Neuland des Denkens
Systemphysik ist mehr als nur didaktische Kosmetik, Systemphysik ist ein eigentlicher Paradigmenwechsel. Wer das Fliessen von Bewegungs- und Rotationsmenge, elektrischer Ladung oder Wärme bildhaft verstanden hat, steht fassungslos vor dem formelzentrierten Unterricht, in dem die Auszubildenden über die Formelfriedhöfe vergangener Epochen in Richtung wissenschaftlicher Front gehetzt werden.
Das Flüssigkeitsbild
Im Jahr 1996, also vor dreissig Jahren, habe ich in der Zeitschrift "Praxis der Naturwissenschaften: Physik" das Flüssigkeitsbild vorgestellt. Damals ahnte ich nur, wie didaktisch wertvoll diese bildhafte Darstellung von elektrischer Ladung, Impuls, Drehimpuls und Entropie sein kann. Aufgrund meiner Unterrichtserfahrungen an der ZHAW weiss ich es heute.
Ein systemdynamischer Zugang zur Mechanik
2005 schrieb ich einen einen weiteren Aufsatz in "Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule". Im Gegensatz zum ersten Aufsatz (siehe unten) löste dieser Beitrag keine wüsten Proteste mehr aus. Dazu fällt mir ein Zitat von Mahatma Gandhi ein: "Zuerst ignorieren sie dich, dann lachen sie über dich, dann bekämpfen sie dich und dann gewinnst du."
Das Wasserfallbild
Das Wasserfallbild geht auf Sadi Carnot (1824) zurück. In seiner berühmten Schrift "Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance" vergleicht Carnot die treibende Kraft der Wärme mit derselben Grösse beim Wasserfall, indem er die Entropie (chaleur) mit der Masse des Wassers und die Temperatur mit der Fallhöhe gleichsetzt. Das Wasserfallbild erscheint auch im Flüssigkeitsbild zwischen den verschiedenen Töpfen und gehört damit zu einem Kernelement der Systemphysik.
Der Carnotor
Masse, Massenträgheitsmoment oder Kondensator besitzen meist eine konstante Kapazität bezüglich Impuls, Drehimpuls oder Ladung. Solche Einfachspeicher können im Flüssigkeitsbild als zylindrische Töpfe dargestellt werden. Völlig anders verhält sich etwa das ideale Gas, das nicht nur Entropie zu speichern vermag, sondern auch noch sein Volumen ändern kann. Um die Dynamik dieses Zweifachspeichers korrekt wiederzugeben, habe ich den Carnotor mit thermischen und hydraulischen Port entwickelt.
Katzen landen immer auf den Pfoten
Ein Aufsatz, den ich 2006 in "Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule" veröffentlicht habe, erklärt die Fähigkeit der Katzen, sich im Fall zu drehen, mit Hilfe von Drehimpuls und veränderlichem Massenträgheitsmoment.