Die Analogie - Herz des Denkens

Referenten

OStD Dr. Hauptmann EG Wörth

Prof. Dr. Herrmann KIT

StD Pohlig, KIT, WHG Durmersheim

Prof. Dr. Schmälzle Staatl. Seminar Karlsruhe

StD Strauch KRG Neustadt a.d. Weinstraße

Tagungsorte


Karlsruhe

History
Karlsruhe 08.05.2015
Karlsruhe 24.02.2015

Tagungspläne


Karlsruhe 08.05.15 [pdf]

Man spricht in der Naturwissenschaft von einer Analogie zwischen zwei Themenbereichen, wenn diese durch weitgehend gleiche Strukturen beschrieben werden können. Die Physik steckt voll mit Analogien, wie z.B. zwischen Elektrizitätslehre und Mechanik und damit zusammenhängend auch zwischen mechanischen und elektrischen Schwingugen und Wellen. Vorträge und Experimente zeigen neben den eher bekannten auch einige überraschende Analogien auf. Es wird gezeigt, wie man Hilfe der Analogien das Lernen vertiefen aber auch erleichtern kann.

Vorträge

EXPERIMENTE

Vorträge

Um mit den Modellen arbeiten zu können, benötigt man die Software Coach. Link zum Download von Coach (Windows und Mac OS): cma-science.nl

Download Coach-Modelle:

1. Ladungsübertragung (cmr)

2. Impulssübertragung (cmr)

3. Entropieübertragung (cmr)

4. Drehimpulsübertragung (cmr)


Kurze Einführung in Coach [pdf]

Einheiten und Formeln [pdf]

Videos zu den Experimenten


Die Feder pumpt aus dem linken Gleiter positiven Impuls in den rechten Gleiter. Vor dem Stoß hatten beide Gleiter keinen Impuls. Danach hat der linke Gleiter negativen und der rechte Gleiter positiven Impuls 

Das eine Rad wird mit positiven Drehimpuls geladen, das andere mit negativen Drehimpuls gleichen Betrags. Beide Räder werden leitend verbunden. Positiver Drehimpuls fließt in das Rad mit negativem Drehimpuls. Die Summe der Drehimpuls ist null, die Räder bleiben stehen. Die Energie der Räder wird in der Rutschkupplung benutzt, um Entropie zu erzeugen, die zusammen mit der dazu benutzte Energie an die Umgebung abfließt. Wie sieht der analoge Versuch bei den Gleitern auf der Fahrbahn aus?

Impuls strömt von einem Gleiter in einen weiteren. Der Impuls wird dabei auf beide Gleiter verteilt. Beide Gleiter haben nach dem Stoß weniger Energie als vor dem Stoß. Die überschüssige Energie wird dazu benutzt, Entropie zu erzeugen.

Der Elektromotor der Lock, pumpt positiven Impuls aus der Schiene in die Lok. Die Lok bekommt also positiven Impuls und die Schiene negativen. Die Energie für das Pumpen stammt vom Dynamot, der sie wiederum vom Menschen bekommt. Die Lagerung der Schiene auf Rollen verhindert, dass der Impuls aus der Erde gepumpt wird.

Der Experimentator pumpt positiven Drehimpuls aus dem Drehstuhl das Rad. Das Rad bekommt also positiven und der Stuhl negativen Impuls. Die Lagerung des Drehstuhls verhindert, dass der Drehimpuls aus der Erde gepumpt wird.

Drehimpuls strömt aus einem Rad in ein weiteres. Der Drehimpuls wird dabei auf beide Räder verteilt. Beide Räder haben nach dem Stoß weniger Energie als vor dem „Stoß“. Die überschüssige Energie wird dazu benutzt, Entropie zu erzeugen. 

Ein Gleiter gibt seinen gesamten Impuls an einen anderen ab. Während des „Stoßens“ haben beide Wagen zusammen weniger Energie als die Wagen vor und nach dem Stoß. Während des Stoßens ist Energie in der Feder gespeichert. Die Feder dient also als Impulsstromleiter und als Energiereicher. 

Ein Rad gibt seinen gesamten Drehmpuls an ein anderes ab. Während des „Stoßens“ haben beide Räder zusammen weniger Energie als die Räder vor und nach dem „Stoß“. Während des „Stoßens“ ist Energie in der Spiralfeder gespeichert. Die Spiralfeder dient also als Drehimpulsstromleiter und als Energiereicher.

Die eine „Platte“ des linken Kondensators wird mit positiver elektrischer Ladung aufgeladen. Danach wird die Ladung an die entsprechende „Platte“ des rechten Kondensators abgegeben (eine Diode verhindert das Zurückfließen der Ladung). Die Spule übernimmt die Rolle, die die Feder bzw. die Spiralfeder bei den analogen mechanischen Versuchen spielt. Sie leitet elektrische Ladung und kann Energie speichern. 

Durch wiederholtes „Umdrehen“ der Diode, läßt man die Ladung zwischen den „Platten“ der beiden Kondensatoren hin und her fließen. Wegen des Leitungswiderstandes (insbesondere des der Spule) kann das Umladen von der einen zu der anderen Platte nicht mehr vollständig gelingen. Von hier ist es nur noch ein kleiner Schritt zur Schwingung, dem kontinuierlichen Hin- und Herschwappen der elektrischen Ladung. 

Eine Platte des linken Kondensators wird positiv aufgeladen. Danach schwingt die positive Ladung zwischen den beiden „Platten“ der beiden Kondensatoren hin und her. Die Energie strömt zwischen den elektrischen Feldern der Kondensatoren und dem magnetischen Feld der Spule hin und her. Wegen der Leitungswiderstände ist die Schwingung gedämpft. In den Leitungen wird Entropie erzeugt, die danach zusammen mit der zur Entropieerzeugung verwendeten Energie an die Umgebung abfließt.

Der analoge Versuch mit Impuls. Ein Gleiter wird mit Impuls aufgeladen. Danach schwingt er zwischen hinterem und vorderem Gleiter hin und her. Die Schraubenfeder dient als Impulsleiter und Energiespeicher. Impuls fließt nach vorne, wenn die Feder zusammengedrückt ist und er fließt nach hinten, wenn die Feder gedehnt ist. Sie speichert Energie wenn sie zusammengedrückt bzw. gedehnt ist.

Der analoge Versuch zum Drehimpuls. Ein Rad wird mit Drehimpuls aufgeladen. Danach schwingt er zwischen beiden Rädern hin und her. Die Spiralfeder dient dient als Impulsstromleiter und als Energiespeicher. 

Mit Hilfe der in der Spiralfeder gespeicherten Energie wird aus einem Rad positiver Drehimpuls in das andere gepumpt. Ein Rad hat danach positiven Drehimpuls, das andere negativen. Positiver und negativer Drehimpuls schwingen zwischen beiden Rädern hin und her.

Der analoge Versuch mit Impuls: Mit Hilfe der in der Schraubenfeder gespeicherten Energie wird aus einem Gleiter positiver Impuls in den anderen gepumpt. Ein Gleiter hat danach positiven Drehimpuls, der andere negativen. Positiver und negativer Impuls schwingen zwischen beiden Gleitern hin und her. Wie sieht das Experiment für die elektrische Ladung aus?