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Wissenschaft

Messen, wiederholen, vorhersagen und Widersprüche diskutieren. Das ist das Konzept der „Marke Wissenschaft“.

Reflexionen

Was sagen Reflexionen über die Oberflächen aus, an denen die Lichtstrahlen reflektiert wurden? Anders gefragt, verändern Oberflächen das Licht?

Perspektiven

Das Haus ist doch schief? Wie kriegt man es (wieder) gerade?

Kritisch denken

Was bedeutet „kritisch denken“? Ideen dazu sind herzlich willkommen.

Kritisch denken

1. Überschrift: Kritisch denken

Was bedeutet das? Kurze Diskussion.

Um zu verstehen, was „kritisch denken“ bedeutet, fragen wir uns zunächst die wichtigste Frage, was wir davon haben.

Welchen Vorteil habe ich, wenn ich kritisch denke?

… und wir erkennen, dass wir noch nicht viel beantworten können. Aber wir können die Frage erweitern

Welchen Vorteil haben andere, wenn ich kritisch denke?
Welchen Nachteil habe ich, wenn ich kritisch denke?
Welchen Nachteil haben andere, wenn ich kritisch denke?

Welchen Vorteil habe ich, wenn ich unkritisch denke?
Welchen Vorteil haben andere, wenn ich unkritisch denke?
Welchen Nachteil habe ich, wenn ich unkritisch denke?
Welchen Nachteil haben andere, wenn ich unkritisch denke?

Welchen Vorteil habe ich, wenn andere kritisch denken?
Welchen Vorteil haben andere, wenn sie kritisch denken?
Welchen Nachteil habe ich, wenn andere kritisch denken?
Welchen Nachteil haben andere, wenn sie kritisch denken?

Welchen Vorteil habe ich, wenn andere unkritisch denken?
Welchen Vorteil haben andere, wenn sie unkritisch denken?
Welchen Nachteil habe ich, wenn andere unkritisch denken?
Welchen Nachteil haben andere, wenn sie unkritisch denken?

Ohne die Antworten zu kennen, haben wir jetzt den ersten Punkt gefunden.

Kritisches Denken untersucht Fragen.

kann ich das fragen, kann ich das anders fragen, habe ich alles gefragt, wer hat Interesse, etwas zu fragen, wer hat Interesse etwas nicht zu fragen

Jetzt wollen wir doch die Fragen beantworten.

Sie möchten bei einem Imker Honig kaufen. Er sagt, ich habe Bio Honig, feinste Qualität. Er ist daher etwas teurer. Dafür ist er garantiert rückstandsfrei, es sind keine Chemikalien drin. (Leider ist das eine Behauptung, der Honig ist kein Biohonig. Er ist keine feinste Qualität, und er ist nicht rückstandsfrei.)

Bitte beantworten Sie die Fragen.

Welchen Vorteil habe ich, wenn ich kritisch denke?
Welchen Vorteil haben Verkäufer, wenn ich kritisch denke?
Welchen Nachteil habe ich, wenn ich kritisch denke?
Welchen Nachteil haben Verkäufer, wenn ich kritisch denke?

Welchen Vorteil habe ich, wenn ich unkritisch denke?
Welchen Vorteil haben Verkäufer, wenn ich unkritisch denke?
Welchen Nachteil habe ich, wenn ich unkritisch denke?
Welchen Nachteil haben Verkäufer, wenn ich unkritisch denke?

Welchen Vorteil habe ich, wenn Verkäufer kritisch denken?
Welchen Vorteil haben Verkäufer, wenn sie kritisch denken?
Welchen Nachteil habe ich, wenn Verkäufer kritisch denken?
Welchen Nachteil haben Verkäufer, wenn sie kritisch denken?

Welchen Vorteil habe ich, wenn Verkäufer unkritisch denken?
Welchen Vorteil haben Verkäufer, wenn sie unkritisch denken?
Welchen Nachteil habe ich, wenn Verkäufer unkritisch denken?
Welchen Nachteil haben Verkäufer, wenn sie unkritisch denken?

Auf der einfachsten Ebene hat kritisches Denken Vorteile und Nachteile. Je nach dem für wen.

Wir erkennen schon, wenn ich unkritisch denke, kann jemand anderer Vorteile haben. Nachteile habe ich selbst keine. Wir möchten daher kritisch denken.

Verschwörungstheorien

Auf der Suche nach der Lüge. Auf der Suche nach der Wahrheit. Warum Verschwörungstheorien oft mit Wissenschaft zu tun haben.

Fahrrad auf der Rolltreppe

Fahrräder dürfen Sie in Wien auch in U-Bahnen mitnehmen. Diese Fahrräder dürfen aber nicht auf der Rolltreppe transportiert werden.

Auszug aus den Beförderungsbedingungen der Wiener Linien:

Fahrtreppen (auch stillstehende) dürfen mit Fahrrädern nicht benützt werden.

Zwei Freunde nehmen ihre zwei Fahrräder auf der Rolltreppe trotzdem mit. Sie stehen mit ihren Rädern hintereinander auf der Rolltreppe und lassen zwischen ihren Rädern fünf Stufen frei.

Problem: Im Landebereich der Rolltreppe verkeilt sich ein Fahrrad.

Frage: Wie lange hat ein außenstehender Beobachter Zeit, den Not-Aus-Knopf für die Rolltreppe zu betätigen, bevor das zweite Fahrrad sich mit dem ersten Fahrrad im Landungsbereich verkeilt?


Übungen zu diesem Text:

  1. Was ist eine Fahrtreppe? Was ist eine Rolltreppe? Fertigen Sie ein Vokabelverzeichnis für dieses Problem an.
  2. Zeichnen Sie eine Skizze der Situation.
  3. Konnten Sie die Bewegung in dieser Skizze festhalten?
  4. Wissen Sie, wie man ein Fahrrad zeichnet? Probieren Sie den Start mit zwei Dreiecken nebeneinander.
  5. Welche Annahme machen Sie über die Geschwindigkeit der Rolltreppe?
  6. Was ist eine Annahme?
  7. Wie lautet die Formel für die Geschwindigkeit?
  8. Was sagt die Geschwindigkeit der Rolltreppe über ihre Bewegung aus?
  9. Zurück zur eigentlichen Frage: Wie lange hat ein außenstehender Beobachter Zeit, den Not-Aus-Knopf für die Rolltreppe zu betätigen, bevor das zweite Fahrrad sich mit dem ersten Fahrrad im Landungsbereich verkeilt?
  10. Welche Empfehlungen geben Sie für Reisende mit Fahrrädern im U-Bahn-Bereich?

Weiterführende Links:

  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Rolltreppe (Deutsch)
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Escalator (Englisch)

Was man mit diesem Beispiel lernen kann:

  1. Einen Sachverhalt aus einem Text erkennen
  2. Eine Skizze anfertigen: von einer Rolltreppe, von einem Fahrrad
  3. Mehrere Worte für ein und das selbe Ding verwenden
  4. Die wichtigsten Begriffe auch auf Englisch sagen
  5. Die Geschwindigkeitsformel finden
  6. Erkennen, was diese Geschwindigkeitsformel aussagt
  7. Die Verbindung zwischen Zeit und Weg machen
  8. Eine fundierte Annahme machen
  9. Eine Verbindung zwischen einem physikalischen Problem und einem Verbot machen
  10. Die Bedeutung der Problemstellung als generelle Empfehlung erweitern

Problemelösen

… haben gleich einmal etwas mit dem Erkennen des Systems zu tun. Michael Müller hat im Publicis-Verlag ein hübsches Buch dazu geschrieben: „Ideenfindung, Problemlösen, Innvoation“. Einige Punkte daraus möchten wir hier vorstellen, weil sie sich ausgezeichnet dazu eignen, auch in der Schule verwendet zu werden.

Um für ein Problem eine Lösung zu finden, müssen wir zuenächst das System beschreiben und erkennen. Dazu sind unter anderem Freihandskizzen eine gute Idee, aber grundsätzlich gibt es vier Methoden, ein System zu erklären:

  1. Die historische Methode. Wie hat sich das alles im Laufe der Geschichte entwickelt.
  2. Die pragmatische Methode. Wie gehe ich selbst – privat – damit um.
  3. Der pädagogische Ansatz. Den Kern deutlich machen.
  4. Die funktionale Methode. Was ist die angestrebte Funktion, die sichtbaren Strukturen sind da Mittel zum Zweck. Diese Methode ignoriert die historische Entwicklung, meint Michael Müller.

Ohne Herz geht es dabei nicht, man muss erst seine Liebe zum Problem erkennen, um es zu lösen.

Luftwiderstand

Resistance/Friction und Drag sind verschiedene englische Begriffe. Im Deutschen bezeichnen wir das als Reibung bzw. Widerstand (Reifen/Boden) und Luftwiderstand. Dieses Video zeigt, wie Friction und Drag zusammenwirken, um einen Fahrradfahrer schneller zu machen als die anderen.

Aufgabe:

  1. Beschreiben Sie bitte, was Sie sehen.
  2. Begründen Sie das Phänomen auf physikalischer Sicht.
  3. Wie ändern sich Friction und Drag mit zunehmender Geschwindigkeit?
  4. Geben Sie eine Empfehlung für Radrennfahrer ab.

Lang andauernde Experimente

Pech ist fest, brüchig, aber zugleich langsam fließend: 1927 gab Thomas Parnell an der Universität Queensland etwas Pech in einen Glastrichter. Das Experiment bestand darin zu warten: Alle neun Jahre kam ein Tröpfchen aus dem Trichter heraus. Das Experiment läuft heute noch. Zwar kein Experiment, aber ein Orgelwerk von John Cage, das 639 Jahre dauert: ORGAN2/ASLSP. Es ist derzeit im deutschen Kloster St. Burchadi zu Halberstadt zu hören. Seit dem 5. Februar 2003 erklingt der erste Akkord: ein gis‘, ein gis‘‘ und ein h‘, am 5. Juli 2004 kamen ein e und ein e‘ dazu. Am 5. Juli 2005 um 16.33 Uhr haben sich das gis‘ und das h‘ für lange Zeit verabschiedet. Der letzte Klangwechsel war am 5. Oktober 2013, der nächste kommt am 5. September 2020. Das Werk endet im Jahr 2642.

Alles das gleiche?

Leistung, Energie, die Kraft und Arbeit. Alles das gleiche?

No way. Wir unterscheiden ganz genau. Am besten an einem Beispiel. Drei Bücher liegen am Boden. Sie gehören zurück ins Regal.

Um die Bücher zu heben, brauchen wir Kraft. „Yeah“. Das spüren wir in den Muskeln. Die Kraft beschleunigt die Bücher, damit wir sie hochheben können, gegen die Schwerkraft. Die Kombination aus Kraft und Weg bezeichnen wir als „Ächz“. Und das ist Arbeit. Diese Arbeit steckt dann auch wirklich in den Büchern, wenn sie im Regal stehen. Sie ist nicht verloren und heißt dann ganz einfach Energie. Sie wird frei, wenn die Bücher wieder zu Boden fallen. „Au“.

Das war’s?

Fast. Wenn zusätzlich die Zeit eine Rolle spielt, in der wir die Bücher heben, dann heißt das Leistung. Je schneller wir diese Arbeit schaffen, desto größer ist die Leistung. Und das heißt: „Wow“. Leistung ist Energieumsatz pro Zeit.

Wann bricht der Krug?

Der Krug geht so lange zum Brunnen, bis er bricht. Wann bricht der Krug? Dieses Sprichwort hat viel mit Physik und Chemie zu tun. Wir probieren hier eine Annäherung.

mehr lesen…

Sprichwörter physikalisch betrachtet

Der Krug geht so lange zum Brunnen, bis er bricht. Warum bricht der Krug?

Viele Sprichwörter haben gute wissenschaftliche Gründe, Fragen, die man stellen kann. Antworten sind gut zu finden. Ein Krug hält ja irgendwie zusammen. Wenn er das nicht mehr tut, gibt es einen Grund. Kräfte. Energie. Erhaltungssätze. Wunderbare Anwendungen für Gelerntes tun sich auf. Was fällt Ihnen ein?

Es ist nicht alles Gold, was glänzt. Warum glänzt Gold?

In der Nacht sind alle Katzen grau. Welche Farben haben Katzen? (Wie würde eine Stealth-Katze aussehen, die auch von infrarotstrahlensehenden Schlangen nicht erkannt wird?)

Es gibt viele Sprichwörter, die sich eignen, untersucht zu werden. Die folgenden hier beginnen mit „A“.

  1. Abwarten und Tee trinken. Wie kühlt Tee?
  2. Alle Wege führen nach Rom. Welcher ist der beste?
  3. Am Abend wird der Faule fleißig. Wer ist faul und was ist Leistung?
  4. An ihren Taten sollt ihr sie erkennen. Was sind Ursache und Wirkung?
  5. Arbeite klug, nicht hart. Wie kann ich mir die Arbeit sparen?
  6. Auf fremden Arsch ist gut durch Feuer reiten. Wie kann man überhaupt durch Feuer reiten?
  7. Auf jeden Regen folgt auch Sonnenschein. Warum regnet es nicht immer?
  8. Aus den Augen, aus dem Sinn. Was kann man sehen?
  9. Alles hat ein Ende, nur die Wurst hat zwei. Wie viele Enden kann etwas haben?

Weitere Sprichwörter: Wikipedia-Liste

Wie würde man so ein Thema bearbeiten? Sicher einmal das Sprichwort nennen. Dann beschreiben, was es aussagt. Dann, was das Besondere daran ist. Dann, wo Physik versteckt ist. Dann, warum die besondere Physik dahinter zum Sprichwort führt. Dann hat man es verstanden.

Fragen für die VWA

Wie finde ich eine Frage für die Vorwissenschaftliche Arbeit (VWA)?

Stellen Sie doch eine Frage an die Natur. Eine, die Sie im Idealfall interessiert. Keine, die Sie sich wo abschauen. Eine, die Sie selbst hier und jetzt aufschreiben. – Aufgeschrieben? Dann fangen wir an. Ziel ist nun, zu schauen, ob sie funktionieren wird. Und wie die Natur sie beantworten wird – und nicht Sie.

1. Zuerst arbeiten wir gleich mal an der Frage. Dazu beantworten wir Folgendes:

„Eignet sich meine Forschungsfrage für eine Vorwissenschaftliche Arbeit?“

Sie erkennen das, indem Sie folgende fünf Punkte beantworten können:

  1. Wie lautet das Themengebiet?
  2. Wie lautet die Frage?
  3. Wie wird die Antwort gefunden?
  4. Wie könnte die Antwort lauten?
  5. Gibt es ein Problem?

Beispiel: Sie haben an einer Bushaltestelle einen Baum mit Flechten gesehen. Er erinnert Sie an den Biologieunterricht. Dort wurde gesagt, dass Flechten gute Luft anzeigen. Aber in der Stadt ist doch keine gute Luft. Da müsste man doch etwas untersuchen können.

Sie beantworten die fünf Punkte:

  1. Themengebiet: Biologie / Pflanzen / Flechten / Luftqualität / Stadt
  2. Frage: „Welche Flechten befinden sich auf dem Baum an der Bushaltestelle?“
  3. Methode: Alle finden, abzählen, abmessen, beschreiben, bestimmen
  4. Erwartete Antwort: 150, zwischen 1 und 10 cm, gelb und grau, lateinische Namen
  5. Problem: Ich kann nicht den ganzen Baum absuchen, zu hoch, hat zu viele Zweige

Da es ein Problem gibt, müssen Sie Ihre Frage ändern. Keine Angst, das ist ganz normal. Sie beantworten dann wieder die fünf Punkte:

  1. Themengebiet: Biologie / Pflanzen / Flechten / Luftqualität / Stadt
  2. Frage: „Welche Flechten befinden sich am Baumstamm in einem Streifen, der einen Meter breit ist, auf dem Baum an der Bushaltestelle?“
  3. Methode: Alle finden, abzählen, abmessen, beschreiben, bestimmen
  4. Erwartete Antwort: 40, zwischen 1 und 10 cm, gelb und grau, lateinische Namen
  5. Problem: Kein erkennbares, das werde ich schaffen

Jetzt erhalten Sie von Ihrem Betreuungslehrer das OK für den Start.

2. Und dann schreiben wir die Arbeit. Was soll in meiner Arbeit stehen?

Sie beginnen (1) mit einem Kapitel über Flechten und ihre Verbindung zur Luftqualität (recherchieren), beschreiben dann (2.1–2.5) Ihre Arbeit – die obigen fünf Punkte mit Ihrem wirklichen Ergebnis, dazu (3) die Details, wie Sie das Ergebnis erhalten haben. Dann kommt (4) ein Kapitel, in dem Sie Ihre Ergebnisse bewerten, und in einem Schlusskapitel (5) schreiben Sie einen Ausblick: Welche weiteren Fragen könnte man unter Berücksichtigung Ihres Ergebnisses nun weiter stellen? Quellenangaben müssen immer dann gemacht werden, wenn etwas kopiert wird. Das wollen wir vermeiden. Faktenwissen, Lehrbuchwissen darf ohne Quelle aufgeschrieben werden – dazu müssen wir es aber selbst aufschreiben, so wie wir die Sache wissen und sie sehen. Wir wollen nichts und niemanden kopieren, ohne es sauber anzugeben. Fakten wollen wir überhaupt nicht kopieren. Wir lesen uns die Sachen durch, dann schreiben wir es auf. Wenn’s wichtig ist. Dann haben wir es auch im Kopf und schlagen notfalls halt mal nach.

Disclaimer: Bevor Sie starten, sprechen Sie bitte mir Ihrem Betreuungslehrer. Vielleicht sieht sie/er die Sache anders.

Wie viele Einwohner hat Gmünd?

Diese Frage hat jetzt weniger mit Physik zu tun, als mit einer Frage, die man sich beim Schwimmen oder in der Sonne liegen am Baggersee stellen könnte. Ohne Unterlagen. Gemeint sind nicht das Handtuch oder die Luftmatratze, sondern schriftliche Unterlagen, die einem helfen würden, diese Frage zu beantworten. Das deutet doch alles auf eine interessante Forschungsfrage hin. Die man zum Beispiel im Rahmen einer Vorwissenschaftlichen Arbeit (VWA) an österreichischen Gymnasien bearbeiten könnte.

Beispiel: Einwohnerzahl — Recherche, Beschreibung und Bewertung

  1. Frage: Wie viele Einwohner hat Gmünd?
  2. Erwartete Antwort: Zwischen 1 und 1.000.000. Es wird unterschiedliche Antworten geben.
  3. Methode: Alle Möglichkeiten der Recherche: denken, telefonieren, fragen, Bücher, Internet.
  4. Hintergrund: Gmünd ist eine menschliche Ansiedelung im nördlichen Waldviertel. Eine Siedlung hat üblicherweise mindestens einen Einwohner. Würden dort aber viele Menschen leben, wäre sie groß und bekannt. So wie Linz, Graz, Wien. Gmünd ist aber nicht allzu bekannt und wird daher unter 1.000.000 Einwohner haben. Über Telefonate, Bücher und jede beliebige Quelle im Internet werden genau wirkende Einwohnerzahlen zu finden sein. Diese Zahlen werden aber unterschiedlich sein. Welche stimmt? Wir denken nach und rufen am Gemeindeamt Gmünd an. Wir lernen, dass es das Konzept „Meldepflicht“ gibt, und jene Stelle, die die Anmeldungen der Menschen eines Ortes entgegennimmt, wird daher die „richtige“ Einwohnerzahl kennen. Ein Vergleich mit den Daten der Statistik Austria würde weitere Unterschiede zeigen, die man durch Nachfragen begründen könnte. Und woher bezieht Wikipedia ihre Zahlen? Dies wäre in der Quellenangabe sichtbar. In der Bewertung der Ergebnisse würden die Unterschiede beschrieben werden. Es würde sichtbar werden, wer der Urheber der Einwohnerzahl eines Ortes sein kann.
  5. Ausblick: Was könnte man mit den Ergebnissen der Arbeit weiter machen?
    • Unterschiede in den einzelnen Zahlenangaben begründen
    • Urheber von Einwohnerzahlen identifizieren
    • Definitionen und Methoden zum Finden einer Einwohnerzahl darstellen
    • Entwicklung von Einwohnerzahlen bei einem Urheber darstellen
    • Entwicklung der Methoden zum Finden von Einwohnerzahlen darstellen
    • Interessensgruppen im Zusammenhang Einwohnerzahlen beschreiben
    • Erfinden einer Methode, dass alle die „richtige“ Einwohnerzahl haben

Dünen unter Wasser

In einer Bucht der Donau auf der Donauinsel gibt es einen Sandstrand. In den ersten Metern unter Wasser zeigt sich dieses Bild: „Sanddünen unter Wasser.“

  1. Frage: Welche Dünen sind zu sehen
  2. Erwartete Antwort: Zwei verschiedene, mit unterschiedlichen Größen.
  3. Methode: Fotografieren, Maßstab dazulegen. Auf Papier übertragen und ausmessen. Größenverteilung darstellen.
  4. Hintergrund: Kein bekannter
  5. Ausblick: Was könnte man mit den Ergebnissen der Arbeit weiter machen?
    • Die Wellenlänge typischer Wasserwellen darüber messen und schauen, ob es einen Zusammenhang zur Größe der Muster am Grund darunter gibt.
    • Mit Sand in einem Becken und Wasser darüber versuchen, solche Dünen selbst zu erzeugen.

 

Wann bleibt Schnee liegen?

Warum liegt auf manchen Stellen Schnee? Und warum liegt an anderen Stellen kein Schnee? Offene Fragen. Suchen Sie viele mögliche Antworten, um daraus eine Theorie vom Schneeligenbleiben zu formulieren.

Schnee schmilzt, wenn er die Energie dazu erhält.

  1. Aus dem Boden
  2. Aus der Luft (dem Wind)
  3. Aus der Sonne (Strahlen)

An diesem Beispiel sehen wir alle drei Möglichkeiten Wärme zu übertragen. Wärmeleitung (1), Konvektion (2) und Strahlung (3).

Link zu einem Artikel zu dieser Thematik.

 


Wie lange braucht eine heiße Tasse Tee zum Abkühlen und wovon hängt das ab? Mehr dazu…

Disclaimer: Die Inhalte dieser Website haben teilweise noch echte Fehler. Sie entstehen in verschiedenen Schulprojekten und werden von Menschen unterschiedlichen Wissensstands parallel erarbeitet. Bitte um besondere Vorsicht, wenn du die Inhalte ungeprüft verwenden möchtest. Solltest du einen Fehler finden, danken wir für ein Mail an fehler@phyx.at

Tee kühlen

Illustration: Messen wie der Tee kühlt

Erstaunlich viele Möglichkeiten

Achtung Wissenschaft

Disclaimer

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