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Didaktik der Physik Montag
DD 3 Klassische Physik I
Zeit: Montag 11:20–12:20 Raum: HS 1
DD 3.1 Mo 11:20 HS 1
Der Teapot Effect — •Herbert Römer — Simrockstr. 28a, 53619
Rheinbreitbach
Jeder kennt das ärgerliche Phänomen, dass eine Flüssigkeit beim Ausgießen
aus einer Kanne häufig den Ausgießer entlang läuft. Erst 1956
wurde es von M. REINER experimentell und 1957 von J. B. KELLER
theoretisch untersucht. J. WALKER beschrieb diese Arbeiten, einschließlich
des sog. Coanda-Effektes, im Scientific American 1984. Erst in
jüngster Zeit hat der Teapot Effect Eingang in Physiklehrbücher gefunden
(BERGMANN-SCHAEFER I, 1998, auf der Basis des Ausatzes von
J. WALKER). 1994 wurde er von S. F. KISTLER und L. E. SCRIVEN
theoretisch umfassend durch Lösung u. a. der Navier-Stokes-Gleichungen
mit der Methode der finiten Elemente auf einem Supercomputer untersucht.
Die Rechenergebnisse wurden experimentell verifiziert. Ein
Überblick über die Erforschung dieses Alltagsphänomens für die Didaktik
erscheint angebracht.
DD 3.2 Mo 11:40 HS 1
Auftrieb und Wirbeldichte beimFliegen — •Wolfgang Send —
Sandersbeek 20, 37085 Göttingen
Zu den Gründen, aus denen viele Lehrende vor dem Unterrichten der
”Physik des Fliegens” zurückschrecken, zählt die ungeklärte Rolle der
Wirbel als Voraussetzung für die Entstehung von Auftrieb: Zumeist bildet
die sogenannte reibungsfreie Strömung die Grundlage der Erklärung,
in der gar keine Wirbel vorhanden sein sollten, die aber gleichwohl eine
Auftriebskraft auf eine Tragfläche ausübt.
In vielen Lehrbüchern wird auch nur ein zweidimensionaler Schnitt
DD 4 Klassische Physik II
durch eine Tragfläche behandelt. Dieser Zugang ist historisch entstanden,
aber unverändert berechtigt; andererseits sind die Tragflächen eines
Flugzeugs immer endlich lang. Diese Widersprüche lassen sich sowohl
mathematisch wie von der physikalischen Anschauung ausnahmslos aufklären.
Da die Gründlichkeit der Aufklärung an allgemein bildenden
Schulen ihre Grenzen hat, sollten die plausiblen Erklärungen aber wenigstens
einen richtigen Kern umreißen.
Der Vortrag trägt die Kernsätze zusammen, die für den Autor den physikalisch
korrekten Zusammenhang von Auftrieb und Wirbeldichte kennzeichnen.
Daraus werden plausible Erklärungen abgeleitet, die mit historischen
und aktuellen Beobachtungen untermauert werden. Dazu zählen
auch großräumige Analysen des Strömungsfeldes hinter einer Tragfläche,
wie sie u.a. die sogenannte Particle Image Velocimetry (PIV) liefert.
DD 3.3 Mo 12:00 HS 1
Piezokeramiken — HighTech im Alltag — •Marcus Nientiedt
— Universität Münster, Institut für Didaktik der Physik, Wilhelm–
Klemm–Str. 10, 48149 Münster
Vom vielzitierten Piezofeuerzeug bis zu Anwendungen in Medizin
und Computertechnik führt die Anwendungsspur des piezoelektrischen
Effektes und seiner Umkehrung. Analog zum Beispiel der
Flüssigkristallanzeigen zeigt sich auch hier eine wachsende Diskrepanz
zwischen vertrautem Umgang mit immer mehr HighTech im Alltag und
unserem Kenntnisstand bezüglich der zugrundeliegenden Physik.
Es wird ein Überblick zum variantenreichen Einsatzspektrums der Piezokeramiken
in unserer Alltagswelt gegeben, stets mit einem prüfenden
Blick auf schulische Verwendbarkeit.
Zeit: Montag 14:00–15:20 Raum: HS 1
DD 4.1 Mo 14:00 HS 1
Welchen Weg geht das Licht? — •Friedrich Herrmann, Holger
Hauptmann und Thilo Wünscher — Abteilung für Didaktik
der Physik, Universität Karlsruhe, 76128 Karlsruhe
Es geht nicht - wie es der Titel vermuten lassen könnte - um Doppelspalt
und Photonen, sondern um ganz gewöhnliche klassische Optik.
Jeder glaubt, die Antwort auf die Frage zu kennen: Der Weg des Lichts
wird durch die Lichtstrahlen beschrieben. Tatsächlich hängt das, was wir
gern als Lichtweg bezeichnen würden, von dem Modell ab, das man auf
das Licht anwendet. Neben den Lichtstrahlen stellen die Energiestromlinien
einen guten Kandidaten für den Lichtweg dar. Deren Verlauf ist oft
überraschend und ganz anders als der der Lichtstrahlen.
Es werden zahlreiche Bilder von Energiestromlinienfeldern gezeigt und
diskutiert. Mit Hilfe einiger weniger Regeln und mit etwas Übung kann
jeder solche Bilder skizzieren.
DD 4.2 Mo 14:20 HS 1
Bilder, die durch einen Punkt gegangen sind - Anmerkungen
zur Entstehung einer Abbildung — •Schlichting H. Joachim —
Didaktik der Physik WWU Muenster Wilhelm-Klemm-Str. 10 Muenster
48149 Muenster
In Lehrveranstaltungen zur geometrischen Optik in Schule und Hochschule
zeigt sich immer wieder, dass kaum angemessene physikalische
Vorstellungen ueber das Zustandekommen einer optischen Abbildung anzutreffen
sind. Es wird auf der Grundlage des euklidisch- keplerschen
Modells des Lichts versucht, eine anschauliche Darstellung des Zustandekommens
einer Abbildung zu geben. Dabei erweist sich der Durchgang
des Lichtes durch ein kleines Loch als zentraler Gesichtspunkt.
DD 4.3Mo 14:40 HS 1
Die Dualität der klassischen und lorentzianischen Interpretation
als didaktisches Hilfsmittel zur Einführung in die allgemeine
Relativitätstheorie — •Jürgen Brandes — Danziger Str. 65
D-76307 Karlsbad
Am Beispiel der Schwarzschildmetrik und ihrer allgemein bekannten
Darstellung als Trichter lässt sich die gekrümmte Raumzeit geometrisch
veranschaulichen (klassische Interpretation von Einstein). Lorentzianisch
interpretiert bedeutet Krümmung eine Kontraktion von Maßstabselementen
abhängig von der Stärke des Gravitationsfeldes, [1], [2]. Ähnlich
dual deutbar sind die Eigenschaften schwarzer Löcher, sie sind Teil einer
gekrümmten Raumzeit oder veranschaulichen die Wirkungen von Gravitationsfeldern
auf ideale Maßstäbe und Uhren. Die didaktischen Vorteile,
bei einer Einführung in die allgemeine Relativitätstheorie beide Interpretationen
zu diskutieren, werden ausgeführt.
[1] J. Brandes, Die relativistischen Paradoxien und Thesen zu
Raum und Zeit - Interpretationen der speziellen und allgemeinen
Relativitätstheorie. 3. erw. Aufl. Karlsbad: VRI 2001
[2] F. Selleri et al., Die Einstein’sche und lorentzianische Interpretation
der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie. Karlsbad: VRI 1998
DD 4.4 Mo 15:00 HS 1
ZumHaidinger-Büschel — •Johannes Grebe-Ellis und Lutz-
Helmut Schön — Humboldt-Universität zu Berlin
Im Kontext einer Phänomenologie der Polarisation, die Polarisationszustände
als Bildzustände beschreibt, kommt dem sogenannten
”Haidinger-Büschel” eine zentrale Bedeutung zu, gestattet es doch, mit
bloßem Auge etwas über den Polarisationszustand verschiedener Ansichten
zu erfahren. In dem Beitrag werden das Phänomen selbst und
die Umstände beschrieben, unter denen es erscheint. Mit den komplexen
Bedingungen, die im Auge zum Auftreten des Haidinger-Büschels
als Kontrastphänomen führen, hat sich seit den Hinweisen von Helmholtz
ausführlich die Ophtalmologie beschäftigt. In der Physik ist das
Phänomen, das 1844 erstmals von dem Wiener Mineralogen Wilhelm
Haidinger beobachtet und beschrieben wurde, lange unbekannt geblieben,
weil es sich nicht objektivieren lässt. Es wird dagegen gezeigt, dass in seinem
Auftreten alle für die Polarisationsoptik charakteristischen Elemente
zusammenwirken und dass sich die geometrischen Bedingungen dieses
Zusammenwirkens auch objektiv anschauen lassen. Für den, der einen
gewissen Übungsaufwand zu Beginn nicht scheut, kann das Haidinger-
Büschel damit zu einem legitimen Untersuchungsmittel werden, das auf
immer erneut überraschende Weise das Sehfeld bereichert.