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asasasaaasass
Gast
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 asasasaaasass Verfasst am: 14. Okt 2014 10:06 Titel: |
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| Zitat: | | Offensichtlich nicht. Jedenfalls nicht laut dem Ergebnis der Befragung. Also muss man fragen, warum nicht. Ein Grund ist, dass man den Befragten eine große Auswahl an Interpretationsmöglichkeiten bietet. |
Das war eine Fangfrage, da man in der Schule gern mit Scheinkräften in Inertialsystemen rechnet und gerade das wurde auch veranschaulicht. Dabei kommen auch bis auf ein Vorzeichen richtige Lösungen, da sich die Scheinkräfte im Ruhesystem des betrachteten Körpers nur um ein Vorzeichen unterscheiden. In meiner Erfahrung habe noch keinen Physikstudenten gesehen, der nach der Schule auch wüsste, was die Scheinkräfte sind, wobei es sich wohl um die besten Schüler im Fach Physik handeln sollte. Das läuft definitiv was schief, angefangen mit den Lehrern.
| bassiks hat Folgendes geschrieben: |
Wenn wir schon mal dabei sind: Wie definierst du denn eine Kreisbewegung? |
Betrag der Differenz des Ortsvektors der Bahnkurve und eines festen Punktes(Mittelpunkt) bleibt bei der Bewegung konstant.
| bassiks hat Folgendes geschrieben: | | Wie kommst du darauf, dass die tatsächliche Bahn sich ändert wenn ich sie aus einem anderen Bezugssystem betrachte? Es ändert sich nur die Beschreibung. |
Die Bahn ist eine relative Angabe, sie hängt von dem Bezugssystem ab. Sieh Galilei-Transformation bzw. Lorentz-Transformation.
| bassiks hat Folgendes geschrieben: | | Egal in welchem Bezugssystem ich die Bewegung beschreibe, ich werde der Ansicht sein, dass das "kreisende" Objekt eine Periodizität (sagen wir mal alle "2*pi*R" Meter) der Umwelt wahr nimmt. Wenn x also die parametrisierte Bahn des Objekts ist, dann gilt x~x+2*pi*R. Das verstehe ich unter einem Kreis. |
Die Umgebung hat damit nichts zutun, im Bezuggsystem des kreisenen Körpers ruht dieser. Außerdem schau dir mal an, wie so eine Kreisbewegung z.B. in einem Bezugssystem eines relativ dazu linear beschleunigten Systems aussieht. |
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asasasasas
Gast
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| asasasasas Verfasst am: 14. Okt 2014 10:46 Titel: |
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PS: Hier hast du eine Kreisbewegung, betrachtet aus einem entlang der x-Achse linear beschleunigten Bezugssystem.
s7.postimg.org/rae7pigpn/kreis.jpg |
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bassiks
Anmeldungsdatum: 11.08.2010
Beiträge: 194
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| bassiks Verfasst am: 14. Okt 2014 11:01 Titel: |
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Mit deiner Definition des Kreises stimme ich dem zu dass du ein Bezugssystem auszeichnest.
EDIT:
Meine Definition ist eher topologischer Natur und benötigt keine Einbettung in einen höherdimensionalen Raum (kein Mittelpunkt). Mit meiner Definition könnte der kreisende selbst entscheiden ob seine Bahn kreisförmig ist (<=> x~x+L mit L=const, das mit der Umgebung war hier ungeschickt formuliert). Aber ich denke das geht an der eigentlichen Diskussion vorbei:
| Zitat: | | Das war eine Fangfrage, da man in der Schule gern mit Scheinkräften in Inertialsystemen rechnet und gerade das wurde auch veranschaulicht. Dabei kommen auch bis auf ein Vorzeichen richtige Lösungen, da sich die Scheinkräfte im Ruhesystem des betrachteten Körpers nur um ein Vorzeichen unterscheiden. In meiner Erfahrung habe noch keinen Physikstudenten gesehen, der nach der Schule auch wüsste, was die Scheinkräfte sind, wobei es sich wohl um die besten Schüler im Fach Physik handeln sollte. Das läuft definitiv was schief, angefangen mit den Lehrern. |
Hier stimmte ich bereits zu. |
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Jayk
Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450
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| Jayk Verfasst am: 14. Okt 2014 17:28 Titel: |
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| Zitat: | | Das war eine Fangfrage, da man in der Schule gern mit Scheinkräften in Inertialsystemen rechnet und gerade das wurde auch veranschaulicht. Dabei kommen auch bis auf ein Vorzeichen richtige Lösungen, da sich die Scheinkräfte im Ruhesystem des betrachteten Körpers nur um ein Vorzeichen unterscheiden. In meiner Erfahrung habe noch keinen Physikstudenten gesehen, der nach der Schule auch wüsste, was die Scheinkräfte sind, wobei es sich wohl um die besten Schüler im Fach Physik handeln sollte. Das läuft definitiv was schief, angefangen mit den Lehrern. |
Im Inertialsystem gibt es keine Scheinkräfte...
Die gebrachte Kreisdefinition ist ja auch etwas seltsam. Demnach sind also Ellipsen Kreise...
Jetzt mal ernsthaft: Wir leben in einer semiriemannschen Mannigfaltigkeit, da kann man wohl auch von der Metrik Gebrauch machen, oder? Erstens mal reden wir hier über Physik ("und nicht über irgendeinen sinnlosen Mist", wie mal ein Mathematiker sagte), zweitens brauchen wir sowieso ein Skalarprodukt, um den Formalismus der Starrkörperbewegung nutzen zu können, drittens brauchen wir eine Metrik (im Sinne eines metrischen Raumes, nicht einer (semi)riemannschen Mannigfaltigkeit), um von einer Beschleunigung zu reden, nach der ja gefragt war. Die Diskussion erscheint mir wie "aber ich verstehe unter einem 'Hund' ein kleines blaues Etwas.". Sorry. (bei der Bemerkung, die Definition sei "eher topologisch" kann man auch nur den Kopf schütteln. Eine Topologie ist ein System offener Mengen. Damit wird man wohl obige Definition, die ja von Periodizität und damit auch von einer Metrik Gebrauch macht, auch nicht formulieren können.)
Ich verstehe jedenfalls unter einem Kreis eine Menge von Punkten, deren allen zu irgendeinem Punkt ein bestimmter Abstand gemeinsam ist.
Alternativ würde ich mich auf eine Definition über irgendwelche Krümmungseigenschaften einlassen. Die Antwort auf die Beschleunigungsfrage wäre jedenfalls die gleiche.
Außerdem: Wenn man schon dafür plädiert, beschleunigtes Bezugssystem und Inertialsystem als gleichberechtigt anzusehen, sollte man dies vor allem für alle Inertialsysteme tun. Und da ist es i.d.R. keine Kreisbewegung - auch nicht nach obiger, seltsamer Definition.
Und: Machen wir uns nichts vor - die meisten Schüler haben nicht die geringste Ahnung, was für einen Einfluss die Wahl eines Bezugssystems hat. Daran wird auch der KPK nichts ändern (erst recht nicht durch Einführung irgendwelcher Objekte, deren Transformationsverhalten unklar ist). |
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bassiks
Anmeldungsdatum: 11.08.2010
Beiträge: 194
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| bassiks Verfasst am: 14. Okt 2014 19:13 Titel: |
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@Jayk: Eigentlich wäre für mich das Thema ohne dein Kommentar auch erledigt gewesen, aber dein Ton ist derart vermessen, dass ich noch was dazu sagen möchte. Du hast offensichtlich noch nie eine Topologie VO gehört, und offensichtlich keine Ahnung von der Mächtigkeit algebraischer Topologie.
Mit einer Metrik hast du schon gewonnen, aber so läuft das leider nicht immer.
Auch ist das ganze sehr wohl in der Physik relevant.
Die von mir genannte Methode zur Konstruktion eines Kreises nennt man Identifikation und wird zur Kompaktifizierung benutzt (z.Bsp.: in der Stringtheorie, denn wenn ich Dimensionen aufrollen will, dann habe ich keine andere Dimension um einen "Mittelpunkt" zu definieren). Auch in der Festkörperphysik findet dies Anwendung.
Ich wollte nur zeigen, dass ein Kreis nicht zwingend was geometrisches sein muss.
EDIT weil erst später von dir hinzugefügt:
| Zitat: | | Und: Machen wir uns nichts vor - die meisten Schüler haben nicht die geringste Ahnung, was für einen Einfluss die Wahl eines Bezugssystems hat. Daran wird auch der KPK nichts ändern (erst recht nicht durch Einführung irgendwelcher Objekte, deren Transformationsverhalten unklar ist). |
Da wirst du leider recht haben.
Noch ein EDIT um noch was zu verdeutlichen:
Mir ist klar wie abstrakt und vor allem in diesem Fall unnötig eine derartige Definition des Kreises ist, das habe ich ja bereits geschrieben. Mir ging es darum aufzuzeigen, dass die Aussage: "Eine Kreisbahn zeichnet ein Bezugssystem aus" sehr von der Definition des Kreises abhängt, und wenn jemand eben viel auf gewissen Gebieten arbeitet, dann ist das für denjenigen unter Umständen nicht ganz so trivial. Und damit könnten wir von mir aus jetzt wieder zum eigentlichen Thema zurück kehren. Nichts für ungut... |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 14. Okt 2014 19:22 Titel: |
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| asasasaaasass hat Folgendes geschrieben: | | Das läuft definitiv was schief, angefangen mit den Lehrern. |
Ich denke dabei dürften hier alle - auch der Systemdynamiker - zustimmen.
Wo er uns nun evtl. nicht mehr zustimmen wird, ist, an welchen Lehrern es nun genau liegt: an denjenigen, die die Schüler vorher hatten, oder dem, der ihnen jetzt diese Fragen stellt.
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 14. Okt 2014 20:23 Titel: |
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| Jayk hat Folgendes geschrieben: | | Machen wir uns nichts vor - die meisten Schüler haben nicht die geringste Ahnung, was für einen Einfluss die Wahl eines Bezugssystems hat. |
Dieser Knoten im weitläufigen Gesprächsteppich scheint mir hinsichtlich der "Kundschaft" durchaus von Interesse. Die eminente Rolle der Relativität von Größen, von Bezugssystemen und deren Anpassung an das jeweilige Problem, der Wechsel zwischen solchen oder gar die Sichtweise der (gottbehüte!) Nichtinertialsysteme - das scheint im Unterricht auch 450 Jahre nach Galilei (von Einstein schweigen wir lieber; der zog Ende 1894 seine Konsequenzen) noch nicht angekommen zu sein. (Is in den Koranschulen demnächst vielleicht auch nicht mehr ganz so wichtig. :-) ) Oder?
mfG |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 15. Okt 2014 07:12 Titel: |
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Im Rahmen der nicht-relativistischen Mechanik müssen Grundlagen gelegt werden; dazu gehört auch, dass man Bezugssysteme betrachtet. Im Bezugssystem der Sonne beschreibt die Erde eine Ellipsenbahn, im Bezugssystem der Erde (kein Inertialsystem) ruht die Erde. Eigtl. trivial ;-)
Viel schlimmer ist, dass der Einstieg in die relativistische Mechanik häufig über die Lorentztransformation sowie Zeitdilatation und Längenkontraktion erfolgt. Zeiten werden dabei als Koordinaten betrachtet. Gleiches gilt dann für Energie und Impuls.
Stattdessen sollte man konsequent invariante Größen in den Mittelpunkt stellen.
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 16. Okt 2014 07:44 Titel: Befragung |
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Zur meiner Befragung der Studierenden ein paar Bemerkungen
1. Der Frageboden erhebt nicht den Anspruch auf Wissenschaftlichkeit (das überlasse ich den Spezialisten).
2. Wenn man die Newton-"Axiome" einführt, dann sollte man auch die implizierten Annahmen (absoluter Raum, Gravitation als (Fern-)Wechselwirkung, keine Schein- oder Trägheitskräfte) konsequent vertreten.
3. Die Studierenden fallen nicht wegen meinen unpräzisen Fragen auf die Nase (die Frage mit den problematischten Antworten ist am besten gelöst worden), sondern wegen dem ungelösten Konflikt zwischen ihren Präkonzepten (eine Art Aristotelische Mechanik) und der Struktur der Punktmechanik. Dazu gehört das Trägheitsprinzip von Galilei, die Vermischung von Beschleunigung mit Energiezufuhr und die Sondersellung de Gravitationskraft (Volumenkraft, proportional zur Trägheit).
4. Würde man auch in der Punktmechanik Modellbildung und Simulation als Methode verwenden, könnten die Schülerinnen und Schüler die Struktur besser verstehen (gegen Schluss des Videos vorgeführt, siehe auch meine Wette: https://www.youtube.com/watch?v=_-kg1jcUHSQ ).
5. Newtonmechanik funktioniert nur, wenn man den absoluten Raum oder ein gleichförmig dazu bewegtes Bezugssystem nimmt. Die Impulsstromdarstellung funktioniert nur, wenn man ein raumfestes Bezugssystem (Weltsystem) nimmt. Man kann dann nachher beliebig transformieren. Und damit zurück zum Gutachten: wieso ist die Wahl eines Inertialsystems Plicht und die Wahl eines Koordinatensystems der absolute Sündenfall? Die ticken doch nicht richtig, die "Gutachter" der DPG.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Okt 2014 19:18 Titel: |
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Die Wahl eines Koordinatensystems ist kein Sündenfall. Allerdings sollten Begriffe und Interpretationen Koordinatensystemunabhängig gültig sein.
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Jayk
Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450
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| Jayk Verfasst am: 16. Okt 2014 21:01 Titel: Re: Befragung |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | 4. Würde man auch in der Punktmechanik Modellbildung und Simulation als Methode verwenden, könnten die Schülerinnen und Schüler die Struktur besser verstehen (gegen Schluss des Videos vorgeführt, siehe auch meine Wette: https://www.youtube.com/watch?v=_-kg1jcUHSQ ). |
Wird gemacht und steht in den Lehrplänen (in Sachsen jedenfalls), ist sogar abiturrelevant, das heißt, ich hatte im schriftlichen Physik-LK-Abi einen Plattenkondensator zu simulieren.
Das verwendete Physikbuch (Impulse Physik) kam mit einer eigenen Simulationssoftware.
In der zehnten Klasse gab es eine Woche Unterricht, gehalten von einem Physik- und einem Informatiklehrer, in der in Pascal (bzw. Delphi) eine Dreistufenrakete simuliert wurde.
Zu 2: absoluter Raum gehört definitiv nicht dazu.
Der Bemerkung zur aristotelischen Mechanik stimme ich zu. Das liegt meines Erachtens nach aber daran, dass Mechanik viel zu früh unterrichtet wird. Man sollte nicht über Geschwindigkeiten und Beschleunigungen reden, ohne das Konzept der Ableitung zu kennen. Ich kann jedenfalls aus meiner eigenen Erfahrung berichten, dass ich das erste Mechanik-Jahr definitiv eine völlig falsche Vorstellung von Kraft hatte. Verstanden hatte ich es, nachdem ich angefangen hatte, mir Differentialrechnung zu erarbeiten, Uni-Bücher zu lesen und diesen mehr als dem Unterricht zu vertrauen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Okt 2014 22:10 Titel: |
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@Systemdynamiker: Meine Anmerkung war schon bewusst provokant und auch etwas ironisch gemeint ;-)
Der Punkt ist doch der: Ja, du hast recht, didaktisch liegt vieles im argen; und ich habe dir diesbzgl. eher beigepflichtet als widersprochen. Wo du m.E. nicht recht hast ist deine Schlussfolgerung bzgl. KPK. Der KPK macht einiges schlecht (Beispiele habe ich angeführt), auch wenn die Kritik am KPK teilweise ebenfalls mangelhaft ist (meine Beispiele vermeiden diese mangelhaften Kritikpunkte). Bzgl. der Systemphysik kann ich zu wenig sagen, mir fällt jedoch auf, dass sie in deinen Darstellungen zumeist um Mechanik kreist - aber wo bleibt die Physik jenseits der Mechanik? Wo bleibt das Konzept der Symmetrie? Ist es nicht eher so, dass jemand mit einem Hammer in jedem Problem den Nagel sieht? Die Systemphysik mag sinnvolle Ansätze liefern, aber in Summe ist sie doch sehr eng angelegt.
Ich stimme dir auch zu, dass die Schüler an ihren "Vorurteilen" scheitern - wo auch immer diese angelegt sind. Nur meine Schlussfolgerungen sind andere als deine. Das kann aber auch einfach daran liegen, dass ich die Systemphysik für mich nicht interessant finde. Das ist aber subjektiv und kann getrost ignoriert werden. Z.B. mag ich auch keinen Jazz, sondern lieber Hard Rock.
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
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| Systemdynamiker Verfasst am: 18. Okt 2014 06:17 Titel: Systemphysik |
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Meine Befragung erhebt weder den Anspruch der Wissenschaftlichkeit noch der Objektivität. Ich wollte damit begründen, wieso ich einen andern Zugang favorisiere. Für die Auswertung und Diskussion siehe dieses Video: https://www.youtube.com/watch?v=maBmbb8CGbA . Seriös durchgeführte Tests zeigen aber ein ähnliches Bild. Siehe zum Beispiel "Force Concept Inventory".
Diese Woche habe ich Fragen zur Elektrizitätslehre gestellt, ohne die Antworten auszuwerten (ich mach nicht nur Mechanik). Vor zwei Jahren habe ich die Antworten mittels eines Student Response System erfasst:
Drei Glühbirnchen https://www.youtube.com/watch?v=4falM0ePH00
Bypass: https://www.youtube.com/watch?v=jviR4o2THjk
@Jayk: Meine Wette gilt bis zum 1. August 2015: Die erste Person die einen Physikkurs (1. Jahr Bachelorstudium) nennen kann, in dem mehr Modellbildung und Simulation gemacht wird als in Physik und Systemwissenschaft in Aviatik, erhält eine Prämie von 1000 Euro. Es zählen aber nur Modelle, die von den Studierenden mitentwickelt worden sind (reine Parameterstudien oder numerisches Lösen von gegebenen Differentialgleichungen genügen nicht). Die Systeme können unter Anleitung oder selbständig modelliert werden. Ich denke im Moment darüber nach, wie man solche Modelle mit Punkten bewerten kann (siehe dazu https://www.youtube.com/watch?v=_-kg1jcUHSQ )
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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Jayk
Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450
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| Jayk Verfasst am: 18. Okt 2014 13:58 Titel: Re: Systemphysik |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | @Jayk: Meine Wette gilt bis zum 1. August 2015: Die erste Person die einen Physikkurs (1. Jahr Bachelorstudium) nennen kann, in dem mehr Modellbildung und Simulation gemacht wird als in Physik und Systemwissenschaft in Aviatik, erhält eine Prämie von 1000 Euro. Es zählen aber nur Modelle, die von den Studierenden mitentwickelt worden sind (reine Parameterstudien oder numerisches Lösen von gegebenen Differentialgleichungen genügen nicht). Die Systeme können unter Anleitung oder selbständig modelliert werden. Ich denke im Moment darüber nach, wie man solche Modelle mit Punkten bewerten kann (siehe dazu https://www.youtube.com/watch?v=_-kg1jcUHSQ ) |
http://www.come.tum.de/index.php?id=13 könnte interessant sein, ist allerdings Master.
Ehrlich gesagt interessiert mich das nicht so wirklich (komisch, dabei finde ich Jazz wesentlich interessanter als Hard Rock.^^), aber ich könnte mir gut vorstellen, dass du deine Wette gewinnst. Darauf wollte ich aber gar nicht hinaus: Zu sehen, wie Mechanik funktioniert, was die Grundgleichungen anschaulich bedeuten - das sollte anhand dessen, was jetzt in den Schulen gemacht wird, möglich sein. Und Simulation ist auch nicht für alles das Mittel der Wahl! Was dabei herauskommt, wenn man in Mathe alles mit CAS macht, sieht man an unseren jetzigen Mathe-Abituren. Das größte Problem, das ich bei Simulationen sehe, ist, dass sie nur eingeschränkt weiterverwendet werden können; mit ihnen kann man vielleicht ein spezielles Problem lösen, aber nicht immer interessiert man sich für eine spezielle Lösung. |
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Alter Physiker
Anmeldungsdatum: 15.04.2013
Beiträge: 55
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| Alter Physiker Verfasst am: 18. Okt 2014 22:51 Titel: |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | Im Rahmen der nicht-relativistischen Mechanik müssen Grundlagen gelegt werden; dazu gehört auch, dass man Bezugssysteme betrachtet. Im Bezugssystem der Sonne beschreibt die Erde eine Ellipsenbahn, im Bezugssystem der Erde (kein Inertialsystem) ruht die Erde. Eigtl. trivial ;-)
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"Schon aus der Mechanik wissen wir, dass Bezugssystemwechsel Komplikationen bringen, und dass ein ungeschickt gewähltes Bezugssystem die Beschreibung eines Phänomens erschweren kann. Wenn Bezugssystemwechsel nicht das eigentliche Unterrichtsthema sind, so sollte man ihnen lieber aus dem Weg gehen."
F. HERRMANN in "Altlasten 3.10"
Während wir uns alle einig sind, was einen modernen Physikunterricht ausmacht, hat der große Karlsruher Meister da ganz andere Vorstellungen. |
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 20. Okt 2014 05:03 Titel: Re: Systemphysik |
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Masterausbildung und vor allem keine Physik. Aber die Wette läuft noch bis zum 1. August 2015. Vielleicht sollte ich den Einsatz verdoppeln https://www.youtube.com/watch?v=_-kg1jcUHSQ
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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Systemdynamiker
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| Systemdynamiker Verfasst am: 20. Okt 2014 05:26 Titel: Car Crash |
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Im Moment untertiteln wir eine erste Serie zum Thema Car Crash auf deutsch und spanisch https://www.youtube.com/playlist?list=PL918XBsgASEl4Ekbzz-n2HmxaE8Z7Nf07
Dann kann die heilige Johanna an alle physikalischen Gesellschaften Süd- und Mittelamerikas schreiben: "Die eingangs gestellte Frage, ob die Aussagen des KPK über die Richtung des Impulsstroms experimentell überprüfbar sind, muss verneint werden. Deshalb ist die vom KPK eingeführte Richtung des Impulsstroms eine willkürlich festgelegte Konvention, der keine objektive Realität zukommt: Es gibt diesen Strom in der Natur nicht. Damit hat der KPK-Impulsstrom auch keinen Platz im Gebäude der Physik und ganz gewiss auch nicht im Physikunterricht." Ich weiss nur nicht, ob sie mit solch inquisitorischen Sprüchen auf Begeisterung stossen wird.
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 21. Okt 2014 07:16 Titel: invatiante Grössen |
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| TomS hat Folgendes geschrieben: | Im Rahmen der nicht-relativistischen Mechanik müssen Grundlagen gelegt werden; dazu gehört auch, dass man Bezugssysteme betrachtet. Im Bezugssystem der Sonne beschreibt die Erde eine Ellipsenbahn, im Bezugssystem der Erde (kein Inertialsystem) ruht die Erde. Eigtl. trivial ;-)
Viel schlimmer ist, dass der Einstieg in die relativistische Mechanik häufig über die Lorentztransformation sowie Zeitdilatation und Längenkontraktion erfolgt. Zeiten werden dabei als Koordinaten betrachtet. Gleiches gilt dann für Energie und Impuls.
Stattdessen sollte man konsequent invariante Größen in den Mittelpunkt stellen. |
Sicher, bei der Entwicklung eines Physikkurses sollte man konsequent von den invarianten Grössen ausgehen, also in der Mechanik vom Energie-Impuls-Vektor für konzentrierte und vom Energie-Impuls-Tensor für verteilte Systeme. Dann muss man aber alles hinunterbrechen, um überhaupt etwas zeigen zu können. Daraus entstehen zwei grundlegende Schwierigkeiten, die man entsprechend dem Publikum meistern muss.
Die erste Schwierigkeit ist die Graviatation. Man könnte vom absolute Raum ausgehen, Erde und Satellit als Zweikörperproblem betrachten und dann in Schwerpunkt- und Relativbewegung zerlegen. Üblicherweise wird da schon ein riesiges Durcheinander mit Zentripetal- und Zentrifugalkraft gemacht und dann noch behauptet, dass man Mechanik im Sinne Newtons betreibe. Man kann auch die Gravitationskraft ein wenig hinterfragen (Volumenkraft, masseproportional und nicht unmittelbar messbar) und dann kann man ein wenig in Richtung AR argumentieren. Wenn man nun zum Beispiel den Start einer Rakete in der Äquotorialebene modellieren und simulieren will, braucht man praktisch zwingend ein mitrotierendes Bezugssystem. In diesem BS hat man die von der Erdmasse induzierte Gravitationskraft, die Zentrifugalkraft und die Corioliskraft (erst gestern hat mich ein Kollege aus den Ingenieurwissenschaften gefragt, ob es die Zentrifugalkraft gebe; sein Sohn studiere Mathematik an der ETH und der Professor habe gesagt, dass es keine Zentrifugalkraft gibt!!!!).
Video zum Raketennstart: Ariane 5 GS https://www.youtube.com/watch?v=z5K0o4VWHd8
Video zur Frage des rotierenden Bezugssystems: Vater-Sohn-Problematik https://www.youtube.com/watch?v=4o9WxidHc_0
Die zweite Schwierigkeit sind die Impulstransporte durch den Raum. Der Impuls kann leitungsartig oder konvektiv durch den Raum transportiert werden. Die konvektiven Impulsströme heissen in der Hydrodynamik einfach Impulsströme. Leitungsartigen Impulsströme können als Schnittkräfte (Vektoren) oder Komponentenströme (Zeilen des Spannungstensors) dargestellt werden. Die erste Methode ist im Zusammenhang mit dem Eisenbahnbau von Ingenieuren entwickelt worden, die zweite Methode wird vom KPK verwendet. In der neueren Kontinuumsmechanik werden beide Impulstransporte als solche dargestellt. Siehe z.B. Prof. Graf ETHZ, Seite 58: http://www.itp.phys.ethz.ch/research/mathphys/graf/km.pdf
Impulsstrom- und Schnittkraftdarstellung sind äquivalent, wie ich am Beispiel des Fachwerks gezeigt habe: https://www.youtube.com/watch?v=qKaQ9erbM9M
| Zitat: | | Während wir uns alle einig sind, was einen modernen Physikunterricht ausmacht, hat der große Karlsruher Meister da ganz andere Vorstellungen. |
@AlterPhysiker: Woher dieser Hass auf den grossen Karlsruher Meister?
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 21. Okt 2014 07:34 Titel: |
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So weit wollte ich eigtl. gar nicht gehen.
Mir ging es lediglich darum, in der RT zuerstdas Konzept der invarianten Eigenzeit und der invarianten Masse in den Mittelpunkt zu stellen, und anschließend Lorentz-Transformationen für (t,x) und (E,p) betrachten.
Analog kann man in der nicht-rel. Mechanik das Transformationsverhalten von E, p und L unter Rotationen (sowie ggf. unter Galilei-Transformationen) betrachten.
Nachteil in der RT: man folgt nicht der historischen Entwicklung (na und?) Vorteil: sämtliche sogenannte Paradoxa lösen sich in Luft auf und man gewinnt Anschluss an moderne Physik.
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Alter Physiker
Anmeldungsdatum: 15.04.2013
Beiträge: 55
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| Alter Physiker Verfasst am: 21. Okt 2014 21:46 Titel: Re: Car Crash |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: |
Dann kann die heilige Johanna an alle physikalischen Gesellschaften Süd- und Mittelamerikas schreiben: "Die eingangs gestellte Frage, ob die Aussagen des KPK über die Richtung des Impulsstroms experimentell überprüfbar sind, muss verneint werden. Deshalb ist die vom KPK eingeführte Richtung des Impulsstroms eine willkürlich festgelegte Konvention, der keine objektive Realität zukommt: Es gibt diesen Strom in der Natur nicht. Damit hat der KPK-Impulsstrom auch keinen Platz im Gebäude der Physik und ganz gewiss auch nicht im Physikunterricht." Ich weiss nur nicht, ob sie mit solch inquisitorischen Sprüchen auf Begeisterung stossen wird. |
Nach diesem gehässigen Angriff auf die ehemalige Präsidentin der DPG handelt es sich bei dem folgenden Post:
| Zitat: | | @AlterPhysiker: Woher dieser Hass auf den grossen Karlsruher Meister? |
entweder um pure Heuchelei oder - ebenso wahrscheinlich - um Projektion.
Im letzteren Fall könnte vielleicht ein Besuch bei dem ehemaligen KPK-Mitarbeiter G. Bruno Schmid in Zürich helfen.
http://www.mind-body.info
Es ist schon erstaunlich, zu welchen Entwicklungen die intensive Beschäftigung mit dem KPK befähigt! |
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Jayk
Anmeldungsdatum: 22.08.2008
Beiträge: 1450
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| Jayk Verfasst am: 21. Okt 2014 23:35 Titel: Re: invatiante Grössen |
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| Systemdynamiker hat Folgendes geschrieben: | | erst gestern hat mich ein Kollege aus den Ingenieurwissenschaften gefragt, ob es die Zentrifugalkraft gebe; sein Sohn studiere Mathematik an der ETH und der Professor habe gesagt, dass es keine Zentrifugalkraft gibt!!!!). |
http://xkcd.com/123/ |
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franz
Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583
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| franz Verfasst am: 22. Okt 2014 04:51 Titel: Re: invatiante Grössen |
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Moin Jayk,
vielleicht ist Humor ist bei solchen "prinzipiellen" Fragen noch die beste Antwort. :-)
Mich ärgern zwei Dinge: Man redet ad nauseam meinetwegen über Rohrzangen als solche, anstatt endlich auszuprobieren, wo man wie und was sinnvoll damit anstellen kann - oder auch nicht. (Physiker sind der Sage nach ergebnisorientierte Leute.)
Zweitens, mit Hinlick auf die Schulbildung, erschwert man jungen Leuten den Zugang zu einer recht wichtigen Erkenntnismethode: Statt Verwirrung hinsichtlich der (anfänglich eher unbedeutenden) Nichtinertialsysteme zu pflegen*) wäre eine ausgedehnte Übung bezüglich der Relativität von Aussagen bis hin zum Wechsel zwischen Inertialsystemen in meinen Augen viel wichtiger**). (Wir erleben diese Hilflosigkeit gerade bei den kinematischen Fragen "auf dem Wasser".)
Wer diesen Wechsel der Beobachtungsstandpunkte verinnerlicht, hat viel für's Leben gelernt: Daß man mal in den Spiegel sieht, wie wird man von anderen wahrgenommen, warum treffe ich in bestimmten Situationen auf Unverständnis, daß man als Radler auf Bundesstraßen dort auch mal Auto fährt usw. usf.
*) EDIT "die Zentrifugalkraft [ist] ja nur eine Scheinkraft ist, die der Zentripetalkraft entgegenwirkt."
**) Das erfassen im Kern schon interessierte Kinder: Was bedeutet eigentlich groß / klein, rechts / links, oben / unten, schnell / langsam, dick / dünn, heiß / kalt, arm / reich, jung / alt, gut / böse ... ?
mfG!
Zuletzt bearbeitet von franz am 22. Okt 2014 15:28, insgesamt einmal bearbeitet |
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 22. Okt 2014 05:43 Titel: Bezugssystem |
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Ja @franz, da stimme ich Dir voll und ganz zu. Das Wechseln des Bezugssystems ist wesentlich für das Verständnis. Dazu eignen sich Zugfahrten sehr gut. Man sollte aber auch die dynamischen Aspekte mit einbeziehen.
Beispiel: Ein Verkäufer schiebt eine Minibar (Servierwagen, Snack Caddy) durch den Zug. Häufig werden dabei nur die kinematischen Aspekte wie Geschwindigkeit und Strecke diskutiert. Nimmt man die dynamischen Aspekte hinzu (welche Kräfte wirken? wie gross sind die Leistungen der Kräfte?) und diskutiert diese einmal aus der Sicht eines Fahrgastes und einmal aus der Sicht eines Wanderers, der die Situation durch das Fenster hindurch beobachtet, kann man sehr schön herausarbeiten, dass die Kräfte (leitungsartige Impulstransporte) nicht vom Beobachter abhängen, die Leistungen der Kräfte (zugeordneten Energieströme) aber sehr wohl. Lässt man den Zug dann einmal hinunterfahren und einmal auf gerader Strecke bremsen, kann man das Gemeinsame zwischen Trägheits- und Gravitationskraft gut herausarbeiten. Schiebt der Verkäufer dann den Wagen nach hinten, muss er Energie aufwenden, die bei der Talfahrt zur potentiellen Energie wird. Doch wie steht es mit der Energie, wenn der Zug bremst?
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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Systemdynamiker
Anmeldungsdatum: 22.10.2008
Beiträge: 594
Wohnort: Flurlingen
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| Systemdynamiker Verfasst am: 06. Nov 2014 07:53 Titel: Impulsstrom |
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Zurück zur zentralen Aussage der Gutachter der DPG bezüglich der Realexistenz von Impulsströmen. Zur Erinnerung, das Fazit lautet:
Die eingangs gestellte Frage, ob die Aussagen des KPK über die Richtung des Impulsstroms experimentell überprüfbar sind, muss verneint werden. Deshalb ist die vom KPK eingeführte Richtung des Impulsstroms eine willkürlich festgelegte Konvention, der keine objektive Realität zukommt: Es gibt diesen Strom in der Natur nicht. Damit hat der KPK-Impulsstrom auch keinen Platz im Gebäude der Physik und ganz gewiss auch nicht im Physikunterricht.
1. Beim KPK-Impulsstrom handelt es sich um den leitungsartigen Impulsstrom (im Gegensatz zum konvektiven), wie er praktisch in jedem neueren Skript zur Kontinuumsmechanik beschrieben wird (siehe z.B.
http://www.itp.phys.ethz.ch/research/mathphys/graf/km.pdf , Seite 58).
2. Um konkrete Probleme quantitativ zu beschreiben, benötigt man ein Bezugssystem und ein damit verbundenes Koordiantensystem. Ohne Bezugssystem haben Impuls und kinetischer Energe keinen eindeutigen Wert. Zudem sind die Energie- und die konvektiven Impulstransporte quantitativ nicht beschreibbar (siehe z.B. Impuls- und Enerigeaustausch bei einer Peltonturbine). Ohne Koordinatensystem sind weder der Impuls noch sein Transport konkret beschreibbar.
3. Welcher methodische Ansatz für Schülerinnen und Schüler geeignet ist, sollte Gegenstand der Didaktik sein und nicht von einem selbsternannten Gremium beurteilt werden. Dass die Physikdidaktik im deutschen Sprachraum etwas dürftig ist, berechtigt noch lange nicht zu einem Rundumschlag. In den USA gibt es bedeutend mehr brauchbares Material zu diesem Thema (z.B. Force Concept Inventory). Gemäss meiner Erfahrung (siehe Beitrag vom 13. Oktober 2014) verstehen Studienanfänger sehr wenig von Mechanik.
4. Man darf nicht nur die Anschlussfähigkeit des Physikunterrichts bezüglich Physikstudium untersuchen, da weniger als 1% der Schülerinnen und Schüler Physik studieren werden. Sind schiefer Wurf und schiefe Ebene wirklich derart zentral, dass man mehrere hunderttausend junge Leute damit malträtieren muss? Sollte man sich nicht etwas mehr mit Crashszenarien (nicht nur elastischer und inelastischer Stoss) oder mit Energietransporten in Natur und Technik beschäftigen?
5. In den letzten 30 Jahren ist es mir gelungen, die Ideen aus Karlsruhe nahtlos mit klassischen Betrachtungsweisen zu synthetisieren. Dass dies mit vielen Darstellungen in deutschen Lehrbüchern nicht geht, liegt an den unglaublich dummen Fehlkonzepten, wie sie leider immer noch stark verbreitet sind. In meinem neuesten Video beschäftige ich mich beispielsweise mit dem Seilziehen: https://www.youtube.com/watch?v=0MKB8SrvtJI (10:43).
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Herzliche Grüsse Werner Maurer |
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scilogs
Gast
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| scilogs Verfasst am: 16. Nov 2014 10:58 Titel: Debatte geht weiter |
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Die Debatte um das Gutachten der DPG geht weiter. Siehe zum Beispiel Markus Pössel auf SciLogs. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Nov 2014 11:31 Titel: |
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Danke für den Hinweis. Einige interessante Perspektiven, aber in der Sache nichts wirklich Neues.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 16. Nov 2014 11:33 Titel: |
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Was mich mal interessieren würde: liefert der KPK bessere Ergebnisse als andere Physikkurse? Sprich: lernen und verstehen Schüler die Physik besser, wenn sie mit dem KPK lernen?
Gibt es da Untersuchungen zu? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Nov 2014 11:47 Titel: |
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Irgendwo in dem Beitrag auf SciLogs wird dazu eine alte Untersuchung genannt. Hier in diesem Thread auch Soweit ich mich erinnere, gibt es keine harten Fakten; den Schülern scheint's jedoch mehr Spaß zu machen.
Generell ist bei einer derartigen Untersuchung höchste Vorsicht geboten, denn man darf zwar die didaktische Methode variieren, nicht jedoch die zu bewertenden Ergebnisse. Schneiden die nach KPK unterrichteten Schülern in nach KPK-Vorgaben erstellten Schulaufgaben besser ab? Oder doch die "normal" unterrichteten Schüler in "normalen" Schulaufgaben? Eine derartige Untersuchung wäre wertlos.
Das wäre nun wirklich die Aufgabe der Didaktiker.
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 16. Nov 2014 11:52 Titel: |
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Na, wie das Design einer solchen Studie aussehen müsste, wäre mir schon klar ;-)
Habe aber auch nur eine alte Doktorarbeit gefunden, die wohl zu dem ERgebnis kommt, dass der KPK nicht zu signifikant besseren Lernerfolgen führt. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Nov 2014 12:19 Titel: |
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| Felix86 hat Folgendes geschrieben: | | Na, wie das Design einer solchen Studie aussehen müsste, wäre mir schon klar. |
Klar.
Aber du siehst schon, dass genau dieser Punkt momentan wieder zum Gezänk werden würde, oder? Glaubst du ernsthaft, dass man sich auf eine gemeinsame, neutrale Studie einigen könnte, ohne hinterher wieder in Grabenkämpfe zu verfallen?
Ich denke, da ist viel mehr kaputt gegangen.
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 16. Nov 2014 12:59 Titel: |
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Nein, ich glaube nicht, dass Studien diesen Konflikt befrieden könnten. Ich hätte es bloß interessant gefunen mal Argumente zu hören, die nicht aus den beiden Lagern kommen.
Interessant wäre vor allem eine Untersuchung, wie Studenten, die mittels des KPK Physik gelernt und verstanden haben, in der universitären Ausbildung zu recht kommen. |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Nov 2014 13:22 Titel: |
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Ja, letzteres wäre sehr interessant.
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 16. Nov 2014 13:27 Titel: |
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Eine kurze Recherche hat ergeben: Nichts zu finden!
Da stellt sich mir die Frage: Wie wurde dieser Kurs überhaupt evaluiert? Hmm... |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Nov 2014 13:39 Titel: |
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Evaluiert? Kennst du dich mit Lehrplanerstellungen aus? Da wird nichts evaluiert, da wird etwas beschlossen. Bildungspolitiker müssen sich nicht mit Trivialitäten abgeben.
Nein im Ernst: du hast natürlich recht. Es gibt da einen KPK, Für und Wider, und evtl. keine Substanz in der Sache. Bitter.
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 16. Nov 2014 13:57 Titel: |
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| Zitat: | | Evaluiert? Kennst du dich mit Lehrplanerstellungen aus? Da wird nichts evaluiert, da wird etwas beschlossen. |
Lehrplanerstellung kenne ich aus eigener Tätigkeit nur im universitären Kontext. Und da wird evaluiert 
Für mich ist diese ganze Debatte um den KPK... um es mit Shakespeare zu sagen... viel Lärm um nichts.
Da hat sich ein Professor (mit einigen Unterstützern) daran gemacht eine ganz neue Terminologie für eine gesamte Wissenschaft zu erfinden, weil er der Meinung war, dass man dadurch Schülern diese Wissenschaft besser beibringen könnte. Dann hat sich nach mehreren Jahren der Dachverband dieser Wissenschaft daran gemacht und diese neue Terminologie abgelehnt, da sie Dinge einführt und beschreibt, die sich in dieser empirischen Wissenschaft einfach so nicht messen und beobachten lassen. Dazu kommt noch, dass die Terminologie mit der aktuellen Forschung dieser Wissenschaft einfach nicht veranbar ist.
Kann man den ganzen Diskurs so zusammenfassen? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 16. Nov 2014 14:10 Titel: |
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Ich kenne Lehrplanerstellung von meiner Frau, sie ist Konrektorin (in Bayern). Das Drama beginnt damit, dass an den Unis und in den Kommissionen die Leute zuständig sind, die man nicht auf Kinder loslassen kann, und die man deswegen besser in den Kommissionen versteckt. Ab und zu müssen die aber halt mal was machen, und dann gibt's einen neuen Lehrplan.
Eine Evaluierung findet natürlich schon statt, z.B. in einigen Mustergemeinden in Oberbayern. Das Konzept ist dann auf Brennpunktschulen mit hohem Migrantenanteil und teilweise Jugendkriminalität gut übertragbar.
... aber wir schweifen ab
Ich denke, ich würde deine Zusammenfassung in etwa teilen, aber ich bin nun wirklich nicht kompetent, um den gesamten Vorgang zu bewerten. Was ist kritisieren konnte, habe ich kritisiert, zu anderen Punkten hab' ich mich zurückgehalten.
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Felix86
Anmeldungsdatum: 26.11.2013
Beiträge: 189
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| Felix86 Verfasst am: 16. Nov 2014 14:29 Titel: |
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Lehrpläne und die akkreditierung von Studiengängen sind immer ein Politikum. Ebi Studiengängen kommt auch immer noch der finanzielle Aspekt (Forschungsaufträge, Lehrstühle etc.) hin zu. Ein spannendes Thema eigentlich.
Und ich für meinen Teil kann auch sagen: eine spannende Tätigkeit! |
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BaliJohn
Gast
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| BaliJohn Verfasst am: 04. Dez 2014 14:17 Titel: Drehimpulsströme |
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Im Karlsruher Physikkurs Band Mechanik wird behauptet, dass der Drehimpuls durch eine Antriebswelle strömen kann. Ist das wahr? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18062
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| TomS Verfasst am: 04. Dez 2014 18:18 Titel: |
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Es ist klar, was gemeint ist, aber die Begrifflichkeit ist natürlich doof gewählt
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##
Gast
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| ## Verfasst am: 04. Dez 2014 19:38 Titel: Re: Drehimpulsströme |
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| BaliJohn hat Folgendes geschrieben: | | Im Karlsruher Physikkurs Band Mechanik wird behauptet, dass der Drehimpuls durch eine Antriebswelle strömen kann. Ist das wahr? |
Ein Strom einer Größe ist die Ableitung der Größe nach der Zeit. |
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