgesetze der Elektrodynamik – eine physikalische und didaktische Analyse
F. HERRMANN
MNU 72/3, S. 234-240 (2019)
Zusammenfassung: Es gibt drei Möglichkeiten, elektrostatische Kräfte zu berechnen: Erstens mit dem COULOMB’schen Gesetz, zweitens mit der namenlosen Gleichung F = Q · E und drittens mit der Formel für die mechanischen Spannungen im Feld. Die Brauchbarkeit und Zweckmäßigkeit der drei Formeln wird unter zwei Gesichtspunkten diskutiert:
• Mit welchem Kraftgesetz lässt sich ein gegebenes Problem am leichtesten lösen?
• Durch welches Kraftgesetz wird das Verständnis des Feldbegriffs am besten gefördert?
Es wird auch gezeigt, dass die Kraftgesetze der Magnetostatik und der Gravitation weitgehend analog zu denen der Elektrostatik sind.
Zur Formulierung von Erhaltungs- und Nichterhaltungssätzen
F. HERRMANN
MNU 71/3, S. 201-206 (2018)
Zusammenfassung: Zu jeder mengenartigen Größe lässt sich ein Satz über ihre Erhaltung oder Nichterhaltung formulieren. Für die elektrische Ladung lautet er: Elektrische Ladung kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Ein solcher Satz ist kurz und leicht verständlich. Oft formuliert man den Sachverhalt aber auf unnötig komplizierte Art. Manchmal ist die Formulierung nicht allgemein gültig; in anderen Fällen wird nur eine Konsequenz aus der Erhaltung bzw. Nichterhaltung ausgesprochen. Ein einheitliches Vorgehen könnte zur Klarheit und zur Straffung des Unterrichts beitragen.
Die Bilanzgleichungen für Energie, Impuls und Entropie
F. HERRMANN
MNU 68/2, S. 68-73 (2016)
Zusammenfassung: Der historische Prozess der Konstruktion einer mengenartigen Größe ging in den meisten Fällen in zwei Schritten vor sich. Zuerst wurde eine globale Erhaltung entdeckt: Wenn der Wert der Größe X an einem System A abnimmt, so nimmt er an einem anderen System B zu. Erst später wurde es möglich, die Erhaltung lokal zu formulieren. Dieser Ablauf lässt sich deutlich erkennen bei der Energie, dem Impuls und der Entropie. Die heutige Sprache der Physik ist in allen drei Fällen im Wesentlichen noch dieselbe wie zu der Zeit, als man die lokale Bilanzierbarkeit noch nicht kannte.
Das Thema "Sonne" im Physikunterricht
H. HAUPTMANN, F. HERRMANN
MNU 50, 239 (1997)
Zusammenfassung: In Anbetracht der Wichtigkeit der Sonne für die Existenz der Erde und die Existenz des Lebens auf der Erde sollte sie eines der wichtigsten Unterrichtsthemen sein. Nach unseren Lehrbüchern geurteilt, sieht es aber so aus, als hätte die Physik zur Sonne nicht viel zu sagen. Dabei liegen doch viele physikalische Fragen sehr nahe: Was brennt in der Sonne eigentlich? Und für den, der weiß, daß eine Fusionsreaktion abläuft: Warum expl.odiert die Sonne nicht? Warum brennt sie so lange und vor allem, warum so stabil? Es wird dafür plädiert, die Sonne sehr viel stärker in den Physikunterricht einzubeziehen. Es werden Themen zur Sonnenphysik vorgeschlagen.
Altlasten der Physik Altlasten der Physik
F. HERRMANN, G. JOB
MNU 46/6, S. 366-368 (1993)
Ein Konzept für die Informationstechnische Grundbildung im Rahmen des Physikunterrichts
F. HERRMANN, P. SCHMAELZLE
MNU 43, 406 (1990)
Zusammenfassung: Es wird ein Konzept fuer die Behandlung der verschiedenen Aspekte der Datenuebertragung, -speicherung und -verarbeitung im Physikunterricht der Sekundarstufe I vorgestellt. Das Konzept beruht darauf, dass die physikalische Groesse Datenmenge (das Shannonsche Informationsmass) eine aehnlich gebietsuebergreifende , ordnenede Funktion hat, wie die Energie. Die Datenmenge spielt hier aber nicht nur fuer die physikalischen Grundlagen der modernen Techniken, wie Elektronik, Videotechnik und Datenverarbeitung, eine wichtige Rolle, sondern auch in dern klassischen Disziplinen Optik und Akustik.
Felder als physikalische Systeme
F. HERRMANN
MNU 43, 114 (1990)
Zusammenfassung: Das Feld erscheint im ueblichen Unterricht als etwas Schwieriges, Abstraktes. Es soll hier gezeigt werden, dass das nicht so sein muss. Zuerst wird untersucht, woher die Schwierigkeiten bei der Bildung einer Anschauung vom Feld kommen. Dazu werden zunaechst einige Betrachtungen zur Geschichte unserer anschaulichen Vorstellungen vom Feld dargestellt, und es wird gezeigt, dass, wenn man die Ergebnisse der modernen Feldtheorie beruecksichtigt, sich eine sehr einfache, elementare Vorstellung vom Feld ergibt. Anschliessend werden die Konsequenzen fuer den Unterricht diskutiert.
Eine elementare Einführung in die Physik des Drehimpulses
F. HERRMANN
MNU 39, 274 (1986)
Zusammenfassung: Anhand zahlreicher Experimente wird eine einfache Einfuehrung in die Physik des Drehimpulses vorgestellt. Dabei wird sehr stark von einer Analogie Gebrauch gemacht, in der sich Drehimpuls und elektrische Ladung sowie Winkelgeschwindigkeit und elektrisches Potential entsprechen. Jedes Experiment wird in zwei Versionen dargestellt. zuerst das elektrische Experiment und dann das mechanische Analogon.
Das elektrische Potential im Unterricht der Sekundarstufe I
F. HERRMANN, P. SCHMAELZLE
MNU 37, 475 (1984)
Zusammenfassung: Es werden Ausschnitte aus einem Elektrizitaetslehrekurs vor gestellt, bei dem von vornherein mit dem elektrischen Potential operiert wird. Dieses Vorgehen hat mehrere Vorteile: (1) Ein Potentialwert bezieht sich (im Gegensatz zu einem Spannungswert) auf einen einzigen Punkt im Raum; man darf daher mit dem Potential genauso umgehen wie mit anderen intensiven Groessen. (2) Die Verwendung des Potentials ist aequivalent zur Anwendung der Maschenregel; zusammen mit der Knotenregel stehen damit den Schuelern die beiden fundamentalen Gesetze stationaerer Stromkreise zur Verfuegung. (3) Durch farbiges Kennzeichnen von Stellen gleichen Potentials lassen sich Schaltskizzen sehr uebersichtlich darstellen.