Freitag , 23.03.2001 - DPG-Tagungen

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Didaktik der Physik Mittwoch DD 6 Fachübergreifende Aspekte I Zeit: Mittwoch 14:15–15:35 Raum: N 3380 DD 6.1 Mi 14:15 N 3380 Vom Kochtopf zur Estonia: Auftrieb und Stabilitaet des Schwimmens — Alfred Pflug — Lehrstuhlfuer Didaktik der Physik, FB 2 Physik, Universitaet Dortmund, 44225 DORTMUND Warum schwimmen Knoedelund Spaetzle im siedenden Wasser hoch,wenn sie gar sind, waehrend Nudeln zwar im Wasser quellen, aber stets am Boden des Kochtopfes liegen bleiben, sodass in diesem Fall die Garzeit angegeben werden muss? Neben solchen Fragen kontextorientierter Physik in der Kueche werden Aspekte der Stabilitaet des Schwimmens betrachtet,die eine praktische Bedeutung fuer die Schifffahrt besitzen: Autofaehren mit einem relativ zu ihrem Tief- gang großer Hoehe und vergleichsweise geringer Breite, die also in engen und seichten Hafenbecken ankern koennen, werden mit Brettern verglichen,die äufrecht” schwimmen. Das ist bei genuegend geringer mittlerer Massendichte zwar moeglich, der Stabilitaetsbereich dieser Gleichgewichtslage ist allerdings stark eingeschraenkt und nimmt zusaetzlich weiter ab, wenn die ”Ladung” nicht starr mit dem Schiff verbunden ist(etwa bei einem Wassereinbruch wie beim Unter- gang der Ostseefaehre Estonia). In einem sehr engen Dichtebereich schwimmender, homogener quadratischer Balken tritt sogar eine spon- tane Symmetriebrechung auf und die (bis auf Spiegelung einzige!) stabile Schwimmlage besitzt ”Schlagseite”! Die meisten Effekte werden sowohltheoretisch berechnet als auch praktisch demonstriert. DD 6.2 Mi 14:35 N 3380 Einfuehrung des Energiebegriffs mit Hilfe menschlicher Sinnesorgane — Hans-Otto Carmesin — Hohenwedeler Weg 136, 21682 Stade Die Energie kann nicht durch ein einzelnes Messverfahren operationalisert werden, da sie in unterschiedlichsten Formen vorkommt. So kommt es, dass Schueler oft die Energie unzureichend von der Kraft unterscheiden. Bei der vorgestellten Einfuehrung gehe ich von der Tatsache aus, dass Schall- sowie Lichtenergie proportional zur Schall- sowie Lichtintensitaet sind und daher beim Sehen und Hoeren unmittelbar empfunden werden. So koennen Schueler mit den schlichtesten experimentellen und denkerischen Mitteln den Energiebegriff qualitativ und quantitativ erfassen. Auch koennen sie Messgeraete durch Sinne ersetzen sowie die zum Hoeren, Sehen, Tasten und Temperaturempfinden noetigen Energien be- DD 7 Posterausstellung stimmen, miteinander vergleichen und beurteilen. Es werden Experimente vorgefuehrt und Ergebnisse einer Unterrichtseinheit praesentiert. DD 6.3 Mi 14:55 N 3380 The HEMMKILL-Maschine - A Valve Stirred Version of The STIRLING-Motor for The Utilisation of Moderate Temperature Differences as Given By Geothermal and Solar Energy. — Hermann. M. M. KILLESREITER — Private Creations D-38678 CLAUSTHAL-ZELLERFELD As an example for popular science terms will be regarded the PER- PETUUM MOBILE in an artificially constructed world, which finds in practice many machines using well-known so-called unlimited energy reservoirs[R. BECKER: Theory of Heat]. Following this line and remembering the CARNOT-Process, there will be given an introduction into technically important phase diagrams of ACKERETT, KELLER, JOULE, LORENZ, STERLING and PHILIPS and be explained the thermodynamics of the HEMMKILL-Machine, the name of which arises from the author’s initials. Most importent is always the efficien- cy of machines, which has been derived as Eta = 1/[(Cv/R) ln(T1/To/lnV2/V1)+1]. Finally, there will be outlined some technically possible applications using geothermal and solar energy, last not least referring to the ocean as one of the infinite energy reservoirs. hmmk DD 6.4 Mi 15:15 N 3380 Die neuzeitliche Physik - aus dem Geiste der Musik — H. Joachim Schlichting — Institut Didaktik der Physik / WWU Muenster Zwischen der Musik als akustischem Phaenomen und der physikalischen Forschung als einer Art Suche nach musikalischen Harmonien bestehen zahlreiche Beziehungen. Bei der Beschreibung von Musik und Musikinstrumenten spielt die Physik eine wichtige Rolle. Umgekehrt hat die Musik weit über rein metaphorische Bezuege hinausgehend vor allem in der revolutionären Phase, die der Ausbildung des Paradigmas der neuzeitlichen Physik vorausging, der physikalischen Forschung wichtige Impulse gegeben. Vor dem gemeinsamen kulturellen Hintergrund der Entwicklung von neuzeitlicher Musik und Physik sollen einige Aspekte dieser Beziehungen skizziert werden. Zeit: Donnerstag 11:15–12:30 Raum: Hinteres Foyer DD 7.1 Do 11:15 Hinteres Foyer Alternative Lernformen im Physikunterricht — Rita Wodzinski —Universität Gesamthochschule Kassel Das Poster stellt die Konzeption eines fachdidaktischen Seminars im Rahmen der Lehramtsausbildung (SekI und II) an der Universität GH Kasselzum Thema alternative Lernformen im Physikunterricht zur Diskussion. Zieldes Seminars war, die Studierenden für Alternativen zum Frontalunterricht zu sensibilisieren und sie zu ermutigen, diese in ihrem späteren Physikunterricht verantwortungsvoll einzusetzen. Das Poster informiert über Inhalte der Veranstaltung sowie über Ergebnisse einer abschließenden Evaluation. DD 7.2 Do 11:15 Hinteres Foyer Alternative Lernformen im Physikunterricht - Ergebnisse eines Seminars mit Lehramtsstudierenden — Rita Wodzinski —Universität Gesamthochschule Kassel Das Poster stellt die Konzeption eines fachdidaktischen Seminars im Rahmen der Lehramtsausbildung (SekI und II) an der Universität GH Kasselzum Thema alternative Lernformen im Physikunterricht zur Diskussion. Zieldes Seminars war, die Studierenden für Alternativen zum Frontalunterricht zu sensibilisieren und sie zu ermutigen, diese in ihrem späteren Physikunterricht verantwortungsvoll einzusetzen. Das Poster informiert über Inhalte und Ergebnisse einer abschließenden Evaluation der Veranstaltung. DD 7.3 Do 11:15 Hinteres Foyer JAPI – Eine Bibliothek zur plattform- und sprachunabhängigen Entwicklung grafischer Benutzeroberflächen — Merten Joost und Udo Backhaus —Universität Koblenz, Rheinau 1, 56075 Koblenz JAPI stellt eine Bibliothek dar, die es ermöglicht, sehr einfach grafische Benutzeroberflächen zu programmieren. Um einen möglichst großen Benutzerkreis anzusprechen, kann die Bibliothek unter verschiedenen Programmiersprachen genutzt werden. Auf dem Poster werden Aufbau und Inhalt der in dem gleichnamigen Vortrag vorgestellten Bibliothek detailliert dargestellt. In der Postersitzung wird darüber hinaus den Interessenten die Entwicklung mehrerer kleiner Beispielprogramme wahlweise in den Programmiersprachen Basic, Pascal, C oder Fortran vorgestellt. Die Programme werden anschließend auf einem Laptop demonstriert. Da die Bibliothek im Web frei verfügbar ist, kann jeder Interessierte sie sofort einsetzen. Im Web befindet sich zudem eine ausführliche Dokumentation. DD 7.4 Do 11:15 Hinteres Foyer Konzepte zum Lehren und Lernen mit Interaktiven Bildschirmexperimenten — Jürgen Kirstein, Holger Dietz und Meike Zastrow —TUBerlin,PN1-1,Institutfür Fachdidaktik Physik und Lehrerbildung, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin Im Rahmen der fachdidaktischen Forschung zum Einsatz von Multimedia-Systemen für das Lehren und Lernen von Physik beschäftigt sich unsere Arbeitsgruppe mit neuen Konzepten zur multimedialen Repräsentation physikalischer Experimente in verschiedenen
Didaktik der Physik Donnerstag Lehr-Lern-Konzepten. Im Zusammenhang mit Untersuchungen zu didaktischen Anwendungen des am Institut für Fachdidaktik Physik und Lehrerbildung entwickelten neuen Unterrichtsmediums “Interaktives Bildschirmexperiment“ (IBE) wird eine Übersicht der folgenden Forschungsbereiche gegeben: 1. Konzeption multimedialer Selbstlern-Module zur Ergänzung und Erweiterung physikalischer Experimente in Präsenzangeboten. 2. Erschließung neuer Experimente in multiplen Kontexten (Alltag, Technik, Beruf) durch den Einsatz von Multimediatechnologie. 3. Lehr-Lern-Strategien und Experiment-Repräsentationen im synchronen und asynchronen Tele-(Gruppen)Lernen virtueller Bildungsangebote. 4. IBE basierte Lernumgebungen zur Vorbereitung Physikalischer Praktika. DD 7.5 Do 11:15 Hinteres Foyer Chaos im Sonnensystem — Melanie Köhler, Volkhard Nordmeier und H. Joachim Schlichting — Institut für Didaktik der Physik / WWU Münster Nachdem durch das kopernikanische System die Erde zum Planeten avancierte und damit die alte Sicherheit eines festen Grundes“ nicht ” mehr gegeben war, beschäftigte die Physiker immer wieder die Frage nach der Stabilität des Planetensystems. Nachdem Laplace die Stabilität nachgewiesen zu haben glaubte, zeigte gegen Ende des 19. Jahrhunderts Poincare, dass selbst in einem Planetensystem aus drei Körpern chaotisches Verhalten eintreten kann. Im Rahmen der Untersuchung dynamischer Systeme hat man sich seit einigen Jahren dieser Problematik erneut angenommen und untersucht vor allem mit Computersimulationen, wie trügerisch die Vorstellung ist, dass die vollkommene Periodizität der Bewegungen immer so gewesen ist bzw. immer so bleibt. Am Beispiel des eingeschränkten Dreikörpersystems wird die Thematik mit Blick auf einen schulischen Zugang diskutiert. DD 7.6 Do 11:15 Hinteres Foyer SiNiS - Simulation Nichtlinearer Systeme — Oliver Busse, Volkhard Nordmeier und H. Joachim Schlichting — Institut für Didaktik der Physik / WWU Münster Vorgestellt wird das Softwarepaket SiNiS zur Modellbildung und Simulation Nichtlinearer Systeme. Mit SiNiS können typische chaotische Systeme wie das Lorenz- und das Rössler-System, der Toda-Oszillator, das Überschlags- und das Rotationspendel (Pohlsches Rad) hinsichtlich ihres dynamischen Verhaltens numerisch untersucht werden. DD 7.7 Do 11:15 Hinteres Foyer Impulsströme in Tragwerken — F. Herrmann 1 und M. Grabois 2 — 1 Abteilung für Didaktik der Physik, Universität, 76128 Karlsruhe — 2 Facultad de Ingeniería Química, Universidad delLitoral, Santa Fe, Ar- gentina Wenn ein Körper auf einen anderen eine Kraft ausübt, ändert sich der Impuls beider Körper. Die Impulszunahme des einen Körpers ist gleich der Impulsabnahme des anderen. Diese Tatsache legt es nahe, Kräfte als Impulsströme zu interpretieren. Allerdings setzt eine solche Interpretation noch voraus, dass eine lokale Stromdichte definiert werden kann. Dass das tatsächlich möglich ist, zeigte 1908 Max Planck. Wir betrachten hier die Mechanik der Tragwerke, d. h. den Spezialfall, in dem der Impuls in diskreten Kanälen fließt (ähnlich wie Wasser in Flüssen oder elektrische Ladung in Drähten). Ströme lassen sich anschaulich graphisch darstellen durch ein Stromlinienbild. Da der Impuls eine Vektorgröße ist, braucht man für eine solche Darstellung drei Stromlinienbilder: eine für jede kartesische Komponente. Die hier dargestellten Systeme sind nur in zwei Richtungen ausgedehnt. Daher reichen zwei Bilder: eins für den Strom des x-Impulses und eins für den des y-Impulses. Alle Bilder können mit Hilfe weniger Regeln gezeichnet werden. DD 7.8 Do 11:15 Hinteres Foyer Lichtfelder mit LightLab 2.0 — T. Wünscher, H. Hauptmann und F. Herrmann — Abteilung für Didaktik der Physik, Universität, 76128 Karlsruhe Das interaktive Computerprogramm LightLab gestattet es, die Verteilung von Energiedichte und Energiestromdichte in inkohärenten Lichtverteilungen graphisch darzustellen. LighLab 2.0 ist nicht nur wesentlich bequemer und schneller als LightLab 1.0, es hat auch einige neue Funktionen. So kann man außer ebenen lambertschen Strahlern jetzt auch laserartige, sowie nahezu punktförmige Lichtquellen simulieren. Die Bei- spiele zeigen, dass das Programm besonders geeignet ist, den thermodynamischen Aspekt elektromagnetischer Felder zu veranschaulichen. Auch haben wir einen Effekt entdeckt, den mindestens wir bisher nicht kannten: Die gemittelte Energiestromdichte kann geschlossene Linien aufweisen, so wie man es von den Poyntingvektor-Feldlinien kennt. DD 7.9 Do 11:15 Hinteres Foyer Optische Holographie ohne Schwingungsisolierung — Michaela Knittel und Gerhard Wäckerle — 2. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart Im Rahmen einer Staatsexamensarbeit wurde ein Aufbau zur Aufnahme von Reflexionshologrammen entwickelt, bei dem auf die üblicherweise notwendige und kostenintensive Schwingungsisolierung vollständig verzichtet werden kann. Mit dem Aufbau ist es möglich in einem abdunkelbaren Raum auf einem normalen stabilen Tisch optische Hologramme handelsüblicher Qualität aufzunehmen. Dadurch kann eine Vorführung zur Hologramm-Entstehung und Rekonstruktion in Schule und Hochschulekostengünstig realisiert werden. Für die Hologramm-Aufnahme werden ausschliesslich ein He-Ne-Laser, eine kurzbrennweitige Aufweitungslinse und ein Spiegel, sowie holographische Silberhalogenid-Filme und geeignete Entwicklungschemikalien benötigt. Die verwendeten Komponenten werden beschrieben und einige Einsatzmöglichkeiten des Aufbaus an Schule und Hochschule vorgestellt. DD 7.10 Do 11:15 Hinteres Foyer Messungen mit Kapazitätsdioden — Wolfgang Schenk, Dierk Kürschner und Sandro Wenzel —Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Universität Leipzig Kapazitätsdioden, die man auch als Varaktoren (englisch varactors) bezeichnet, werden überwiegend zur Abstimmung von Schwingkreisen verwendet. In einem Versuch unseres Physikalischen Anfängerpraktikums werden neben der bei Kapazitätsdioden bekannten Abhängigkeit der Kapazität von der in Sperrichtung angelegten Spannung auch Messungen mit handelsüblichen Hochleistungs-Si-Dioden durchgeführt. Letztere werden zusammen mit einer Induktivität in einem Serienkreis vermessen. Dann kann durch die Bestimmung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von der Diodensperrspannung die wirksame Diodenkapazität ermittelt werden, die sich unter Berücksichtigung einer spannungsabhängigen Sperrschichtkapazität und einer parasitären, konstanten Parallelkapazität ergibt. Mit dieser Korrektur erhält man vernünftige Werte für die Diffusionsspannung und die mittlere Ausdehnung der Raumladungszone. Zusätzlich sind mit dieser Versuchsanordnung Experimente zum nichtlinearen Schwingkreis möglich. DD 7.11 Do 11:15 Hinteres Foyer Wirbelströme im Alltag aus der Sicht der Schulphysik — Gregor Grüning, Marcus Nientiedt und H. Joachim Schlichting —Universität Münster, Institut für Didaktik der Physik, Wilhelm-Klemm-Str. 10, 48149 Münster In zahlreichen technischen Anwendungen und Geräten (wie z.B. Tachometer, Induktionskochfeld, Wirbelstrombremse, Wechselstromzähler u.ä.) wird das physikalische Phänomen des Wirbelstroms ausgenutzt. Ausgehend von bekannten Wirbelstrom–Effekten, wie z.B. beim Waltenhofenschen Pendel werden einfach zu realisierende Modellversuche skizziert, die einen Zugang mit Mitteln der Schulphysik zu den technischen Anwendungen im Alltag ermöglichen. DD 7.12 Do 11:15 Hinteres Foyer Infrarotfernbedienungen aus dem Blickwinkel der Schulphysik — Kai Sommerhage, Marcus Nientiedt und H. Joachim Schlichting —Universität Münster, Institut für Didaktik der Physik, Wilhelm-Klemm-Str. 10, 48149 Münster Infrarotfernbedienungen sind aus unserem Alltagsleben nicht wegzudenken. Am Beispiel einer HiFi-Fernbedienung sollen die Grundlagen der digitalen Informationsübertragung durch Infrarot(IR)–Strahlung schulgerecht skizziert werden. Dabei werden die übertragenen Daten mit kostengünstiger und einfacher Elektronik aus dem Versandhandel analysiert. Die unsichtbare Strahlung wird mit Hilfe eines Photoelementes und PC- Aktivboxen hörbar und damit sinnlich zugänglich gemacht. Aufgrund der Zeitauflösung von IR-Signalen im Bereich von einigen zehntel Millisekunden reichen zur genaueren Untersuchung der einzelnen Datenpakete PC–Soundkarten aus.
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