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Version vom 12. Juni 2018, 13:28 Uhr

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Mit den Ohren sehen

Blinde können mit dem sogenannten "Klick-Sonar" sich orientieren.

• Erläutere, wie das funktioniert.

Mit den Augen sehen wir ganz ähnlich.

• Vergleiche das "Sehen" mit den Ohren und das mit den Augen.

Ein Stift

Du schreibst mit einem schwarzen Stift auf einem weißen Papier und kannst die Schrift lesen.

• Warum ist das Papier hell und die Schrift dunkel?

Im Theater

• 

  Bild1: Vier Männer auf der Bühne.

• 

  Bild2: Ein asiatisches Theaterstück.

Erkläre, warum wir auf den Fotos das sehen, was wir sehen:

Bild1

A: Die Haare der beiden Männer sind nicht zu sehen, die Gesichter dagegen schon.

B: Der Anzug dieses Herrn ist deutlich sichtbar, die Anzüge der beiden linken Männer sind nicht zu sehen.

Bild2

A: Hier ist es auffällig dunkel.

B: Der Prinz trägt einen Mantel, der von oben bis unten aus dem gleichen Stoff gemacht ist. Trotzdem ist er an unterschiedlichen Stellen ganz unterschiedlich hell.

Töpfe

Auf dem nebenstehenden Bild sieht man Töpfe aus Edelstahl. Manche Stellen des Bildes sind hell, manche dunkel. Erkläre das für die Stellen A bis C.

A: Rechts des Griffes sieht man eine dunkle Linie.

B/C: Der gesamte rechte Deckel ist dunkler als der linke.

Die Lochkamera

Auf der Mattscheibe einer Lochkamera kann man ein Bild sehen, das auf dem Kopf steht.

• Zeichne den Aufbau der Lochkamera und erkläre, wie das Bild entsteht.
• Wie verändert sich das Bild, wenn man den Abstand zwischen Schirm und Loch vergrößert? Erkläre dies anhand einer Zeichnung und einem Text.
• Wie verändert sich das Bild, wenn man die Lochblende verkleinert? Erkläre auch dies mit Text und Bild.

Augen

Die Abbildung zeigt vier verschiedene Augentypen.

• Welche Tiere haben solche Augen?
• Wie heißen die verschiedenen Augentypen?

Je komplexer das Auge, desto besser kann man damit sehen. In der Evolution hat sich deshalb das Auge von Typ a) bis zu Typ d) weiterentwickelt.

• Erläutere für jede Entwicklungsstufe den gewonnenen Vorteil.

Der Sehvorgang

Wenn ich aus dem Fenster schaue, dann sehe ich dort einen Kirschbaum.

• Man kann diesen Vorgang mit dem Prinzip von "Sender und Empfänger" erklären. Was ist damit gemeint?
• Erkläre die einzelnen Phasen dieses Wahrnehmungsvorganges.

Wahrnehmung

Dieses Bild zeigt...?

Eigentlich nur ein paar schwarze Flecken. Nein, es sind schwarze Kreise mit Aussparungen. Aber nein, es ist ein Würfel!

• Was kann man aus diesem Bild über das menschliche Sehen lernen?

Der Begriff des Feldes in der Geschichte der Physik

Titus Lucretius Carus (Lucrez) (ca. 99-55 v.Chr.)

"Lucrez erinnert zuerst an die beständigen, äußerst schnellen und stürmischen Bewegungen der feinen Atome, die in den Poren aller Körper zirkulieren und von ihrer Oberfläche ausstrahlen. Jeder Körper sendet nach dieser Anschauung nach allen Seiten Ströme solcher Atome, welche eine unaufhörliche Wechselwirkung zwischen allen Gegenständen im Raume herstellen. [...] Lucrez lehrt uns, daß vom Magneten eine so heftige Ausströmung stattfindet, daß sie durch Verdrängung der Luft einen leeren Raum zwischen dem Magneten und dem Eisen bewirkt, in welchen dieses hineinstürzt. [...] jene Wirkung [soll] dadurch hervorgebracht werden, daß jeder Körper beständig von allen Seiten von Stößen der Luftatome getroffen wird und daher nach derjenigen Richtung weichen muß, in welcher eine Lücke sich bietet, wenn nicht entweder sein Gewicht zu groß, oder dagegen seine Dichtigkeit so gering ist, daß die Luftströme unbehindert durch die Poren des Körpers ihren Weg nehmen können. Hieraus wird uns denn auch klargemacht, weshalb gerade das Eisen so heftig vom Magnet angezogen wird. Unser Lehrgedicht führt dies einfach auf seine Struktur und sein spezifisches Gewicht zurück, indem die übrigen Körper teils, wie das Gold, zu schwer seien, um durch jene Ströme bewegt und durch den luftleeren Raum an den Magnetstein herangedrängt zu werden, teils, wie das Holz, so porös, daß die Ströme frei und also ohne mechanischen Anstoß hindurchfliegen können."^[1]

Averröes (1126-1198)

"Der Magnet verändert die Teile des Mediums, z.B. Luft oder Wasser, wenn er sie berührt, und diese verändern dann die nächsten Teile und so weiter, bis der Magnetismus das Eisen erreicht, in dem eine Wirkkraft hervorgerufen wird, die verursacht, dass es sich dem Magneten nähert."

René Descartes (1596-1650)

Der Äther transportiert mit Wirbeln die Planeten um die Sonne.

Descartes Darstellung des Erdmagnetfeldes.

Isaac Newton (1642-1726)

„Es ist undenkbar, dass leblose, rohe Materie auf andere […] Materie wirken sollte, ohne direkten Kontakt und ohne die Vermittlung von etwas anderem, das nicht materiell ist. Dass die Gravitation eine angeborene, inhärente und wesentliche (Eigenschaft) der Materie sein soll, so dass ein Körper auf einen anderen über eine Entfernung durch Vakuum hindurch und ohne die Vermittlung von etwas Sonstigem wirken soll, […], ist für mich eine so große Absurdität, dass ich glaube, kein Mensch, der eine in philosophischen Dingen geschulte Denkfähigkeit hat, kann sich dem jemals anschließen. Gravitation muss durch einen Vermittler erzeugt werden, welcher gleichmäßig nach bestimmten Gesetzen wirkt. Aber ob dieser Vermittler materiell oder immateriell ist, habe ich der Überlegung meiner Leser überlassen.“

(Brief von Isaac Newton an Richard Bentley von 1692/1693 - in: Herbert Westren Turnbull, The correspondence of Isaac Newton 1961, Vol. III, S. 253-254) ^[2]

Michael Faraday (1791–1867)

"Viele Kräfte wirken offenbar aus der Ferne; ihre physikalische Natur ist uns unverständlich. Trotzdem können wir viel Wahres und Sicheres über sie erfahren, unter anderem über die Eigenschaften des Raumes zwischen dem Körper, der wirkt, und dem, auf den gewirkt wird, oder zwischen zwei aufeinander wirkenden Körpern. Derartige Kräfte werden uns in Erscheinungen wie Schwerkraft, Licht, Elektrizität, Magnetismus usw. offenbart. [...]

[...] um den Magneten herum, und durch diesen erhalten muß ein Zustand bestanden haben, [...] der die physikalische Beschaffenheit der magnetischen Kraftlinien beweist. Worin dieser Zustand besteht oder wovon er abhängt, kann man noch nicht sagen. Möglicherweise hängt er, wie ein Lichtstrahl, vom Äther ab;[...] Vielleicht hängt er von einem Spannungs- oder Schwingungszustand ab[...] Experimentell genommen ist der bloße Raum magnetisch, aber in diesem Fall muß der Begriff eines bloßen Raumes auch denjenigen des Äthers einschließen; [...]"^[3]

James Clerk Maxwell (1831-1879)

"Die Phänomene Licht und Wärme geben Grund zur Annahme, dass es einen ätherischen Stoff gibt, der den Raum füllt und Körper durchdringt, der in der Lage ist in Bewegung versetzt zu werden, diese Bewegung von einem Teil zum nächsten weiterzuleiten und diese Bewegung auf grobe Materie zu übertragen um sie zu erwärmen und in vielerlei Hinsicht zu beeinflussen.

Also muss die bei der Erwärmung des Körpers übertragene Energie vorher in dem bewegten Medium gewesen sein, denn die Schwingungen verließen die Wärmequelle einige Zeit bevor sie den Körper erreichten, und in dieser Zeitspanne muss die Energie zur Häfte als Bewegungsenergie des Mediums und zur Hälfte als Spannenergie vorgelegen haben."^[4]

Albert Einstein beschreibt die neue Sicht auf Felder in der Maxwellschen Theorie so:

"Bei Faradays Experiment ist ein Draht erforderlich, der für das elektrische Feld zeugen kann, wie ja auch bei Örsteds Versuch ein Magnetpol oder eine Magnetnadel zum Nachweis des magnetischen Feldes gebraucht wird. Maxwells neues Theorem greift nun aber weit über diese Erfahrungstatsachen hinaus. Elektrisches und magnetisches Feld sind - oder, kürzer ausgedrückt: das elektromagnetische Feld ist nach Maxwells Theorie etwas Reales. Das elektrische Feld wird durch ein veränderliches magnetisches erzeugt, ganz gleich, ob nun ein Draht vorhanden ist, mit dem es sich nachweisen läßt, oder nicht. Ein magnetisches Feld wiederum wird durch ein veränderliches elektrisches Feld hervorgerufen, auch wenn kein Magnetpol da ist, der das anzeigt."^[5]

"Das elektromagnetische Feld ist für den modernen Physiker nicht minder wirklich als der Stuhl, auf dem er sitzt."^[6]

Albert Einstein (1879-1955)

Gravitation durch Krümmung der 4dim Raum-Zeit

Quantenfeldtheorie

(Feynman),

Fußnoten

1. ↑ Friedrich Albert Lange: Geschichte des Materialismus und Kritik seiner Bedeutung in der Gegenwart, 1873, S. 218
2. ↑ „It is unconceivable that inanimate brute matter should (without the mediation of something else which is not material) operate upon and affect other matter without mutual contact; as it must if gravitation in the sense of Epicurus be essential and inherent in it. And this is one reason why I desired you would not ascribe innate gravity to me. That gravity should be innate inherent and essential to matter so that one body may act upon another at a distance through a vacuum without the mediation of any thing else by and through which their action or force may be conveyed from one to another is to me so great an absurdity that I believe no man who has in philosophical matters any competent faculty of thinking can ever fall into it. Gravity must be caused by an agent acting constantly according to certain laws, but whether this agent be material or immaterial is a question I have left to the consideration of my readers.“ zitiert nach Wikipedia: Nahwirkung und Fernwirkung
3. ↑ "Über die physikalischen Linien der magnetischen Kraft (1855)", zitiert nach Sambursky, S. 533-537
4. ↑ "We have therefore some reason to believe, from the phenomena of light and heat, that there is an ethereal medium filling space and permeating bodies, capable of being set in motion and of transmitting that motion from one part to another, and of communicating that motion to gross matter so as to heat it and affect it in various ways.
   Now the energy communicated to the body in heating it must have formerly existed in the moving medium, for the undulations had left the source of heat some time before they reached the body, and during that time the energy must have been half in the form of motion of the medium and half in the form of elastic resilience." Aus: "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field", 1864. S. 460
5. ↑ Albert Einstein, aus: [Ein1938] S.99
6. ↑ Albert Einstein, aus: [Ein1938] S.103