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«Die Lernenden können den Begriff «Kraft» erklären und die drei Newton’schen Gesetze bei alltäglichen Phänomenen anwenden.» Dies ist eines von drei Lernzielen (fachliche Kompetenz), das im Rahmenlehrplan für die Berufsmaturität (Bern, 13. Juni 2025) für den Fachbereich Gesundheit formuliert ist. Präzisiert wird diese Bildungsabsicht im kantonalen Lehrplan für die Berufsmaturität: «Berechnungen mit den Formeln aus der Formelsammlung. Einfache Berechnungen mit den Grössen Geschwindigkeit und Beschleunigung anhand der linearen und beschleunigten Bewegung. Einfache Berechnungen mit den Grössen Masse, Kraft und Gewichtskraft. Die drei Newtongesetze.» Gemäss dieser obrigkeitlichen Vorgabe müssen angehende Pflegefachleute die drei Gesetze, die Isaak Newton am Anfang seines epochalen Werkes «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» für die Himmelsmechanik formuliert hat und die Jahrzehnte später von Leonhard Euler am Beispiel des starren Körpers in die heute gebräuchliche Form transformiert worden sind, auf irdisch-alltägliche Probleme anwenden. Ich habe lange darüber nachgedacht, welche Phänomene aus dem Alltag einer Pflegefachfrau dafür in Frage kämen. Ausser dem Wurf einer Beruhigungsspritze aus sicherer Distanz auf den Hintern eines rabiaten Patienten ist mir nicht viel Gescheites eingefallen. Meine liebe Frau, ausgebildete Krankenschwester, kann ich leider nicht fragen, sonst hängt der Haussegen schief. Schwester Ursula findet Physik sowas von daneben, dass sie heilfroh ist, wenigstens von diesem Fach verschont gewesen zu sein.

«Aufgabenstellungen zu folgenden Bewegungsarten lösen: Geradlinig gleichförmige Bewegung, gleichmässig beschleunigte Bewegung, freier Fall, parabolische Bewegung» Dieser Satz aus dem Rahmenlehrplan für die Berufsmaturität (Bern, 13. Juni 2025) ist symptomatisch für die Dekadenz nicht nur des gymnasialen Physikunterrichts. Die Schülerinnen und Schüler müssen nicht die Physik dahinter verstehen, sondern nur Aufgaben lösen können. Folgerichtig findet man in der kantonalzürcherischen Präzisierung eine lange Regieanweisung inklusive Formeln für alle möglichen Aufgaben. Stellt man nur wenige Monate nach der Berufsmaturität ein paar Verständnisfragen zum schiefen Wurf, erlebt man ein didaktisches Desaster. Die Beschleunigung wird mit der Geschwindigkeit verwechselt oder im aufsteigenden Ast der Parabel nach oben orientiert. Die Menge der eingezeichneten Kräfte wächst mit der Anzahl «genossener» Physiklektionen. Spitzenreiter ist die Frage nach dem Wechselwirkungsprinzip. Dass der geworfene Körper nach Newton die Erde mit der gleich starken Kraft nach oben zieht, wie dieser von der Erde nach unten gezogen wird, schein weit ausserhalb der Vorstellungswelt der jungen Leute zu liegen. Recht haben sie! Die gravitative Wechselwirkung wurde von Albert Einstein abgeschafft und durch eine reine Geometrie ersetzt. Nach Einstein sehen wir eine Parabel, weil wir die Bewegung des geworfenen Körpers aus einem beschleunigten Bezugssystem betrachten.

Der Frankfurter Arzt Johannes Richier erwähnte den Osterhasen 1682 erstmals in einer wissenschaftlichen Abhandlung. Der Sohn eines Glaubensflüchtlings aus Frankreich schilderte einen in Deutschland weit verbreiteten Brauch, wonach der Oster-Hase Eier legt und in Gärten versteckt, wo sie unter Gelächter und zum Vergnügen der Erwachsenen von den Kindern eifrig gesucht würden (Wikipedia). Dank der Vermarktung durch Schokoladenfabrikanten ist dieser Brauch, der das Ende der Fastenzeit markiert, heute weltweit bekannt. Kinder lieben den Osterhasen, auch nachdem sie den Schwindel schon längst durchschaut haben.

Ende der 50er Jahre schwappte das Hula-Hoop-Fieber von den USA nach Europa. Der um die Hüfte zu schwingende Kunststoffreifen wurde millionenfach verkauft. Jung und Alt versuchen sich in diesem Sport, erfanden neue Kunststücke und massen sich in Wettkämpfen. Was für meine ältere Schwester passte, war für mich und meine Schulkameraden viel zu gross. Also übten wir uns im Hulahopp-Werfen. Dabei wirft man den aufrecht stehenden Reifen flach weg und versetzt ihn gleichzeitig in eine rückwärtige Rotation. War die Rotation stark genug, kehrt der Ring wie ein Bumerang zum Werfer zurück. Ein ähnliches Phänomen findet man beim Kegeln oder Bowling. Bei diesem Spiel geht die Kugel nach einer kurzen Rutschpartie in ein sauberes Rollen über.

2006 und 2010 hat der Verein Systemdynamik im Unterricht auf dem Wahrheitsberg zwei Tagungen mit exzellenten Referenten und über 30 Teilnehmenden durchgeführt. An diesem einzigartigen und geschichtsträchtigen Ort eine dreitägige Veranstaltung zu realisieren war nur dank des lokalen Beziehungsnetzes von Michele D'Anna und dem Organisationstalent von Edy Schütz möglich. Die gebotenen Inhalte sowie das methodische Vorgehen wurden mit gut bis sehr gut bewertet. Trotzdem schätze ich die Nachhaltigkeit unserer Anstrengungen als eher gering ein.

Der Begriff Wärme entstammt der Alltagssprache. Sätze wie «ist das heute eine Wärme!», «der Kranke braucht viel Wärme» oder «bei dieser Wärme verdirbt das Essen schnell» beschreiben den Wärmegrad, also die Temperatur eines ausgewählten Systems. Wird Wärme übertragen oder gespeichert, meint man eine unsichtbare Menge, welche die Temperatur bewirkt. Wärme kann aber auch durch mechanische Reibung, in einem Feuer oder einem elektrischen Widerstand erzeugt werden. Dieser Mengenbegriff umschreibt am ehesten die physikalische Grösse Entropie und nicht etwa die Energie, welche unter keinen Umständen erzeugt werden kann. Mitte des neunzehnten Jahrhunderts ist mit der Entdeckung des ersten Hauptsatzes, der die Äquivalenz von Wärme und Arbeit beschreibt, die Wärme als thermische ausgetauschte Energie definiert worden. Diese damals naheliegende Festlegung hat leider zu vielen Fehlinterpretationen geführt. Wer von Wärmeinhalt spricht, verwechselt die Wärme mit der inneren Energie, und wer behauptet, dass Wärme die kinetische Energie der Atome und Moleküle beschreibt, liegt sogar doppelt falsch. Ersten bezieht sich der Begriff kinetische Energie auf das einzelne bewegte Teilchen und zweitens ist die Summe über die kinetischen Energien aller Teilchen Teil der inneren Energie des ruhenden Gases. Die ziemlich problematische Gleichsetzung des umgangssprachlichen Wortes Wärme mit der thermisch ausgetauschten Energie ist kaum mehr rückgängig zu machen. Stattdessen sollten und müssen wir im Unterricht die fundamentalen Zusammenhänge der Thermodynamik in Worten, Bildern und schlussendlich mit Formeln so erklären, dass alle Auszubildenden diese gründlich verstehen und korrekt anwenden können.

Auf die Frage "Welche Kräfte wirken bei einem anfahrenden Auto?" bekomme ich von Google KI die folgende Antwort:

Auf den ersten Blick sieht die Erklärung des Wechselwirkungsprinzips in Abbildung 1 und 2 recht gut aus. Wer den Text liest, erkennt aber schnell, dass dort etwas ganz anderes beschrieben wird.  Die Gegenkraft soll ihre Wirkung erst mit der Verformung voll entfalten können! Diese Argumentation erklärt den Aufbau einer Zwangskraft und hat direkt nichts mit dem Wechselwirkungsprinzip zu tun. Abbildung 3 und 4 machen die Sache noch viel schlimmer. Sie suggerieren, dass sich die auf die beiden Massen nach unten einwirkenden Gravitationskräfte auf wundersame Weise in zwei horizontal wirkende Oberflächenkräfte verwandeln. 

«Das Grundgesetz der Mechanik (auch 2. Newtonsches Gesetz oder dynamisches Grundgesetz) lautet: Kraft ist Masse mal Beschleunigung (F=m*a). Es besagt, dass die resultierende Kraft, die auf einen Körper wirkt, proportional zu dessen Beschleunigung und Masse ist. Die Kraft wirkt in dieselbe Richtung wie die Beschleunigung.» (Google-KI) Diese Trivialform der Impulsbilanz findet man oft als Vektorgleichung geschrieben in Wikipedia und leider auch in sehr vielen Lehrbüchern. Nur schon der Hinweis, dass mit Kraft die Resultierende, also die Vektorsumme aller auf den Körper einwirkenden Kräfte, gemeint ist, fehlt meistens. In den Übungen wird diese Formel meisten auf einen die schiefe Ebene hinunterrutschenden Klotz oder auf einen im Vakuum geworfenen Körper angewendet, obwohl Galileo Galilei beide Bewegungsvorgänge schon 1638, also vier Jahre vor Newtons Geburt, vollständig und korrekt beschrieben hat. Weil man im gymnasialen Unterricht und oft auch an Fachhochschulen Differentialgleichungen vermeiden will, stehen nur noch wenige weitere Beispiele wie das Abbremsen oder das idealisierte Anfahren eines Fahrzeugs zur Verfügung.

Galileo Galilei war ein Meister der Abstraktion. Indem er die Reibung schrittweise verkleinerte und theoretisch ganz eliminierte, fand er das ideale Bewegungsverhalten. Umfangreiche Untersuchungen auf der schiefen Ebene zeigten, dass sich die pro Zeiteinheit zurückgelegten Strecken zueinander wie die ungeraden Zahlen verhielten. Mit einer erweiterten Anordnung fand er eine frühe Formulierung der Energieerhaltung im Gravitationsfeld: eine Kugel, die eine schiefe Ebene hinunter und dann auf einer zweiten wieder hinauf rollt, erreicht eine Höhe, die je nach vorhandener Reibung mehr oder weniger unterhalb des Startpunkts liegt. Auch hier führt der Grenzübergang zum Schluss, dass der reibungsfrei gleitende Körper exakt die Höhe der Ausgangsposition erreichen muss. Reicht die vorgegebene Rollbahn nie mehr bis zur Ausgangshöhe, rollt die ideale Kugel immer weiter, ohne je zum Stillstand zu kommen.

"Die drei Newtonschen Gesetze sind absolut zentral für die klassische Mechanik – man kann ohne Übertreibung sagen, dass sie ihr Fundament bilden. Sie wurden von Isaac Newton im 17. Jahrhundert formuliert und ermöglichen es, die Bewegung von Körpern unter Kräften systematisch zu beschreiben." Was ChatGPT behauptet, steht wortreicher auch in Wikipedia und in vielen Lehrbüchern. Doch wie steht es mit dem Wahrheitsgehalt dieser Aussage?