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Was wollen wir, was sollen die Schüler unter Masse verstehen?
WHG Durmersheim INSTITUT FÜR THEORETISCHE FESTKÖRPERPHYSIK - DIDAKTIK DER PHYSIK Was wollen wir, was sollen die Schüler unter Masse verstehen? 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 www.pohlig.de KIT β Universität des Landes Baden-Württemberg und Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu Physikalische Größe Masse Physikalische Größen und ihre Eigenschaften 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Geschwindigkeit Temperatur Druck Impuls Entropie Masse? 2 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik Physikalische Größe Masse Schwefel Eisen 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Musiker: ungefähr doppelt so viel Schwefel als Eisen 3 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik Physikalische Größe Masse Schwefel Eisen Musiker: ungefähr doppelt so viel Schwefel als Eisen 8g 14g 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Physiker: mehr Eisen als Schwefel 4 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik Physikalische Größe Masse Schwefel Eisen Musiker: ungefähr doppelt so viel Schwefel als Eisen 14g Physiker: mehr Eisen als Schwefel Chemiker: Eisen und Schwefel reagieren ohne Rest zu Eisensulfid also war es gleich viel 5 18.06.2012 π π KIT-Didaktik der Physik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 8g π Eigenschaft der Masse bis Newton die Schwere eines Körpers wird durch seine Masse beschrieben 6 18.06.2012 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 π KIT-Didaktik der Physik Eigenschaft der Masse seit Newton Die Impulskapazität eines Körpers wird durch seine Masse beschrieben 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 π Zwei unterschiedlich konzipierte Größen, die beide Massen heißen: πschwer 7 18.06.2012 πträg KIT-Didaktik der Physik Eigenschaft der Masse seit Einstein (1915) πträg = πschwer = π 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Die zwei unterschiedlich konzipierten Größen träge Masse und schwere Masse sind in Wirklichkeit identisch. Da beide in der gleichen Einheit angegeben werden, ist der Umrechnungsfaktor 1 8 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik Eigenschaft der Masse seit Einstein (1905) πΈ =πβπ πΈ = π β π2 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Die zwei unterschiedlich konzipierten Größen Masse und Energie sind in Wirklichkeit identisch. Da beide in verschiedenen Einheiten angegeben werden, benötigt man einen Umrechnungsfaktor: π = π 2 9 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Eigenschaft der Masse 10 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik Eigenschaft der Masse Das Licht, das pro Sekunde auf einen π2 hat die Masse 1,1 β 10β14 kg. Ein Magnetar hat ein magnetisches Feld mit der Flussdichte π΅ = 1011 T π» β 8 β 1016 A/m π0 2 ππΈ = β π» = 4 β 1027 J/m3 2 πΈ 4 β 1024 J π= = π 9 β 1016 J/kg 11 18.06.2012 1 Liter Magnetfeld πΈ = 4 β 1024 J = 4,4 β 107 kg KIT-Didaktik der Physik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Beim Entladen gibt eine Monozelle eine Energiemenge von etwa 10 kJ ab. Sie wird dabei um 1,1 β 10β13 kg leichter. Masse eine ganz normale physikalische Größe? Dan Brown: Angels & demons 12 18.06.2012 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Antimatter releases pure energy, a one hundred per cent conversion of mass to photons. KIT-Didaktik der Physik Masse eine ganz normale physikalische Größe? Physik Journal 9 (2010), veröffentlich durch die deutsche Physikalische Gesellschaft Vom Ursprung der Masse (Eberhard Klemp) 13 18.06.2012 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 β¦ nach Einsteins Beziehung E = m.c2 muss man dieser Energie eine Masse zuordnen, die sozusagen aus dem Nichts entseht. KIT-Didaktik der Physik Masse eine ganz normale physikalische Größe? Physik Journal 9 (2010), veröffentlich durch die deutsche Physikalische Gesellschaft Vom Ursprung der Masse (Eberhard Klemp) 14 18.06.2012 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Die masselosen Photonen tragen zwar aufgrund ihrer Energie und der Äquivalenz zwischen Energie und Masse ebenfalls zur Massendichte bei, β¦ KIT-Didaktik der Physik Masse eine ganz normale physikalische Größe? Bader Teilchenphysik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Bei der Paarerzeugung sahen wir, dass sich Energie von ο§ - Quanten in ein Elektron π β und sein Antiteilchen Positron π + verwandeln kann. Aus Energie, etwa von ο§ - Quanten, können Quarkpaare entstehen, z.B. u und u oder d und d. 15 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik Masse eine ganz normale physikalische Größe? Geoff Brumfiel Fusionβs Missing Pieces:; Scientific American June 2012 16 18.06.2012 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 In theory, fusion is a perfect energy source. It depends on the one thing in physics that everyone had heard of: πΈ = π β π 2 . Because the speed of light is so great, πΈ = π β π 2 means that a very small amount of mass can generate an enormous quantity of energy KIT-Didaktik der Physik Masse und relativistische Masse Masse ist Ruhemasse π π£ = π0 1β Fragen: π£2 π2 π π£ ist nicht die Masse, es ist die relativistische Masse An wen ist die Trägheit des Körpers gebunden? Hat ein Feld keine Masse und hat es nur relativistische Masse? masselose Photonen, denen eine relativisitische Masse zukommt Einstein in Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie (1916): β¦, dass die Energie des Gravitationsfeldes in gleicherweise gravitierend wirkt wie jegliche Energie anderer Art.. 17 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Dann: Entsteht da ein neuer Begriff von Masse? Anregung Wasserstoffhülle β neuer Name? Ein Proton hat im Grundzustand die Energie 938,3 MeV. Dazu gibt es einen angeregten Zustand (1232 MeV, gleiche Quarkzusammensetzung): Diese Resonanz heißt β+ - Teilchen. (Bader) 18 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Regt man ein Teilchen an, und ist sein Energiegewinn in der Größenordnung der Energie im Grundzustand, so interpretiert man den angeregten Zustand als ein neues Teilchen. So ist z.B. die Nukleonenresonanz D13(1520) ein angeregter Zustand des Protons. Entsteht da ein neuer Begriff von Masse? Die Masse ist jetzt keine normale Größe mehr; die verschiedene Werte haben kann. Diskrete Wertänderung ο neues Teilchen E. Klempt: Vom Ursprung der Masse Auf jeden Fall hat sich gezeigt, dass die Masse ein recht schwierig zu fassender Begriff ist, der sich von unserer Anschauung weit entfernt hat. ich glaube neinβ¦ 19 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Jetzt: Masse als Charakteristikum von Teilchen Masse quo vadis? 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Wir stehen selbst enttäuscht und sehn betroffen den Vorhang zu und alle Fragen offen. Bertold Brecht, Der gute Mensch von Sezuan 20 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik [1] Brown, Dan; Angels and demons, Corgi Books [2] Einstein, Infeld; Die Evolution der Physik; rororo, rde 12, 101.-108. Tausend Auflage, 1966 [3] Falk, Ruppel: Mechanik, Relativität, Gravitation, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1973, 1st edition [4] Herrmann, Friedrich; KPK, Aulis [5] Pohlig, Michael; Ein alternativer Zugang zur speziellen Relativitätstheorie; PdN-Ph 1/52; Aulis [6] Strauch, Hans Michael; Software: Wassermodell für Relativitätstheorie [7] http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetar [8] Lorentz β Einstein β Minkowski, Das Relativitätsprinzip, Wissenschaftlliche Buchgesellschaft Darmstadt 1982 S. 112 21 18.06.2012 KIT-Didaktik der Physik 25. Karlsruher Didaktik Workshop 2012 Literatur
