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Experimentelle Untersuchung einer Schaukel

2011-10-12T09:26:14Z

Goesta.Huelsmann: /* Zusammenfassung */

[[Bild:Schaukel.jpg|thumb|320px|Kinder beim Schaukeln]]
[[Bild:Schaukel_Droste.jpg‎|thumb|320px|Die Schaukel am [http://www.dhg-freiburg.de Droste]. ]]

==Vorüberlegungen==
Wir sind zu unserer Schaukel am [http://www.dhg-freiburg.de/ Droste] gegangen.

Wir haben uns ein Bild mit einem schaukelnden Kind angesehen.

===Entwicklung eigener Fragen===

"Was kann man überhaupt fragen?" Beispiele für mögliche Fragen wurden von uns gesucht, darunter:
* "Wo kommt Energie her?"
* "Wie wirken physikalische Kräfte in Abhängigkeit voneinander?"
* "Wie viel Energie ist im physikalischen System?"
* "Welche Kräfte wirken?"
* "Welche Geschwindigkeit hätte die Schaukel am untersten Punkt?"
* "Welche Bewegung führt die Schaukel im Raum aus?"
* "Wie wird die Schaukel angetrieben?"
*(3) "Wie groß ist die Periodendauer?"
**"Hängt sie vom Antrieb ab?"
**"Hängt sie vom maximalen Ausschlag (Amplitude) ab?"
**"Hängt sie von der Anzahl der Personen ab?"
**"Ändert sich die Periode, wenn man sich stellt oder hinsetzt?"
*"Warum sind die Seile ganz gerade?"
*"Welche Sicherheitsvorschriften gibt es?"
*"Warum kann man nicht eine beliebige Höhe erreichen und auch keinen Überschlag machen?"

* Wie man antreibt
* Wirken von Kräften
* Beschreiben der Bewegung
* Impulsfluss
* Abhängigkeit der Bewegung
* Energiemenge/Fluss (z.B Wärme)
* Schwingungsdauer

===Untersuchungen an der Droste-Schaukel===

*(3) Wir haben jeweils 10 Perioden mit einer Handstoppuhr gemessen und dabei den Antrieb, die Amplitude, die Anzahl und Sitzposition der Leute variiert.

:Messwerte:

:Ergebnis:

:Bei der Abhängigkeit von der Personenanzahl haben wir leider einmal die Amplitude "mittelgroß" gewählt, dadurch ist das Messergebnis schlecht vergleichbar.

:Ausserdem nimmt die Amplitude, vor allem bei großer Anfangsamplitude schnell ab. Da die Periode von der Amplitude abhängt, wird das Ergebniss verfälscht.

:Die Messgenauigkeit ist nicht besonders groß. Man müßte entweder eine genauere Messmethode anwenden oder durch viele Messwerte den zufälligen Fehler der Handmessung verkleinern. (Vgl. [[Messunsicherheit und Fehlerrechnung]])

*( ) Wir haben eine Videoaufnahme mit dazugehaltenem Maßstab gemacht. Den Film kann man mit einer [[Bewegungsanalyse mit einem Video|Videoanalyse]] auswerten.

===Entwicklung und Vereinfachung durch ein Modell===
====Auswählen einer leitenden Frage====
Nach diesen ersten Gedanken, versuchten wir die Fülle an Fragen zu begrenzen und uns auf eine Frage zu einigen, die zum Grundverständnis der Physikalischen Abläufe einer schwingenden Schaukel am zuträglichsten sei und so vielleicht auch die anderen Fragen leichter zu beantworten seien. Diese Frage lautete: "Wovon hängt die Schwingungsdauer ab?"
Da nun die leitende Frage gestellt war, mussten wir im nächsten Schritt wieder Einschränkungen in Kauf nehmen, in sofern, als dass uns nur ein sehr vereinfachtes Modell einer Schaukel zur Verfügung stand, an dem wir nun versuchen wollte Antworten zu finden.

Trotz der scheinbar nahezu idealen Bedingungen im Bezug auf Reibung, Luftwiderstand und Zuverlässigkeit des Schaukelmodells, wurde schnell klar, dass exakte Messergebnisse nie möglich sein werden, da sich die Amplitude der Schwingung relativ schnell wieder verkleinerte, nachdem man der Schaukel einen Schwingungsimpuls gab.

====Mathematische Beschreibung====
[[Bild:Schaukelskizze2.jpg|right]]
Trotz dieser und weiterer fast unvermeidbarer Ungenauigkeiten des Versuchs, probierte man im nächsten und letzten Schritt die Ergebnisse mathematisch zu erfassen, zu beschreiben und zu kategorisieren.

* Im roten Koordinatensystem ist eine Angabe des Ortes möglich.
* Die Auslenkung y heisst Elongation.
* Bei y=0 ist das Pendel in der Ruhelage
* Das Messen, bzw die Angabe der Elongation ist mit Hilfe des Winkels <math>\varphi</math> möglich.
* Maximale Auslenkung: <math>\hat y</math>(Amplitude)
* Periode(ndauer) T: Zeit einer Schwingung
* Frequenz f: Anzahl Schwingungen pro Zeit <math>T=\frac{1}{f} \qquad f=\frac{1}{T}</math>

====Fazit====
Der Versuch zeigte, dass von der ersten Frage bis zum Ergebnis viel Abstriche zu machen waren im Bezug auf Realitätsnähe des Versuchs/Modells sowie auf die Beweglichkeit der Fragestellung. Nur sehr explizite und genaue Fragestllungen und Herangehensweisen sind realistisch durchführbar, dies wurde einem hiermit gezeigt.

So kann man sagen,dass ein erstes und vereinfachtes Bild der physikalischen Vorgehenswiese bei der Beschreibung von physikalischen Phänomenen gewonnen war.

==Untersuchungsauftrag: Wovon hängt die Frequenz der frei schwingenden Schaukel ab?==
* Untersuchen Sie experimentell, wovon die Frequenz, bzw. die Schwingungsdauer einer Schaukel abhängt.

Mögliche Beeinflussungen durch:

* Schaukellänge l
* Masse m
* Amplitude <math>\hat y</math>
* Reibung

Man muss also immer nur eine Größe variieren und dann jeweils die Periode messen. Misst man z.B. für verschiedene Amplituden die Periode erhält man einen Zusammenhang zwischen Amplitude und Periodendauer, der streng genommen nur für die gewählte Länge, Masse usw. gilt.

Ändert sich die Periode bei Variation einer Größe nicht, so ist sie davon unabhängig.

===Periodenlänge eines Fadenpendels===
* Vereinfachung des schaukelnden Kindes als Fadenpendel (mathematisches Pendel)
** Die Masse wird als punktförmig angenommen, die Aufhängung als masselos.
* Weitere Vereinfachung: Ungedämpftes Pendel (Ohne Energieverlust)

===Aufbau:===
[[Bild:Fadenpendel_Versuchsaufbau.jpg|thumb|right|Das Fadenpendel]]

Mittels einer Klemme wird eine Stange senkrecht an einem Tisch angebracht. An dieser Stange wird am oberen Ende ein Haken sowie ein Geodreieck angebracht. Das Geodreieck hat die Funktion, die Amplitude zu messen und wird daher so angebracht, dass die längere Seite oben ist und und die auf das Geodreieck aufgetragene Senkrechte genau auf der Stange verläuft.

Am Haken wird nun ein Faden befestigt, an dessen Ende ein Kugel befestigt ist.
Mit dem so entstandenen Pendel werden die Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse unten aufgeführt sind.

Zur Untersuchung der Abhängigkeit von einer Größe muß diese variiert und alle anderen konstant gehalten werden.

===Beobachtung/Messwerte:===

Abhängigkeit von der Fadenlänge l:

Tabelle 1

<math>m</math> = 0,1342 kg; <math>\hat y</math> = 30°
<math>l</math> | 10 cm | 20 cm | 30 cm | 40 cm | 50 cm
<math>T</math> | 0,75 s | 1 s | 1,16 s | 1,25 s | 1,47 s
<math>T</math> | 0,78 s | 1 s | 1,16 s | 1,25 s | 1,5 s
<math>T</math> | 0,78 s | 1,03 s | 1,16 s | 1,32 s | 1,5 s
<math>T</math> | 0,78 s | 0,97 s | 1,16 s | 1,35 s | 1,5 s
<math>T</math> | 0,78 s | 1 s | 1,16 s | 1,28 s | 1,56 s
D<math>T</math> | 0,774 s | 1 s | 1,16 s | 1,29 s | 1,506 s

Abhängigkeit von der Amplitude <math>\hat y</math>:

Tabelle 2

<math>m</math> = 0,1342 kg; <math>l</math> = 30 cm
<math>\hat y</math> | 15° | 30° | 45° | 60° | 75° | 90°
<math>T</math> | 1,09 s | 1,16 s | 1,16 s | 1,22 s | 1,25 s | 1,35 s
<math>T</math> | 1,13 s | 1,16 s | 1,13 s | 1,18 s | 1,25 s | 1,41 s
<math>T</math> | 1,09 s | 1,16 s | 1,18 s | 1,18 s | 1,22 s | 1,35 s
<math>T</math> | 1,13 s | 1,16 s | 1,16 s | 1,18 s | 1,25 s | 1,35 s
<math>T</math> | 1,09 s | 1,16 s | 1,16 s | 1,18 s | 1,25 s | 1,37 s
D<math>T</math> | 1,106 s | 1,16 s | 1,158 s | 1,188 s | 1,244 s | 1,366 s

Die Amplitude des Fadenpendels ist sehr stabil, nach 10 Perioden beträgt sie bei einer Startamplitude von 30° noch etwa 25°. In der Tabelle nicht aufgeführt, da für unsere Zwecke wertlos sind Extremversuche mit Startamplituden über 90° da hier die Kugel nicht auf einer stabilen Kreisbahn pendelt.

===Erklärung/Auswertung===

Um die Abhängigkeit von <math>T</math> und <math>l</math> möglichst durch eine Konstante zu definieren, werden verschiedene mathematische einfache Möglichkeiten ausprobiert:

<br/>''(<math>c</math> steht für die restlichen Bestandteile der Schwingungsformel; die Rechnungen gelten für <math>\hat y=30</math>'''°''')''

1. <math>T = l c</math>
::<math>T \over l</math><math> = c</math> ; <math>0,774 \over 0,1</math><math> = 7,74</math> ; <math>1 \over 0,2</math><math> = 5</math> ; <math>1,16\over 0,3</math><math> = 3,87</math> ; <math>1,29\over 0,4</math><math> = 3,225</math> ; <math>1,506\over 0,5</math><math> = 3,012</math>

2. <math>T = l^2 c</math>
::<math>T \over l^2</math><math> = c</math> ; <math>0,774 \over 0,1^2</math><math> = 77,4</math> ; <math>1 \over 0,2^2</math><math> = 25</math> ; <math>1,16\over 0,3^2</math><math> = 12,88</math> ; <math>1,29\over 0,4^2</math><math> = 8,06</math> ; <math>1,506\over 0,5^2</math><math> = 6,02</math>

3. <math>T = \sqrt{l} c</math>
::<math>c=</math><math> T \over \sqrt{l}</math> ; <math> 0,774 \over \sqrt{0,1}</math><math>=2,45</math> ; <math> 1 \over \sqrt{0,2}</math><math>=2,24</math> ; <math> 1,16\over \sqrt{0,3}</math><math>=2,12</math> ; <math> 1,29\over \sqrt{0,4}</math><math>=2,04</math> ; <math> 1,506\over \sqrt{0,5}</math><math>=2,13</math>

Die einzige der Formeln, deren Ergebnisse nur hinter dem Komma unterschiedlich sind, ist: <math>T = \sqrt{l} c</math>
Wir müssen also davon ausgehen, dass die Unterschiede, die bei 3. bestehen aufgrund von Messungenauigkeiten entstehen und den Durchschnitt der fünf Werte ausrechen, der da lautet: 2,2.

Wir gehen nun davon aus, dass die gesuchte Konstante be ieiner Amplitude von 30° etwa 2,2 beträgt.

===Periodenlänge einer schwingenden Stange===

====Aufbau:====
[[Bild:Schwingender_Stab_Versuchsaufbau.jpg|thumb|right|Der schwingende Stab]]

Mittels einer Klemme wird eine Stange senkrecht an einem Tisch angebracht. An dieser Stange wird am oberen Ende ein Geodreieck sowie eine kleinere, senkrecht zur Ersten stehenden Stange befestigt. Das Geodreieck hat die Funktion, die Amplitude zu messen und wird daher so angebracht, dass die längere Seite oben ist und und die auf das Geodreieck aufgetragene Senkrechte genau auf der Stange verläuft.
An der zweiten Stange wird nun erneut eine Dritte befestigt, senkrecht zur Kurzen, also parallel zur Ersten. Diese dritte Stange ist im Gegensatz zu den anderen beiden frei schwingend. Da das so entstandenen Pendel schon über ein Eigengewicht verfügt, wird auf ein zusätzliches Gewicht verzichtet. Mit dieser Konstruktion werden dann die Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse unten aufgeführt sind.
Zur Untersuchung der Abhängigkeit von einer Größe muß diese variiert und alle anderen konstant gehalten werden.

====Beobachtung/Messwerte:====

Abhängigkeit von der Amplitude <math>\hat y</math>:

Tabelle 1

<math>m</math> = 1.01kg; <math>l</math> = 1.01m
<math>\hat y</math> in ° | 30 / ''avg.'' | 45 / ''avg.'' | 90 / ''avg.'' |
<math>T</math> in s | 1.67; 1.61; 1.62; 1.67 / '''1.64''' | 1.71; 1.72; 1.65; 1.68 / '''1.69''' | 1.9 ; 1.95; 1.93; 1.89 / '''1.92''' |

Tabelle 2

<math>m</math> = 0.23kg; <math>l</math> = 1.06m
<math>\hat y</math> in ° | 30 / ''avg.'' | 45 / ''avg.'' | 90 / ''avg.'' |
<math>T</math> in s | 1.66; 1.72; 1.7 ; 1.67 / '''1.69''' | 1.76; 1.73; 1.79; 1.81 / '''1.77''' | 1.98; 1.97; 1.95; 1.99 / '''1.97''' |

Tabelle 3

<math>m</math> = 0.31kg; <math>l</math> = 0.33m
<math>\hat y</math> in ° | 30 / ''avg.'' | 45 / ''avg.'' | 90 / ''avg.'' |
<math>T</math> in s | 0.98; 1.02; 0.96; 0.97 / '''0.98''' | 1.01; 1.04; 1.04; 1.03 / '''1.03''' | 1.11; 1.04; 1.11; 1.17 / '''1.11''' |

Während der Versuchsdurchführung können wir an unserer Stativstange ein gewisses "Mitschwingen" beobachten, im Takt zum eigentlich schwingenden Objekt. <br/>
Weiterhin ist noch hinzuzufügen, dass die maximale Elongation von Periode zu Periode um ein sehr unterschiedliches Maß abnimmt, die Differenzen werden immer kleiner. Da wir dies bei all unseren Testreihen beobachten, testen wir abgesondert den "Extremfall", eine Amplitude von 180°, um diesen Effekt zu verstärken. Hierbei können wir beobachten, dass bereits nach einer Periode die Differenz der Amplitude etwa 60° beträgt; nach der zweiten 30°, usw.

====Erklärung/Auswertung====
Wie aus den Tabellen 1.03 und 2 zu entnehmen ist, haben unsere Stangen eine sehr ähnliche Länge (<math>l</math>), jedoch eine unterschiedliche Masse: Stange 2 wiegt weniger als ein Viertel von Stange 1. Hiermit können wir Johannes' anfängliche Hypothese, dass die Masse (<math>m</math>) irrelevant sei, sehr gut untermauern. Für die einzelnen Amplituden (<math>\hat y</math>) weichen die Perioden (<math>T</math>) jeweils nur um ein paar Hunderstelsekunden voneinander ab. "Ein solch geringer Unterschied hat seinen Ursprung nicht in einer so großen Massenrelation von 1:4" denken wir uns; die geringfügigen Längenunterschiede und Messungenauigkeiten müssen hierfür verantwortlich sein.
<br/> An dieser Stelle kommt Stange 3 ins Spiel, mit einer dritten Länge. Somit lässt sich die Abhängigkeit der Periode von der Länge besser untersuchen: auf den ersten Blick ist klar, dass die Periode mit Zunahme der Länge ebenfalls zunimmt (<math>l \propto T</math>?). Um die genaue Abhängigkeit herauszufinden, probieren wir gängige Verhältnisse mithilfe einer allgemeinen Formel aus:
<br/>''(<math>c</math> steht für die restlichen Bestandteile der Schwingungsformel; die Rechnungen gelten für <math>\hat y=45</math>'''°''')''
#<math>T = l c</math>
::<math>T \over l</math><math> = c</math> ; <math>1.77 \over l.06</math><math> = 1.67</math> ; <math>1.69 \over 1.01</math><math> = 1.67</math> ; <math>1.03\over 0.33</math><math> = 3.12</math>
#<math>T = l^2 c</math>
::<math>T \over l^2</math><math> = c</math> ; <math>1.77 \over 1.06^2</math><math> = 1.56</math> ; <math>1.69 \over 1.01^2</math><math> = 1.66</math> ; <math>1.03\over 0.33^2</math><math> = 9.46</math>
#<math>T = \sqrt{l} c</math>
::<math>c=</math><math> T \over \sqrt{l}</math> ; <math> 1.77 \over \sqrt{1.06}</math><math>=1.71</math> ; <math> 1.69 \over \sqrt{1.01}</math><math>=1.68</math> ; <math> 1.03\over \sqrt{0.33}</math><math>=1.79</math>
<br/>Nur bei <math>\sqrt {l}</math> sind Züge einer Übereinstimmung zu erkennen. Somit lässt sich sagen, dass sich die Wurzel der Länge proportional zur Periode verhält (<math>\sqrt l \propto T</math>).
<br/>
<div align="right"> Versuche: ''Johannes Schlicksbier'' und ''Nikolaj Kulvelis''<br/>Onlineausarbeitung: ''Nikolaj Kulvelis''</div>

===Zusammenfassung===
Die experimentelle Untersuchung der Schaukel begann damit, sich Fragen zu der Schaukel zu überlegen, etwa welche Kräfte auf die Schaukel wirken oder von was die Periodendauer T abhängt. Daraufhin wurden Experimente und Messungen durchgeführt, um diese Fragen zu beantworten. Als technische Hilfsmittel dienten uns zur Zeitmessung eine Handstoppuhr,und zum Messen der verschiedenen Längen ein Metermaß. Außerdem zogen wir zur genaueren Beschreibung der Bewegung der Schaukel im Raum eine Videoanalyse hinzu.
Es wurde induktiv, d.h. vom Beispiel über Versuche zur allgemeinen Formel,gearbeitet und vorgegangen. Die allgemeine Darstellung von Formeln, Übertragung von Formeln, technische Hilfsmittel, sowie Messung am Modell für Berechnungen, gehört alles zur allgemeinen physikalischen Vorgehensweise und macht diese induktiv. Induktives Vorgehen zeichnet sich dadurch aus, dass von Speziellem (der Schaukel) auf Allgemeines (allgemein gültige Formeln) geschlossen wird.

Bei unserem Experiment haben wir anhand eines Modelles berechnet, wie sich eine Schaukel in der Realität verhält, und haben diese Beobachtungen auf unseren Versuch übertragen um genauere Messergebnisse zu erzielen.

<br/>Man erhält beim [[schwingenden Stab]] und beim [[Fadenpendel]] jeweils einen funktionalen Zusammenhang zwischen Länge und [[Periode]]. Dieser gilt streng genommen nur für die untersuchte Amplitude. Das heißt, der [[Proportionalitätsfaktor]] hängt noch von der [[Amplitude]] ab.
Ein Vergleich der beiden Schwingungen zeigt, dass der Stab, bei gleicher Länge, eine größere Periode hat. Das liegt am größeren [[Trägheitsmoment]] des Stabes, denn der Stab dreht sich beim Schwingen um seinen Schwerpunkt, der Versuch war von der Masse Unabhängig.

'''Schwingender Stab:'''
<br/>Abhängigkeit von l: <math>\hat y=45</math>°

<math>T\over\sqrt{l}</math>(konstant)

<math>T\over\sqrt{l}</math><math>\approx</math>1,76 <math>s\over\sqrt{m}</math>
::<math>\Updownarrow</math>
::<math>T=1,76</math><math>s\over\sqrt{m}</math><math>sqrt{l}</math>
::<math>T=1,76</math><math>s\over\sqrt{m}</math><math>sqrt{2l'}</math>
::<math>T\approx 2,5</math><math>s\over\sqrt{m}</math><math>sqrt{l'}</math>

'''Fadenpendel:'''
<br/>Abhängigkeit vom l: <math>\hat y=20</math>°

<math>l\over T^2</math><math>\approx 24</math><math>m\over s^2</math> (konstant)
::<math>\Updownarrow</math>
::<math>T=\sqrt{l\over 0,24\frac{m}{s^{2}}</math><math>=</math><math>\sqrt{1 s^2\over 0,24 m}</math><math>\cdot\sqrt{l}</math>
::<math>T\approx 2,0</math><math>s\over\sqrt{m}</math><math>\cdot\sqrt{l}</math>

===Fehlerbetrachtung===

Bei den obigen Messwerten liegen natürlicherweise gewisse Ungenauigkeiten und Messfehler vor. In diesem speziellen Fall liegt das Fehlerspektrum bei der Periode <math>T</math> bei ca. 0,05 sek und bei der Fadenlänge <math>l</math> bei ca. 0,2 cm. Mit diesen Werten lässt sich nun ein Maximal- und ein Minimalwert errechnen. Der Durchschnitt dieser Extremwerte bietet dann eine zuverlässige Lösung für die Konstante <math>a</math>.

'''Fadenpendel''':

<math>T\approx 1,915 \frac{s}{sqrt{m}}\sqrt{l}</math>

<math>\rightarrow 1,915 \frac{s}{sqrt{m}}\approx\frac{T}{sqrt{l}}</math>

'''Max./Min. Betrachtung'''

<math>\bar T=1{,}32\pm 0{,}05s(\pm3{,}8%)</math>

<math>l=47{,}5cm\pm0{,}2cm(\pm0{,}4%)</math>

<math>\Rightarrow\</math><math>a</math><math>_m_a_x={(1{,}32+0{,}05)s \over \sqrt{(47{,}5-0{,}2)cm}}=1{,}992{s\over\sqrt{m}}</math>
:<br/><math>a</math><math>_m_i_n={(1{,}32-0{,}05)s\over\sqrt{(47{,}5+0{,}2)cm}}=1{,}838{s\over\sqrt{m}}</math>

<math>\Longrightarrow</math><math>a</math><math>=1{,}915{s\over\sqrt{m}}\pm0{,}08{s\over\sqrt{m}}(\pm4%)</math>

Eine '''statistische Auswertung''' der Messwerte ist nicht möglich, da jeweils nur drei Zeitmessungen vorgenommen wurden, was zu wenig ist. Vgl mit [[Messunsicherheit und Fehlerrechnung]].

Was ist Physik?

2011-09-13T15:03:46Z

Goesta.Huelsmann: /* Interpretationen zu den einzelnen Zitaten: */

[[Bild:Physik_Maennchen.jpg|thumb|Das Physik-Männchen]]
[[Bild:Liebe_messen.jpg|thumb|Die ganz große Liebe!]]
[[Bild:Schönes_Bild.jpg|thumb|Wie schön!]]
[[Bild:Was_ist_Physik.JPG|thumb|Schematische Übersicht]]
[[Bild:Was_ist_Physik.jpg|thumb|Eine schöne farbige Übersicht]]

Hier soll jetzt einiges Metamäßiges thematisiert werden:

*Erkenntnisgewinn
*Vorgehensweise
**induktiv
**deduktiv
*Abbildung der Realität mit Modellen
*Einschränkungen der Modelle
*Experimente und Fehler

Das "Physik-Männchen steht stellvertretend für die Erforschung der Welt mit einer naturwissenschaftlichen, insbesondere physikalischen, Methode.

In der Hand hält das Männchen Messinstrumente, wie ein Metermaß, eine Uhr oder eine Waage, um Längen, die Zeit oder eine Masse zu messen. Im Kopf des Männchens sind mathematische Formeln und Modelle, wie das Atommodell oder das heliozentrische Weltbild. Es schaut durch seine Brille und hat am Arm hat eine Blindenbinde.

Das Männchen möchte offensichtlich gerne die uns umgebende Welt erkunden und erklären. Dabei bedient es sich einerseits der Messinstrumente, quasi als Sinnesorgane, um mit der Welt Kontakt aufzunehmen. Andererseits hat es Ideen und Vorstellungen im Kopf, welche die Realität beschreiben oder abbilden. Diese Vorstellungen sind das Ergebnis von Messungen und alltäglichen Erfahrungen, sie beeinflussen auch die Sichtweise auf die Dinge, was mit der Brille angedeutet wird.

Die Physik ist die Wissenschaft der in der Natur vorhandenden einzelnen Bausteine und der Gesetze nach welchen diese sich verhalten. Generell kann man die Physik in zwei große Kategorien einteilen, die Theoretische Physik und die Experimentalphysik, diese bauen jedoch zwangsläufig stark aufeinander auf. Auf Grund dessen gibt es zwei Arten von physikalischer Forschung, oder physikalischen Experimenten.

Um Erkenntisse zu gewinnen, kann man induktiv oder deduktiv vorgehen.

Bei einer Induktion forscht man zuerst mit Hilfe eines Versuches, wobei man die enstandene Messergebnisse aufzeichnet und nach dem Versuch daraus ein Modell erstellt. Man schließt vom Speziellen auf das Allgemeine.(Z.B. [[Experimentelle Untersuchung einer Schaukel]])

Bei einer Deduktion wird ein Versuch nach einem zuvor konzipierten Modell oder einer Idee erarbeitet und durchgeführt, mit Hilfe des Versuches wird über die Gültigkeit des Modells entschieden. Man schließt vom Allgemeinen auf das Spezielle. Deduzieren bedeutet Ableiten. (Z.B. [[Mathematische Beschreibung von Schwingungen#Untersuchung dreier Schwingungen|Untersuchung dreier Schwingungen]])

Experimente generell könnten aber überhaupt nicht gemacht werden, wenn es nicht zuvor einheitlich geregelte Maßvoragaben und Maßeinheiten gäbe. Die Erfassung jeglicher Daten kann deshalb nur durch Instrumente erfolgen die von der [[http://www.ptb.de/ |Physikalisch-Technischen Bundesanstalt]] geeicht und geprüft wurden.

Die Physik ist im Wesentlichen auf Dinge beschränkt, die sich mit Hilfe von Experimenten messen lassen. Probleme könnten dabei sein: Das Experiment ist zu ungenau, oder das Experiment verändert die Zustandsbedingungen. Außerdem kann es sein, dass die menschliche Vorstellungskraft nicht ausreicht, um ein Phänomen einzuschätzen. Oder ein Phänomen ist grundsätzlich nicht exakt beschreibbar.

von Till Peters

==Zitate von Naturwissenschaftlern==
[http://129.143.233.233/images/physik_os/science_is_like_sex.pdf Zitate, gesammelt von Jörg Rudolf] ([[Media:Zitate_NAT.pdf|hier]] auch zum direkten Herunterladen.)

[http://www.zitate.de/kategorie/Naturwissenschaft/ zitate.de Naturwissenschaft(wenig!)]

[http://www.zitate.de/kategorie/Physik/ zitate.de Physik]

==='''Interpretationen zu den einzelnen Zitaten:'''===

*(Johannes Schlicksbier)
**'''''Die Naturwissenschaft ohne Religion ist lahm, die Religion ohne die Naturwissenschaft ist blind.''''' <div align="right">Albert Einstein</div>
**'''''Die Naturwissenschaft ist der Versuch die Struktur des Universums zu verstehen. Die Religion will Ziel und Zweck des Universums und den Menschen verstehen.''''' <div align="right">Charles Howard Townes</div>
(Die Liebe des Menschen, sein Mitleid und sein Verstand lassen ihn nach mehr suchen, als die greifbare Welt, was oft in religionen Weltanschauungen resultiert.) Religion liefert der Naturwissenschaft die Motivation und den Antrieb, alles in seiner Gesamtheit verstehen zu wollen. Allerdings darf sich auch die Religion der erkannten Wirklichkeit nicht verschliessen.
Dies ist eine eindeutige Aufforderung an so manchen Naturwissenschaftler, der sich dem "gänzlich rationalen Denken" (soweit dieses überhaupt exestiert)verschrieben hat, als auch an die Religionen, die die Naturwissenschaften noch immer als eine Bedrohung ihrer Existens betrachten, sich gegenseitig anzuerkennen.

'''''"Das Buch der Natur ist mit mathematischen Symbolen geschrieben"'''''
<div align="right">'''Galileo Galilei'''</div>

Galilei versucht mit seiner Aussage zu erläutern, dass in der Natur, die etwas unglaublich riesiges und komplexes ist, jeder kleinste Vorgang nach den Gesetzen der Physik abläuft. In dieser scheinbar wirren und unberechenbaren Vielfalt, läuft alles doch sehr geregelt und vorhersehbar ab. Galilei beschreibt das Verhältnis zwischen Natur und Physik wie das eines Programmes und seinen dazugehörenden Konfigurationen und Befehle. Das Programm könnte ohne Konfiguration oder Befehle unter keinen Umständen funktionieren.

von Till Peters

*(Larissa Pychlau)
**'''''Ein Wissenschaftler ist jemand, dessen Einsichten größer sind, als seine Wirkungsmöglichkeiten. Gegenteil: Politiker.''''' <div
align="roght">Helmar Nahr</div>
Nahr meint, Wissenschaftler seien Menschen der Aufklärung, die notwendige Erkenntnisse bringen.
Sie werden jedoch, seiner Ansicht nach, nicht genug unterstützt.
Politiker hingegen, haben alle Mittel, die sie wollen, bewegen aber meist viel zu wenig und reden sich nur gegenseitig tot.
Nahr scheint nicht die Macht des Wissens zu meinen, sondern bezieht sich scheinbar mehr auf den Alltag und darauf, wie Forscher um alle Gelder und Projekte feilschen müssen.

'''''"Daraus, daß die Sonne bisher jeden Tag aufgegangen ist, folgt logisch nicht, daß sie es morgen wieder tun wird.
"'''''
<div align="right">'''Carl Friedrich v. Weizsäcker'''</div>

Weizsäcker möchte ausdrücken, dass physikalische Gesetze nicht absolut und endgültig sind. Die Physik ist auf Modelle begründet. Zwar können sich diese Modelle durch experimentelle Beobachtungen herleiten (Deduktion) oder werden durch ebensolche (Induktion) bestätigt, dennoch sind sie dadurch nicht unabänderlich. Das Aufgehen der Sonne, ein alltägliches und banal erscheiendendes physikalisches Phänomen, ist zwar nach physikalischer Erkenntnis ein kontinuierlicher Vorgang, tatsächlich ist das aber nur eine Mutmaßung. Zum einen könnte das physikalische Modell unvollständig sein, oder aber ein zufälliger, unberechenbarer Faktor "schaltet" sich ein. Deshalb kann man nicht mit absoluter Bestimmheit sagen, dass die Sonne morgen aufgehen wird.

'''''"Auch wenn alle einer Meinung sind, können alle Unrecht haben."'''''
<div align="right">'''Bertrand Russell'''</div>

Russel spielt auf die Geschichte der Physik an, in der es immer wieder Neuordnungen wzb. die Relativität der Gleichzeitigkeit gab. <br/> Auch heute dürfe man sich um des Fortschritts willen nicht auf seinen Lorbeeren ausruhen, sich nicht dem naiven Glauben hingeben, dass unser bisher erarbeitetes Konstrukt der Physik, das sich uns in dem uns Bekannten bisher als zutreffend erwiesen hat, auch richtig ist; Hinterfragung und Zweifel an den bisherigen Theorien sind grundlegend um die Wissenschaft voranzutreiben.

von Nikolaj Kulvelis

'''''"Das Wunder ist nicht ein Wiederspruch zu den Naturgesetzen , sondern ein Wiederspruch zu dem, was wir von diesen Gesetzen wissen.'''''"
<div align="right">'''Aurelius Augustinus'''</div>

Augustinus ist der Meinung, dass jedes Phänomen und jeder Vorgang im Universum mit einer Formel oder einer anderen Definition zu erfassen und zu erklären ist. Er macht jedoch auch deutlich, dass das bisher erforschte noch nicht ausreicht, um alles zu verstehen und scheint dazu aufzuforden diese Lücken zu schließen.

'''''"Was wir wissen ist ein Tropfen; was wir nicht wissen ist ein ganzer Ozean"'''''
<div align="right">'''Isaac Newton'''</div>

Die Natur überrascht immer wieder mit neuen erstaunlichen Dingen und es gibt immer etwas zu entdecken, untersuchen, spekulieren und überdenken. Der Prozess des Forschens wird niemals aufhören! Zu Newtons Zeit kannte man den Tropfen eines Ozeans, heute kennt man vielleicht tausende von Tropfen, also einen Eimer voll aber es gibt immer neues zu entdecken und hat man den Ozean erforscht gibt es den nächsten.

'''''"Das Wunder ist nict ein Widerpruch zu den Naturgesetzen, sondern ein Widerspruch zu dem, was wir über die Gesetze wissen."'''''
<div align="right">'''Aurelius Augustinus'''</div>

Ich schliesse mich der Meinung dessen, welcher auch dieses Zitat bearbeitete, im Grossen und Ganzen an, dennoch könnte ich mir auch vorstellen,dass A. Augustinius mit seiner These sagen will, dass wir unfähig sind ein dynamisches System genau fassen bzw. messen zu können.
Da wir nun auch nur in der Lage sind endlich genau zu messen leuchtet die Annahme, die Anfangsbdg. eines solchen Systems genau präzisieren zu können, in unserem hoch komplexen Universum auch ein.
Wenn dieses System nun eine weile ``läuft`` und die Anfangsbdg. unklar waren werden unsere Vorraussagen enorm von der Realität abweichen. Auch dieses könnte als Wunder betrachtet werden.

Ich denke, Augustinus will sagen, dass auch ein "Wunder" (und damit quasi alles) mit den Naturgesetzen in Einklang gebracht werden kann, nur, dass wir von den dafür benötigten Gesetzen eben noch nichts wissen. Außerdem will er möglicherweise dazu anregen, dass die Menschen sich fortwährend darüber Gedanken machen sollten, was von den heutezutage bekannten physikalischen Gesetzen zu halten ist und diese zu hinterfragen, zu prüfen und möglicherweise auch mit dem Wissen neuer Erkenntnisse zu ändern.

'''''"Im Grunde bewegen nur zwei Fragen die Menschheit: Wie hat alles angefangen und wie wird alles enden?
"'''''
<div align="right">'''Stephen Hawking'''</div>

In diesem Zitat zeigt sich die allumfassende Neugierde des Menschen in dem für Physiker typischen Fragewort "wie", mit dessen Hilfe man die Dinge auf ihre "Art zu Funktionieren" untersucht, aber nicht nach dem Grund ihrer Existenz fragt, was eher ein Fall für die Philosophen wäre.
Die Frage ist auf den Anfang und das Ende gerichtet, vielleicht weil man mit Hilfe der Gegebenheit (Anfang) und der Regel (Ende) alles Andere dazwischenliegende berechnen könnte.
Ich finde den Gedanken an eine solche "Universums-Formel" interessant und durchaus vorstellbar.

'''''"Der Beginn aller Wissenschaften ist das Erstaunen, dass die Dinge sind, wie sie sind."'''''
<div align="right">'''Aristoteles'''</div>

Das alt-griechische Wort für "erstaunen" bedeutet ebenso "staunen", wie "wundern", durchaus auch "hinterfragen".
Das Bestaunen, dass etwas funktioniert, aber auch das Wundern, warum es funktioniert, sind der Beginn aller Wissenschaften, weil man ohne dieses Staunen den Dingen nicht die nötige Bedeutung gibt, sich länger mit ihnen zu befassen. Wer einfach nur blind durch die Welt läuft und alles akzeptiert, wie es ist, wird nie auf die Idee kommen, es genauzu untersuchen. Also ist der erste Schritt der Wissenschaft immer, zu bewundern, zu bestaunen, zu staunen und zu wunder, dass die Dinge sind, wie sie sind.

'''"Es gibt einen Unterschied zwischen Gott und uns: Gott weiß alles. Wir wissen alles besser."'''
<div align="right">'''Ernst Ferstl'''</div>

Die Naturwissenschaften, besonders die Physik, standen immer schon in einem gewissen Konflikt mit der Kirche. Bestes Beispiel hierfür sind das geozentrische und das heliozentrische Weltbild. In der Religion wir von einer höheren, göttlichen Macht gesprochen. Gott ist allmächtig und allwissend. In der Physik beruht alles auf Beobachtungen, Erkenntnissen und Beweisen eines, oder mehrerer Menschen.

*(Gösta Hülsmann)
**'''''Die Naturwissenschaft ohne Religion ist lahm, die Religion ohne die Naturwissenschaft ist blind.'''''
<div align="right">Albert Einstein</div>
In diesem Zitat wird deutlich, dass die Naturwissenschaft ohne die Religion langweilig ist, weil es dann zu wenig unstimmigkeiten gäbe. Außerdem braucht die Naturwissenschaft die Religion als Wertung von Dingen. Die Religion ohne Naturwissenschaft nicht nur langweilig, sondern geradezu unbrauchbar wäre, weil durch sie keine Erungenschaften und kein Verständnis erreicht würde.

==Überlegungen zu den Bildern==

Bild 1: Beschreibung:

* In dem Kopf sind Formen, Zahlen, Graphen etc. zu sehen
* In den Händen trägt er (ich nenne ihn Hubert) eine Uhr, ein Lineal und eine Waage.
* Um den linken Arm trägt Hubert eine Blindenbinde.

Interpretation: Der Kopf soll die Theorie darstellen. Nur mit HIlfe von Formeln und anschaulichen Graphen sind wir in der Lage komplizierte und neue Aufgaben zu lösen. Die Sachen, welche er in seinen Händen hat stehen für den praktischen Teil. Es sind Hilfsmittel, die wir benötigen.

Über die Blindenbinde gibt es mehrere Theorien. Die erste Theorie: Es könnte bedeuten, dass das, was man mit dem Auge sieht anders ist, als das was man misst, ausrechnet,..... Kurz gesagt: Das Auge kann nicht alles genau erfassen. Eine zweite Theorie wäre: Man betrachtet und konzentriert sich oftmals nur auf einen Aspekt. Stellt euch vor ihr rechnet von einem Viereck die Fläche aus, dabei könntet ihr noch Gleichzeitig den Umfang ausrechen.

Bild 2: Beschreibung:

* Er misst das L des Wortes Liebe mit einem Lineal ab.
* Vor ihm ist eine Sprechblase. In ihr steht: 1,73 Meter

Interpretation: Hier waren wir uns alle einig. Wir denken, dass der Mensch für alles ein Maß finden möchte. Die menschen wollen nichts unerklärt, unerforscht und unbekannt lassen.

Bild 3: Beschreibung:

* Hubert steht vor einem Bild das wohl eher unabsichtlich etwas schräg hängt
* Er scheint zu dem Bild eine Meinung, bzw eine Empfindung zu haben (der runde Mund deutet darauf hin)

Interpretation: Vielleicht überlegt er sich gerade, ob das Bild schön oder eher nicht so schön ist. Doch ist Schönheit messbar? Physik ist eine exakte Wissenschaft. Sie kann sehr viel beschreiben. Doch es gibt auch Dinge die sie nicht kann. Zum Beispiel Alles und Jeden adäquat messen. Die Physik kann weder messen ob etwas schön ist oder etwa hässlich. Das kommt wohl mehr auf unseren Geschmack an.

==Links==
*[http://archiv.ethlife.ethz.ch/articles/tages/SciencemeetsDhar.html "Interkultureller Brückenschlag" Artikel aus der ETH Zürich ]
*[http://www.tibet-institut.ch/content/smd/de/index.html]
*[http://www.sciencemeetsdharma.org/]
*[[Datei:Science_meets_dharma.pdf]]