Berlin 2008 – wissenschaftliches Programm

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DD: Fachverband Didaktik der Physik

DD 6: Anregungen aus dem Unterricht für den Unterricht I (Diverses)

DD 6.1: Vortrag

Montag, 25. Februar 2008, 13:40–14:00, EW 229

Lernen aus Analogiebetrachtungen: Fliehkraftregler, Kettenkarussell und Magnetismus — •Andreas Martin Seifert — Berufliches Schulzentrum Odenwaldkreis, Erbacher Str. 50, 64720 Michelstadt

Aus dem Grundprinzip des zur Steuerung alter Dampfmaschinen verwendeten Fliehkraftreglers wird eine altbekannte "Rechenaufgabe" zum Themenkreis Kräftegleichgewicht und Zentrifugalkraft abgeleitet: Eine Punktmasse rotiert an einem masselosen Stab um eine vertikale Drehachse; zu berechnen ist der Gleichgewichtswinkel zwischen Stab und vertikaler Achse. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags wird gezeigt, dass dieses einfache mechanische System verblüffende und weitreichende Analogien zu Phasenübergängen und Zustandsänderungen in para- und ferromagnetischen Materialien aufweist. Die theoretische Analyse geht aus von einem Gesamtpotential, in dem konkurrierende Beiträge der potentiellen Energie im Schwerefeld und im Zentrifugalfeld berücksichtigt sind. Der Verlauf der Potentialkurven zeigt bei Variation der Drehzahl einen qualitativen Sprung, der auch bei Systemen mit spontaner Magnetisierung beobachtet wird. Auch Analogien zu Paramagnetismus, Curie-Gesetz und magnetischen Hystereseffekten findet man in diesem mechanischen Modell völlig zwanglos wieder.