A complete list of my publications can be found here.
Die Frage wurde kürzlich für den Autor wieder aktuell, als ein Vater sich per E-Mail mit der Bitte an ihn wandte, ihm bei der Argumentation seinen widerspruchsfreudigen Kindern gegenüber behilflich zu sein. Diese Anfrage war der Anlass, die Argumente noch einmal zusammenzutragen und zu durchdenken.
Der "Letter to the editor" versucht, weitere Teilnehmer auf dem amerikanischen Kontinent zu gewinnen.
Der Aufsatz beschreibt das internationale Projekt zur Messung der Astronomischen Einheit anhand des Merkurtransits 2016 und seine Ergebnisse. Außerdem wird auf den Transit 2019 aufmerksam gemacht und zur aktiven Teilnahme aufgerufen.
Astronomie ist eine Mitmachwissenschaft. Manchmal trennen nur wenige Schritte reine Beobachtung von einer physikalischen Messung. Die Mondentfernung ist ein gutes Beispiel: Mit einfachen Hilfsmitteln können Amateurastronomen den Abstand des Erdtrabanten auf verschiedene Weisen selbst bestimmen. Anhand echter Beispiele bekommen diejenigen, die selbst nachmessen wollen, alles Nötige an die Hand.
Die bewusste Beobachtung einer Mondfinsternis ist immer wieder faszinierend und kann zu vielfältigen astronomischen und optischen Überlegungen anregen. In den Jahren 2018 und 2019 werden nach einer langen finsternisarmen Pause zwei Mondfinsternisse von Europa aus zu beobachten sein, bevor wieder eine längere Periode ohne Finsternisse beginnt. Dieser Aufsatz soll anregen, sich auf diese Finsternisse vorzubereiten, um an ihnen Beobachtungen, Messungen und Überlegungen über den Mond anzustellen.
Vielleicht gelingt es den LeserInnen, sich bei der Finsternis selbst in die Konstellation Sonne-Erde-Mond hineinzufühlen und sich zu überlegen, welcher Teil der Erde gerade auf dem Mond "abgebildet" wird. Auch zu zwei verschiedenen Methoden, die Entfernung des Mondes zu messen, geben Mondfinsternisse Gelegenheit.
.gif) |
.gif) |
|---|---|
| (Animationen durch Mausklick auf die Bilder!) | |
"Aber in Wirklichkeit dreht sich doch die Erde!" behauptete meine 9-jährige Enkelin Emma, als ich ihr das Serienfoto zeigte, das die Rotation des Sternenhimmels über unserem Ferienhäuschen darstellt (links). Auf meine Frage, woher sie das wisse, konnte sie keine Antwort geben, und die Frage, ob sie sich das vorstellen können, verneinte sie ehrlicherweise.
Diese kleine Diskussion regte mich an, ein zweites Serienfoto zu erstellen (rechts), bei dem ich die Kamera, statt sie auf die Erde zu stellen, "fest mit dem Himmel verband".
Auch befreundete Kollegen und astronomisch interessierte Lehrer konnte ich mit der Gegenüberstellung der beiden Bilder überraschen und zum Nachdenken anregen.
Über einen Zeitraum von fast zwei Jahren wurden die periodischen Helligkeitsschwankungen des Sterns CY Aquarii von einer Gruppe an Astronomie interessierter Physiklehrerinnen und -lehrer mit dem Monet-Teleskop in Texas remote beobachtet und daraus ein sehr genauer Wert für die Periodendauer abgeleitet. Die beobachtbare scheinbare Periodendauer ändert sich im Laufe eines Jahres. Interpretiert man diese Variation als optischen Dopplereffekt, lässt sich aus den Beobachtungsdaten die Lichtgeschwindigkeit ableiten, ohne dass die genaue wahre Periodendauer des Sterns bekannt sein muss.
 |  |
|---|---|
| Zur Messung der wahren Periode: In der Zeit zwischen den beiden Messungen hatte der Stern 5963 Perioden durchlaufen. | Zur Messung der scheinbaren Periode im Juni. Es ergibt sich ein um 0.52 s kleinerer Wert als im Jahresmittel. |
Auch wenn aus optischen Gründen klar ist, dass die beleuchtete Mondseite direkt der Sonne zugewandt ist, gibt es Situationen, in denen es einem Beobachter so scheint, als »schiele« der Mond an der Sonne vorbei. Es werden die geometrischen und physikalischen Hintergründe dieses Phänomens beschrieben, das vor einiger Zeit wieder kontrovers diskutiert worden ist. Außerdem werden die Bedingungen genannt, unter denen es wahrzunehmen ist, und Verbindungen zu anderen optischen Phänomenen aus Lebenswelt und Astronomie aufgezeigt. Dabei ergeben sich Vorschläge für Beobachtungen und Foto- bzw. Filmaufnahmen.
kkk.jpg) |
Wenn die Kamera geeignet geschwenkt wird, schielt der Mond nicht. Aber der Horizont ist gebogen. |
|---|
 |
| Hier wird die Kamera so eschwenkt, dass bei der Zusammensetzung der Bilder die oberste Fensterlinie gerade bleibt. |
Der Beitrag regt dazu an, sich mit verbreiteten Fehlvorstellungen im Hinblick auf astronomische Erscheinungen konstruktiv zu beschäftigen, um daraus einen Nutzen für das Lernen zu ziehen: Durch das Nachdenken über Fehlvorstellungen wird auch das Nachdenken über die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge angeregt.
Der Jahreslauf der Sonne kann erschlossen werden aus den wöchentlichen Angaben eines Taschenkalenders über die Sonnenauf- und -untergangszeiten. Im Aufsatz werden entsprechende Daten zur Verfügung gestellt und eine Anleitung zu ihrer Auswertung gegeben.
Der Aufsatz beschreibt eine Aufgabe des Astronomischen Praktikums. soll dazu anregen, in der Schule durch Projekion ein großes Sonnenanalemma an eine Fensterscheibe oder auf dem Fußboden zu erzeugen. Ein Programm hilft bei der Planung des Langzeitprojektes.
 |  |
|
|---|---|---|
| Abweichung der Tageslänge von 24 h | Die Krönung der Auswertung |
Der Aufsatz soll dazu anregen, in der Schule durch Projekion ein großes Sonnenanalemma an eine Fensterscheibe oder auf dem Fußboden zu erzeugen. Ein Programm hilft bei der Planung des Langzeitprojektes.
 |  |
|
|---|---|---|
| "PlanungAnalemma.exe" | Messzeit: 2 Jahre |
Wenn man Orion "verkehrt herum" wahrnimmt, erkennt man, dass man selbst auf dem Kopf steht ...
 |  |
|
|---|---|---|
| ... in Hannover | Orion ... | ... auf Feuerland |
Der bekannte Effekt wird mit anschaulichen Argumenten auf die Induktivität des Ringes zurückgeführt.
 |  |
|---|
 |
 |
|---|---|
| Weltweit zeitgleich gemessenene Sonnenpositionen | Überlagerung zeitgleicher Mondfotos aus Essen und Istanbul |
Astronomie + Raumfahrt 45/2, 23 (2008)
Beobachtung und Messung von Durchgängen der Venus vor der Sonne boten lange Zeit die Gelegenheit zur genauesten Messung der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Wenn auch die Astronomische Einheit heute mit anderen Methoden sehr viel genauer bestimmt worden ist, so bot doch der auf der geografischen Länge von Deutschland optimal beobachtbare Durchgang am 8. Juni 2004 , der erste seit 1882, eine ausgezeichnete Möglichkeit, mit modernen Methoden die historischen Messungen nachzuvollziehen und internationale Zusammenarbeit zwischen Schulen, Amateurastronomen und Universitäten einzuüben.
Astronomie + Raumfahrt 45/2, 34 (2008)
Über drei Jahre hat eine Gruppe aus Schülern, Lehrern, Amateurastronomen und Studenten die Bewegungen der Jupitermonde und insbesondere die Verfinsterungen des innersten Mondes Io beobachtet. Unser Ziel dabei war, Beobachtungen und Messungen nachzuvollziehen, aus denen Ole Römer erstmals auf die Endlichkeit der Lichtausbreitung geschlossen und einen Wert für die Lichtgeschwindigkeit abgeleitet hat. Dabei hat sich gezeigt, dass es, im Gegensatz zu Veröffentlichungen auch in dieser Zeitschrift, nicht einfach ist, zu befriedigenden Ergebnissen zu kommen, dass aber bei dem Versuch sehr viel gelernt werden kann.
Vorstellungen, die bei der Einführung des Spannungsbegriffs bei Gleichstromkreisen oder in der Elektrostatik entwickelt werden, passen nicht mehr, wenn Induktionseffekte eine Rolle spielen. Die Lernschwierigkeiten, die dadurch auftreten können, werden beschrieben. Die Analyse der fachlichen Grundlagen und einiger Experimente führt zu Vorschlägen für den Umgang mit dem Spannungsbegriff im Falle zeitlich veränderlicher Ströme und Felder.
| 
|
|---|---|
| In welchem Fall muss das Seil mehr aushalten? | Welche Mannschaft gewinnt? Warum? |
Der vorphysikalische Kraftbegriff, den Schüler aus dem Alltag mit in den Physikunterricht bringen, ist dadurch gekennzeichnet, dass Kräfte Körpern (insbesondere Lebewesen) zugeschrieben werden und zur Klärung von Ursache und Wirkung herangezogen werden. In der Physik dagegen kennzeichnen Kräfte Wechselwirkungen zwischen Körpern. Es wird deshalb vorgeschlagen, das Wechselwirkungsprinzip zum Ausgangspunkt für die Einführung des Kraftbegriffes in der Schule zu machen. Das 3.~Newton'sche Gesetz, insbesondere seine völlige Symmetrie, widerstrebt jedoch dem Vorverständnis der Schüler. Deshalb wird es an vielen Beispiel veranschaulicht und erläutert.
Die Kräfteverhältnisse beim schwingenden Fadenpendel werden in vielen Schul- und Hochschullehrbüchern falsch, oder zumindest missverständlich dargestellt. Die Darstellungen bestätigen dadurch scheinbar die Fehlvorstellung, die resultierende Kraft zeige in Bewegungsrichtung. Die dadurch hervorgerufenen Schwierigkeiten beim Verständnis krummliniger Bewegungen werden am Beispiel des so genannten Brachystochronen-Problems erläutert. Dabei wird auch die Möglichkeit aufgezeigt, dieses Problem durch einen evolutionären Algorithmus numerisch zu lösen.
You can get the corresponding Windows-programs:
ProgrammeSchnellsteVerbindung.zip (909 kBytes),
Ein leicht zu verstehender Nachweis der Erddrehung beruht auf der Tatsache, dass Gegenstände, die aus der Ruhe fallen gelassen werden, nicht etwa nach Westen hinter der rotierenden Erde zurückbleiben, sondern ihr im Gegenteil nach Osten vorauseilen. Leider ist dieser von Newton vorhergesagte und von Benzenberg erstmals gemessene Effekt selbst bei großen Fallhöhen so klein, dass er nur äußerst schwierig nachgewiesen werden kann. Im Rahmen einer Staatsexamensarbeit ist es trotzdem gelungen, die sogenannte Ostabweichung im nur 16 m hohen Treppenhaus der Universität Koblenz nachzuweisen.
Powerpoint presentation (16.6 MByte)
You can get the corresponding Delphi-programs
Die Arbeit untersucht das Verhältnis zwischen Konvention und Erfahrung am Beispiel des elektromagnetischen Energietransportes und untersucht die didaktischen Konsequenzen für die Physikausbildung in Schule und Hochschule.
Die Beschreibung mit dem Poynting-Vektor ist nur eine von im Prinzip beliebig vielen Darstellungen des Energietransportes. Beim Vergleich verschiedener Beschreibungen zeigt sich, daß verschiedene Probleme auch unterschiedliche Darstellungen nahelegen, wenn mathematische Einfachheit oder Anschaulichkeit im Vordergrund stehen.
Die weitgehende Willkürlichkeit kann eindrucksvoll am Hertzschen Dipol demonstriert werden.
Wenn Sie an einer Demonstration des Energieflusses in der Nähe des Dipols interessiert sind, dann klicken Sie auf das Bild!
Der Zeitschriftenartikel Der Energietransport ... (Praxis der Naturwissenschaften/Physik 36/6, 30 (1987)) enthält Vorüberlegungen und Teilergebnisse.
Die in dem vorangegangenen Aufsatz zu einem qualitativen physikalischen Begriff gewordene Vorstellung von der Energieentwertung wird mit Hilfe der Additivitätsforderung zu einer quantitativen Größe verschärft, die die Irreversibilität von selbständigen Prozessen beschreibt. An Beispielen werden die Möglichkeiten zur Abschätzung und Messung dieser Größe gezeigt. Die Energieentwertung kann sowohl auf den Entropie-, als auch auf den Exergiebegriff zurückgeführt werden. Ein Vergleich dieser beiden Größen zeigt, dass sich die Werte der Exergie besser als die der Entropie im Rahmen eines energetischen Wertkonzepts interpretieren lassen.
Messverfahren zur Bestimmung des Verhältnisses I(α)/I(β) mit Hilfe der Additivitätsregel
Ausgehend von den Schwierigkeiten, die vorwissenschaftlichen Erfahrungen und Vorstellungen zur Energie mit dem fachlichen, auf der Energieerhaltung beruhenden Energiebegriff zu erfassen, wird vorgeschlagen, zusätzlich zur Energieerhaltung das Konzept der Energieentwertung einzuführen. Die Energieentwertung beschreibt die letztlich auf der Irreversibilitat beruhenden Erfahrungen im Zusammenhang mit energetischen Vorgängen.
Dissertation, Universität Osnabrück 1982
In der Arbeit werden die empirischen und theoretischen Grundlagen des phänomenologischen Entropiebegriffs dargestellt und am Beispiel der Entropie das Verhältnis zwischen Konvention und Erfahrung bei der physikalischen Begriffsbildung untersucht.
Als Anzeichen unterschiedlicher Unumkehrbarkeit (Irreversibilität) von Prozessen wird ihre Fähigkeit gewertet, sich gegenseitig zurückzuspulen. Die allgemeine Anwendbarkeit dieses Konzeptes wird aufgezeigt.
Im Unterschied zur üblichen Entropieeinführung wird hier ein Begriffsapparat entwickelt, mit dem es möglich ist, die Entropie ohne Kenntnis der Thermodynamik idealer Gase als Maß für die Unumkehrbarkeit (Irreversibilität) natürlicher Vorgänge zu begreifen. Die Autoren hoffen, dadurch ein Verständnis der Entropie in der Schule zu ermöglichen, das der übergreifenden Bedeutung dieses Konzeptes gerecht wird.
Der Aufsatz stellt die erste Elementarisierung der Grundideen der Dissertation für einen Unterricht über den Entropiebegriff in der Schule dar. Es wird vorgeschlagen, die Entropie als ein Irreversibilitätsmaß einzuführen. Die Grundidee dazu wird durch den folgenden Vergleich zwischen zwei verschiedenen Prozessen beschrieben:
Von zwei Prozessen ist derjenige stärker irreversibel, der den anderen zurückspulen, ihn also dazu veranlassen kann, entgegen seiner natürlichen Richtung abzulaufen.
Beispiel:
Der Temperaturausgleich zwischen zwei Behältern der Temperaturen 100°C und 0°C
kann den Temperaturausgleich zwischen zwei gleich großen Behältern der Temperaturen 75°C und 25°C
(mindestens) zweimal zurückspulen.
Editor: Udo Backhaus
last change: last update: 2023-07-14