… aus dem Physiksaal
© 2011 - 2019   Sven H. Pfleger

Der mobile Physiksaal: Mechanik

Das älteste Teilgebiet der Physik und für unser tägliches Leben das augenscheinlich wichtigste. Das wir die „Bodenhaftung“ nicht verlieren, uns fortbewegen können, ja überhaupt bewegen können - all das hat mit den Grundlagen der Mechanik zu tun. Und weil die Mechanik in unserem Leben so allgegenwärtig ist, scheint es ja fast so, als gäbe es experimentell nichts mehr zu Versuchen oder zu Erforschen. Aber das trügt, denn nachfolgende Kursübersicht beweist, es gilt noch viele grundlegende Zusammenhänge und Effekte zu Erkennen und zu Verstehen.

Gleichgewicht und Stabilität

Wozu misst man, zum Beispiel Längen, Flächen etc.? Wie wendet man einen Messschieber an und wie kommt man von Strecken über Flächen zum Volumen? Diese und viele andere Fragen werden anhand zahlreicher Versuche im ersten Teil der Mechanik-Reihe behandelt. Neben stabilen Lagen werden auch Kreisel untersucht, Schwerpunkte ermittelt und eine erstaunlich stabile Modellbrücke gebaut. Schließlich zeigt sich: Stabil ist nicht immer die massivste Konstruktion - wie so oft gibt: Weniger ist manchmal mehr - es kommt nur auf das „wie“ an.

Kraft und Masse

Was hat die Masse mit dem Gewicht zu tun und was ist denn eine Kraft? Das ist die Kernfrage in diesem Kursteil und außerdem geht es darum, wie man Kräfte geschickt nutzen kann und welche einfachen Maschinen daraus entstanden sind, die seit Jahrtausenden bereits Verwendung finden. In Versuchsaufbauten und Experimenten sind Kraftmesser und Rollen die zentralen Bestandteile, mit denen sich bereits einfachste Maschinen, wie zum Beispiel Flaschenzüge aufbauen lassen. Was eine Schraube mit der schiefen Ebene zu tun hat und warum ein Hebel zu scheinbar „mehr Kraft verhilft“ soll ebenfalls erforscht werden.

Bewegung und Geschwindigkeit

Das ganze Universum ist beständig in Bewegung und damit auch wir selbst, auch wenn wir es gar nicht merken. Doch was passiert eigentlich, wenn etwas in Bewegung ist? Was ist der Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung? Themen mit denen sich dieser Kurs beschäftigt. Dabei wird sehr schnell klar sein: Alle Größen sind zeitabhängig und damit kommt nach der Masse eine weitere extrem wichtige Komponente der Physik ins Spiel: Die Zeit. Doch was ist Zeit eigentlich? Wie wird sie gemessen und was zeigt sie wirklich an?

Druck und Auftrieb

Kräfte wirken, so haben die ersten Kurse zur Mechanik gezeigt, auf Körpern und verursachen damit bestimmte Effekte. Doch es ist ein entscheidender Unterschied, wie groß die Fläche ist, auf die eine Kraft wirkt - und damit wird der Druck beschrieben. Und der tritt nicht nur an Festkörpern auf. Er sorgt dafür, das sich Flugzeuge in der Luft halten und Druckzylinder mit Gasen (Pneumatik) oder Flüssigkeiten (Hydraulik) gefüllt, ganz erstaunliches Kräfteverhalten zeigen. Modellhaft wird dies zum Beispiel mit Kunststoffspritzen, die viele vom Arztbesuch in keiner guten Erinnerung behalten haben, untersucht.

Schwingungen und Wellen

Genau genommen ist dieser Kursteil wieder ein Beispiel dafür, dass vielen Themen der Physik dem gewohntem Schubladendenken nicht gerecht werden. So ist es auch mit dem Thema Schwingungen und Wellen. Sie treten nicht nur in der Mechanik auf, sie sind in allen Bereichen, egal ob Elektrizität, Optik oder (besonders nahe liegend) Akustik anzutreffen. Gerade die Mechanik bietet jedoch einen leicht nachzuvollziehenden Einstieg in die Welt der Schwingungen und Wellen, weshalb hier auch mit mechanischen Modellen die Grundlagen erforscht werden sollen, die sich dann praktisch von alleine auf die anderen Teilgebiete übertragen lassen.