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!

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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)

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Die Parallaxe von 61 Cygni -- anhand von Amateuraufnahmen selbst bestimmt!

Vorträge der DPG 1998 in Regensburg, S. 370

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Von der Beobachtung astronomischer Phänomene zu eigenen Messungen

Vorträge der DPG 1998 in Regensburg, S. 6

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Dreht sich die Erde wirklich?

Vorträge der DPG 2003 in Augsburg

Ein leicht zu verstehender Nachweis der Erddrehung beruht auf der Tatsache, dass Gegenstände, die aus der Ruhe fallen gelassen werden, nicht etwa nach Westen hinter der rotierenden Erde zurückbleiben, sondern ihr im Gegenteil nach Osten vorauseilen. Leider ist dieser von Newton vorhergesagte und von Benzenberg erstmals gemessene Effekt selbst bei großen Fallhöhen so klein, dass er nur äußerst schwierig nachgewiesen werden kann. Im Rahmen einer Staatsexamensarbeit ist es trotzdem gelungen, die sogenannte Ostabweichung im nur 16 m hohen Treppenhaus der Universität Koblenz nachzuweisen.


Die Bewegung des Mondes

Vortrag auf der MNU-Hauptversammlung 2005 in Bremerhaven

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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.

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Das 3. Newton'sche Gesetz und der physikalische Kraftbegriff

Naturwissenschaften im Unterricht/Physik 49/5 (2001)

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Die Kraft ist ein Zwillingspaar, Beispiele zur Einführung des Wechselwirkungsprinzips in der Schule

Naturwissenschaften im Unterricht/Physik 49/5 (2001)

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In welchem Fall muss das Seil mehr aushalten? Welche Mannschaft gewinnt? Warum?

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)

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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

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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

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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

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)

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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)

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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


Gedanken beim Sonnenuntergang

(PUS LUCIS 1/2015)
Mit qualitativen Überlegungen und numerischen Simulationen wird untersucht, was Sonnenuntergänge über die Gestalt und die Größe der Erde verraten. Es ergibt sich ein recht guter Schätzwert für den Erdradius.


Astronomie in der Grundschule


Das Internationale Jahr der Astronomie (IYA 2009)


Der Venustransit 2012


Warum wird der Thomson'sche Ring abgestoßen?

Praxis der Naturwissenschaften/Physik 63/3, 37 (2014) (zusammen mit R. Berger)

Der bekannte Effekt wird mit anschaulichen Argumenten auf die Induktivität des Ringes zurückgeführt.

 


Orion und die Gestalt der Erde

MNU 68/2, 89 (2015)

Wenn man Orion "verkehrt herum" wahrnimmt, erkennt man, dass man selbst auf dem Kopf steht ...

 
... in HannoverOrion ...... auf Feuerland


Das Sonnenanalemma als Schulprojekt

Astronomie + Raumfahrt in der Schule 52/2, 15 (2015)

Der Aufsatz soll dazu anregen, in der Schule durch Projekion ein großes Sonnenanalemma an eine Fensterscheibe oder auf dem Fußboden zu erzeugen. Ein Programm hilft bei der Planung des Langzeitprojektes.

 
"PlanungAnalemma.exe" Messzeit: 2 Jahre


Der Sonnenlauf im Verlauf eines Jahres

Astronomie + Raumfahrt in der Schule 52/3-4, 26 (2015)

Der Jahreslauf der Sonne kann erschlossen werden aus den wöchentlichen Angaben eines Taschenkalenders über die Sonnenauf- und -untergangszeiten. Im Aufsatz werden entsprechende Daten zur Verfügung gestellt und eine Anleitung zu ihrer Auswertung gegeben.
Der Aufsatz beschreibt eine Aufgabe des Astronomischen Praktikums. soll dazu anregen, in der Schule durch Projekion ein großes Sonnenanalemma an eine Fensterscheibe oder auf dem Fußboden zu erzeugen. Ein Programm hilft bei der Planung des Langzeitprojektes.

 
Abweichung der Tageslänge von 24 h Die Krönung der Auswertung


Gefährliche Sonnenfinsternis? Von Fehlvorstellungen über Himmel und Erde und deren Ursachen

(zusammen mit H. Köster, Sachunterricht 1/2016, 24)

  

Der Beitrag regt dazu an, sich mit verbreiteten Fehlvorstellungen im Hinblick auf astronomische Erscheinungen konstruktiv zu beschäftigen, um daraus einen Nutzen für das Lernen zu ziehen: Durch das Nachdenken über Fehlvorstellungen wird auch das Nachdenken über die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge angeregt.


Der Silberblick des Mondes und die Zentralperspektive

(zusammen mit H. J. Schlichting), MNU Journal 70/4, 221 (2017)

Auch wenn aus optischen Gründen klar ist, dass die beleuchtete Mondseite direkt der Sonne zugewandt ist, gibt es Situationen, in denen es einem Beobachter so scheint, als »schiele« der Mond an der Sonne vorbei. Es werden die geometrischen und physikalischen Hintergründe dieses Phänomens beschrieben, das vor einiger Zeit wieder kontrovers diskutiert worden ist. Außerdem werden die Bedingungen genannt, unter denen es wahrzunehmen ist, und Verbindungen zu anderen optischen Phänomenen aus Lebenswelt und Astronomie aufgezeigt. Dabei ergeben sich Vorschläge für Beobachtungen und Foto- bzw. Filmaufnahmen.

Wenn die Kamera geeignet geschwenkt wird, schielt der Mond nicht. Aber der Horizont ist gebogen.
Hier wird die Kamera so eschwenkt, dass bei der Zusammensetzung der Bilder die oberste Fensterlinie gerade bleibt.


Die Periode von CY Aquarii und der Dopplereffekt

(zusammen mit S. Bauer, E. Großkinsky, K.-H. Klapdohr, A. Knülle-Wenzel, J. Möllmanns, R. Schünecke), Astronomie + Raumfahrt 54/5, 35 (2017)

Über einen Zeitraum von fast zwei Jahren wurden die periodischen Helligkeitsschwankungen des Sterns CY Aquarii von einer Gruppe an Astronomie interessierter Physiklehrerinnen und -lehrer mit dem Monet-Teleskop in Texas remote beobachtet und daraus ein sehr genauer Wert für die Periodendauer abgeleitet. Die beobachtbare scheinbare Periodendauer ändert sich im Laufe eines Jahres. Interpretiert man diese Variation als optischen Dopplereffekt, lässt sich aus den Beobachtungsdaten die Lichtgeschwindigkeit ableiten, ohne dass die genaue wahre Periodendauer des Sterns bekannt sein muss.

Zur Messung der wahren Periode: In der Zeit zwischen den beiden Messungen hatte der Stern 5963 Perioden durchlaufen.Zur Messung der scheinbaren Periode im Juni. Es ergibt sich ein um 0.52 s kleinerer Wert als im Jahresmittel.


Rotiert der Himmel, oder dreht sich die Erde?

(als Aufgabe veröffentlicht in MNU Journal 70/4, 284 (2017))

(Animationen durch Mausklick auf die Bilder!)

"Aber in Wirklichkeit dreht sich doch die Erde!" behauptete meine 9-jährige Enkelin Emma, als ich ihr das Serienfoto zeigte, das die Rotation des Sternenhimmels über unserem Ferienhäuschen darstellt (links). Auf meine Frage, woher sie das wisse, konnte sie keine Antwort geben, und die Frage, ob sie sich das vorstellen können, verneinte sie ehrlicherweise.
Diese kleine Diskussion regte mich an, ein zweites Serienfoto zu erstellen (rechts), bei dem ich die Kamera, statt sie auf die Erde zu stellen, "fest mit dem Himmel verband".
Auch befreundete Kollegen und astronomisch interessierte Lehrer konnte ich mit der Gegenüberstellung der beiden Bilder überraschen und zum Nachdenken anregen.


Betrachten einer Mondfinsternis. Wahrnehmungen und Gedanken

MNU Journal 70/6, 364 (2017)

Die bewusste Beobachtung einer Mondfinsternis ist immer wieder faszinierend und kann zu vielfältigen astronomischen und optischen Überlegungen anregen. In den Jahren 2018 und 2019 werden nach einer langen finsternisarmen Pause zwei Mondfinsternisse von Europa aus zu beobachten sein, bevor wieder eine längere Periode ohne Finsternisse beginnt. Dieser Aufsatz soll anregen, sich auf diese Finsternisse vorzubereiten, um an ihnen Beobachtungen, Messungen und Überlegungen über den Mond anzustellen.
Vielleicht gelingt es den LeserInnen, sich bei der Finsternis selbst in die Konstellation Sonne-Erde-Mond hineinzufühlen und sich zu überlegen, welcher Teil der Erde gerade auf dem Mond "abgebildet" wird. Auch zu zwei verschiedenen Methoden, die Entfernung des Mondes zu messen, geben Mondfinsternisse Gelegenheit.


Die Mondentfernung selbst messen

Sterne und Weltraum 58/1, 78 (2019)

Astronomie ist eine Mitmachwissenschaft. Manchmal trennen nur wenige Schritte reine Beobachtung von einer physikalischen Messung. Die Mondentfernung ist ein gutes Beispiel: Mit einfachen Hilfsmitteln können Amateurastronomen den Abstand des Erdtrabanten auf verschiedene Weisen selbst bestimmen. Anhand echter Beispiele bekommen diejenigen, die selbst nachmessen wollen, alles Nötige an die Hand.


Die tägliche Mondparallaxe ist der Winkel zwischen der linear interpolierten Mondposition (orange) und der um 4:48:58 gemessenen Position

Die Merkurtransits 2016 und 2019 und die Astronomische Einheit

Astronomie + Raumfahrt 56/3-4, 26 (2019)

Der Aufsatz beschreibt das internationale Projekt zur Messung der Astronomischen Einheit anhand des Merkurtransits 2016 und seine Ergebnisse. Außerdem wird auf den Transit 2019 aufmerksam gemacht und zur aktiven Teilnahme aufgerufen.


  Editor: Udo Backhaus   last change:  last update: 2019-07-16