Udo Backhaus' selected publications
Die Entropie als Größe zur Beschreibung der Unumkehrbarkeit von
Vorgängen
Universität Osnabrück 1982
In der Arbeit werden die empirischen und theoretischen Grundlagen des
phänomenologischen Entropiebegriffs dargestellt und am Beispiel der
Entropie das Verhältnis zwischen Konvention und Erfahrung bei der
physikalischen Begriffsbildung untersucht.
Es wird vorgeschlagen, die Entropie als ein Irreversibilitätsmaß
einzuführen. Die Grundidee dazu wird durch den folgenden Vergleich
zwischen zwei verschiedenen Prozessen beschrieben:
Von zwei Prozessen ist derjenige stärker irreversibel, der den anderen
zurückspulen, ihn also
dazu veranlassen kann, entgegen seiner natürlichen Richtung abzulaufen.
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Der Energietransport durch elektrische Ströme und
elektromagnetische Felder
Westarp Wissenschaften: Magdeburg 1993
Die Arbeit untersucht das Verhältnis zwischen Konvention und Erfahrung am
Beispiel des elektromagnetischen Energietransportes und untersucht die
didaktischen Konsequenzen für die Physikausbildung in Schule und
Hochschule.
Die Beschreibung mit dem Poynting-Vektor ist nur eine von im Prinzip beliebig vielen
Darstellungen des Energietransportes. Beim Vergleich verschiedener
Beschreibungen zeigt sich, daß verschiedene Probleme auch
unterschiedliche Darstellungen nahelegen, wenn mathematische Einfachheit oder
Anschaulichkeit im Vordergrund stehen.
Die weitgehende Willkürlichkeit kann eindrucksvoll am Hertzschen
Dipol demonstriert werden.
Wenn Sie an einer Demonstration des Energieflusses in der Nähe des Dipols
interessiert sind, dann klicken Sie auf das Bild!
pdf version (771 kBytes)
Der Zeitschriftenartikel Der
Energietransport ... (Praxis der Naturwissenschaften/Physik 36/6,
30 (1987)) enthält Vorüberlegungen und Teilergebnisse.
Die Entfernung der Sonne - Bedeutung, Geschichte, Messung
Astronomie und Raumfahrt 35/1, 30 (1998)
pdf version (203 kBytes)
Die Parallaxe von 61 Cygni -- anhand von Amateuraufnahmen selbst
bestimmt!
Vorträge der DPG 1998 in Regensburg, S. 370
pdf version (270 kBytes)
Von der Beobachtung astronomischer Phänomene zu eigenen
Messungen
Vorträge der DPG 1998 in Regensburg, S. 6
pdf version (328 kBytes)
Die Bewegung des Mondes
Vortrag auf der MNU-Hauptversammlung 2005 in Bremerhaven
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Powerpoint presentation (16.6 MByte)
You can get the corresponding Delphi-programs
- "MondbewegungundPhasen.exe"
(simulates the moon's daily and weekly motion from a topozentric and a
extraterrestical viewpoint, as well, and allows exercises in "switching from
one viewpoint to the other")
- "Mondlibration.exe"
(demonstrates how libration is influenced by the
excentricity of the orbit and by the inclination of the axis of rotation)
- "Mondparallaxe.exe"
(demonstrates the geocentric and topocentric motion of the moon)
- "Mondnordpol.exe"
(calculates exactly the moon's libration and the direction of the axis of
rotation)
and the corresponding parameter files by downloading the following zipped
archive:
mond.zip (1,0 MBytes),
Die schnellste Verbindung. Zwangskräfte bei krummlinigen
Bewegungen
Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 53/2, 89 (2000)
Die Kräfteverhältnisse beim schwingenden Fadenpendel werden in vielen
Schul- und Hochschullehrbüchern falsch, oder zumindest
missverständlich dargestellt. Die Darstellungen bestätigen dadurch
scheinbar die Fehlvorstellung, die resultierende Kraft zeige in
Bewegungsrichtung. Die dadurch hervorgerufenen Schwierigkeiten beim
Verständnis krummliniger Bewegungen werden am Beispiel des so genannten
Brachystochronen-Problems erläutert. Dabei wird auch die Möglichkeit
aufgezeigt, dieses Problem durch einen evolutionären Algorithmus
numerisch zu lösen.
pdf version (1183 kBytes),
You can get the corresponding Windows-programs:
- "PendelFilm.exe"
(demonstrates the behaviour of velocity and accelaration during the
oscillations of a pendulum (see above))
- "SchnellsteVerbindung.exe"
(demonstrates the "evolutionary" development of the path of a rolling sphere
to find the shape with the shortest transmission time)
- "EntstehungZykloide.exe"
(demonstrates the construction of zycloides)
- "ZykloidenFilm.exe"
(demonstrates the behaviour of velocity and accelaration during the
oscillations along a zycloidic path (see above))
by downloading the following zipped archive:
ProgrammeSchnellsteVerbindung.zip (909 kBytes),
Das 3. Newton'sche Gesetz und der physikalische Kraftbegriff
Naturwissenschaften im Unterricht/Physik 49/5 (2001)
pdf version (883 kBytes),
Die Kraft ist ein Zwillingspaar, Beispiele zur Einführung
des Wechselwirkungsprinzips in der Schule
Naturwissenschaften im Unterricht/Physik 49/5 (2001)
pdf version (1123 kBytes),
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| In welchem Fall muss das Seil mehr aushalten?
| Welche Mannschaft gewinnt? Warum?
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Der vorphysikalische Kraftbegriff, den Schüler aus dem Alltag mit in den
Physikunterricht bringen, ist dadurch gekennzeichnet, dass Kräfte Körpern
(insbesondere Lebewesen) zugeschrieben werden und zur Klärung von
Ursache und Wirkung herangezogen werden. In der Physik dagegen
kennzeichnen Kräfte Wechselwirkungen zwischen Körpern. Es wird
deshalb vorgeschlagen, das Wechselwirkungsprinzip
zum Ausgangspunkt für die Einführung des Kraftbegriffes in der Schule zu
machen. Das 3.~Newton'sche Gesetz, insbesondere seine völlige Symmetrie,
widerstrebt jedoch dem Vorverständnis der Schüler. Deshalb wird es an vielen
Beispiel veranschaulicht und erläutert.
Der Venustransit 2004 - Forschendes Lernen in einer internationalen Kooperation
Computer + Unterricht 57, 34 (2005)
pdf-Version (178 kByte)
Der Venustransit am 8. Juni 2004 bot eine einmalige Gelegenheit, mit Sch¨ulern
und Studenten historische Probleme bei der Bestimmung der Entfernung zur
Sonne nachzuvollziehen, sich mit modernen Methoden der Mess- und Auswertungstechnik
und der weltweiten Kommunikation vertraut zu machen und sich
forschend in ein zusammenh¨angendes Gebiet der Astronomie einzuarbeiten.
Signalgeschwindigkeit und Wahrnehmung
Tagungsberichte und Arbeitsmaterialien Heft 78, ILF: Mainz 2005, S. 209
pdf-Version (783 kByte)
Wenn man einen sich bewegenden Körper hört oder sieht, nimmt man ihn
nicht so wahr, wie er im Moment der Wahrnehmung "aussieht", und nicht dort, wo er sich befindet. Die Wahrnehmung reicht vielmehr zurück in die
Vergangenheit, weil die Signale, die uns die Information übermittelt haben,
eine gewisse Zeit brauchten, um zu uns zu gelangen. Dieser Effekt spielt in
der Akustik eine Rolle, führt aber insbesondere in der relativistischen Optik zu
überraschenden Effekten, die lange Zeit übersehen wurden.
Das Aussehen sich relativistisch bewegender Körper
Tagungsberichte und Arbeitsmaterialien Heft 79, ILF: Mainz 2005, S. 335
pdf-Version (1000 kByte)
Bei der optischen Wahrnehmung verändert die endliche Lichtgeschwindigkeit
das Aussehen sich schnell bewegender Objekte völlig. Dieser Effekt ist in der
Frühzeit der Relativitätstheorie lange übersehen worden. Heute kann er durch
Computeranimationen veranschaulicht werden. Die wesentlichen Aspekte sind
aber bereits mit den Mitteln der Schulmathematik und -physik zu verstehen.
Astronomie plus
(zusammen mit K. Lindner)
Cornelsen: Berlin 2005
aus dem Verlagstext:
Die Neuentwicklung Astronomie plus gehört zu einem Lehrwerkverbund für den mathematischen und naturwissenschaftlichen
Unterricht. Mit seinen fachübergreifenden Bezügen und Vorschlägen für Projekte eignet sich Astronomie plus hervorragend
für problem- und lernzielorientierten Unterricht. So lässt sich das ganzheitliche Kompetenzmodell konsequent umsetzen.
Konzeption
- Astronomische Sachverhalte werden ausgehend von der Erfahrungswelt von Jugendlichen behandelt und die erworbenen Kenntnisse wieder auf den Alltag angewendet.
- Die problemorientierte Darstellung des Stoffes bezieht die Schüler/innen als Suchende und Forschende ein und regt sie zu selbsttätigem, einsichtigem Lernen an.
- Fachübergreifende Seiten zu Themen der Umwelt oder Gesundheit zeigen Anwendungsbereiche der Astronomie und motivieren zur Beschäftigung mit dem Fach.
- Projektseiten ermuntern die Schüler/innen, selbstständig Himmelskörper zu beobachten. Sie fördern soziale Lernformen.
- Astronomie plus ist handlungs- und lernzielorientiert. Das angemessene Anspruchsniveau und eine wohldosierte Progression fördern und fordern gleichermaßen.
Der Begriff der elektrischen Spannung und seine Messung in Gegenwart von zeitlich veränderlichen Magnetfeldern
(zusammen mit T. Braun)
Physik und Didaktik in Schule und Hochschule 1/5 (2006), 45-53
Vorstellungen, die bei der Einführung des Spannungsbegriffs bei Gleichstromkreisen oder in der Elektrostatik entwickelt werden, passen nicht mehr, wenn Induktionseffekte eine Rolle spielen. Die Lernschwierigkeiten, die dadurch auftreten können, werden beschrieben. Die Analyse der fachlichen Grundlagen und einiger Experimente führt zu Vorschlägen für den Umgang mit dem Spannungsbegriff im Falle zeitlich veränderlicher Ströme und Felder.
Die Bewegung der Planeten - Vom Wissen über Beobachtungen zu Messungen
Praxis der Naturwissenschaften/Physik 56/1, 5 (2007)
(pdf-Version)
In keinem Buch zum Sachunterricht in der Grundschule, in keinem Astronomiebuch für Kinder fehlen von Raumsonden oder von Astronauten aufgenommene Fotos der Erde im Weltraum. Auch populäre Wissenschaftsbücher und Fernsehsendungen zeigen immer wieder solche Blicke von außen auf die Erde. Jedes Kind "weiß" deshalb heute, dass die Erde eine Kugel ist, die frei im Weltraum schwebt bzw. sich um die Sonne bewegt. Dieses "Wissen" ist jedoch in den Kindern - und auch in den meisten Erwachsenen - in keiner Weise verankert in dem Sinne, dass sie wüssten, woher dieses Wissen stammt oder wie man es herausgefunden hat. Und es gibt so gut wie keine Verbindung zwischen diesem Wissen und Erfahrungen, die jeder alltäglich machen könnte, wenn er nur gelernt hätte, die entsprechenden Phänomene wahrzunehmen und mit abstrakten Aussagen über die Erde als Himmelskörper in Beziehung zu setzen.
Das Sonnensystem und die Bewegungen der Planeten, einschließlich der Erde, um die Sonne sind deshalb ein gutes Beispiel für das bereits von Wagenschein oftmals beklagte und in dem Eingangszitat zum Ausdruck kommende Missverhältnis zwischen Gewusstem und Erfahrenem. Ziel dieses Aufsatzes ist es, zur Überwindung dieses Missverhältnisses beizutragen, indem Verbindungen
zwischen abstrakten heliozentrischen Aussagen und egozentrisch zu machenden Erfahrungen hergestellt werden. Es werden Anregungen zu Beobachtungen des Sternenhimmels, insbesondere im Jahre 2007, gegeben. Schließlich werden einige Möglichkeiten aufgezeigt, durch genauere Beobachtungen und systematische, aber einfach durchzuführende Messungen zu ersten quantitativen Aussagen über die Bewegung der Planeten zu gelangen.
Io-Verfinsterungewn und die Astronomische Einheit
Astronomie + Raumfahrt 45/2, 34 (2008)
(pdf-Version)
Über drei Jahre hat eine Gruppe aus Schülern, Lehrern, Amateurastronomen und Studenten die Bewegungen der Jupitermonde und insbesondere die Verfinsterungen des innersten Mondes Io beobachtet. Unser Ziel dabei war, Beobachtungen und Messungen nachzuvollziehen, aus denen Ole Römer erstmals auf die Endlichkeit der Lichtausbreitung geschlossen und einen Wert für die Lichtgeschwindigkeit abgeleitet hat. Dabei hat sich gezeigt, dass es, im Gegensatz zu Veröffentlichungen auch in dieser Zeitschrift, nicht einfach ist, zu befriedigenden Ergebnissen zu kommen, dass aber bei dem Versuch sehr viel gelernt werden kann.
Das Projekt "Venustransit 2004"
Astronomie + Raumfahrt 45/2, 23 (2008)
(pdf-Version)
Beobachtung und Messung von Durchgängen der Venus vor der Sonne boten lange Zeit die Gelegenheit zur genauesten Messung der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Wenn auch die Astronomische Einheit heute mit anderen Methoden sehr viel genauer bestimmt worden ist, so bot doch der auf der geografischen Länge von Deutschland optimal beobachtbare Durchgang am 8. Juni 2004 , der erste seit 1882, eine ausgezeichnete Möglichkeit, mit modernen Methoden die historischen Messungen nachzuvollziehen und internationale Zusammenarbeit zwischen Schulen, Amateurastronomen und Universitäten einzuüben.
Alltagsmechanik mit GPS
Editor: Udo Backhaus
last change: 11.06.2010
