Physik und Technik
Die Physik ist eine wichtige Grundlage der Technik. In der Technik werden bewusst physikalische Erkenntnisse genutzt, um z. B. Geräte und Anlagen zu bauen, Informationen zu übertragen, Energie in den gewünschten Formen zu gewinnen und zum Verbraucher zu transportieren. Dabei ist oft die Natur selbst Vorbild für technische Lösungen.
Ziel technischer Entwicklungen und damit der Anwendung der Physik ist es, unser Leben sicherer und angenehmer zu machen.
Zwischen Physik und unserer Technik bestehen zahlreiche Verbindungen, die uns häufig gar nicht bewusst sind. Sie werden vor allem an konkreten Beispielen deutlich.
Elektrische Energie wird in Kraftwerken gewonnen. Dabei wird in Generatoren (Bild 1) mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Hierbei wird das Induktionsgesetz genutzt.
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Turbine und Generator in einem Kraftwerk
Die Übertragung von Informationen erfolgt zunehmend mithilfe von Lichtleitkabeln (Bild 2), wobei jeder einzelne Lichtleiter einen Durchmesser von nur 0,005 mm bis 0,5 mm hat. Dabei wird genutzt, dass Licht in Lichtleitern total reflektiert wird und sich dadurch über weite Strecken im Lichtleiter ausbreitet.
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Lichtleitkabel mit 4000 einzelnen Lichtleitern
Um die Lärmbelastung zu mindern, werden an Schnellstraßen Schallschutzwände errichtet (Bild 3). Sie müssen so konstruiert sein, dass möglichst viel Schall reflektiert bzw. absorbiert wird. Genutzt werden dabei physikalische Erkenntnisse zur Ausbreitung und Dämpfung von Schall.
Zur Messung der radioaktiven Strahlung verwendet man Zählrohre. Bei ihnen wird die Eigenschaft radioaktiver Strahlung genutzt, Gase zu ionisieren.
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Eine Schallschutzwand schützt die Anwohner vor Lärm.
L. Meyer, Potsdam
Zur Überwachung des Luftraumes wird Radar (Bild 4) genutzt. Dabei wendet man Erkenntnisse über die Ausbreitung und die Reflexion von elektromagnetischen Wellen kleiner Wellenlänge an.
Dabei ist zu beachten: Technik ist nicht einfach angewandte Physik. Vielfach arbeiten bei technischen Lösungen die Techniker mit Wissenschaftlern unterschiedlicher Disziplinen zusammen. So geht es z. B. bei der Konstruktion und Herstellung eines Fernsehapparates nicht nur um die Anwendung der elektrischen Leitung im Vakuum in der Bildröhre, sondern auch um die richtige Auswahl von Werkstoffen (Physik, Chemie, Werkstoffkunde), um die Betriebssicherheit und Lebensdauer des Gerätes, um ein ansprechendes Aussehen oder um die Qualität der Ton- und Bildwiedergabe.
Oft ist auch die Natur selbst Vorbild für technische Lösungen. So wurden und werden im Flugzeugbau viele technische Lösungen dem Vogelflug „abgeguckt“. Der Wulstbug von Schiffen hat sein Vorbild bei einem Delfin. Das Prinzip der Radarortung ist der Orientierung von Fledermäusen mithilfe von Ultraschall entlehnt.
Zusammenfassend kann man feststellen:
Die Physik ist eine wichtige Grundlage der Technik. In der Technik werden vom Menschen physikalische Gesetze genutzt, um unser Leben sicherer und angenehmer zu machen.
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Flugradar hilft bei der Sicherung des Luftverkehrs.
Nutzen und Risiken technischer Anwendungen
Die grundsätzliche humanistische Zielrichtung der Anwendung physikalischer Erkenntnisse ist oben genannt. Sie ist auf eine ständige Verbesserung der Lebensbedingungen und auf gesellschaftlichen Fortschritt gerichtet.
Für viele Erkenntnisse der Physik und deren Anwendungen gilt aber auch:
Physik und ihre technischen Anwendungen bergen auch Risiken in sich und können missbraucht werden.
Physikalische Erkenntnisse und deren Anwendungen bergen also zumindest auch das Potenzial in sich, Schäden bei Menschen hervorzurufen, die Umwelt zu schädigen oder für zerstörerische, kriegerische Zwecke missbraucht zu werden.
Besonders eindringlich und klar zeigt sich das bei kernphysikalischen Erkenntnisse und deren Anwendungen. Hier gibt es viele Anwendungen, die überaus nützlich sind und z.B. auch zu neuen Erkenntnissen geführt haben. Beispiele dafür sind Bestrahlungsmethoden in der Medizin, diagnostische Methoden unter Nutzung radioaktiver Nuklide, die Nutzung von Durchstrahlungsverfahren bei der Steuerung technischer Prozesse, die Alterbestimmung mittels radioaktiver Nuklide oder die Absicherung der Energieversorgung durch Kernkraftwerke.
Unübersehbar sind aber auch die damit verbundenen Risiken: Erhöhte Strahlenbelastung für Beschäftigte, die Notwendigkeit der langfristig sicheren Lagerung radioaktiver Abfälle, die Gefahr der Freisetzung radioaktiver Nuklide, die Gefahr der radioaktiven Verseuchung ganzer Gebiete sind nicht nur ein theoretisches Risiko oder Restrisiko, wie manchmal formuliert wird, sondern können in der Realität auftreten. Beispiele dafür sind zahlreiche Unfälle in Kernkraftwerken und kerntechnischen Anlagen, vor allem aber der GAU, der 1986 im Kernkraftwerk Tschernobyl in der Ukraine auftrat und der bis nach Deutschland hinein zu einer Erhöhung der radioaktiven Belastung führte. Grundsätzlich gilt dabei für moderne technische Systeme, egal, ob das ein Fernsehapparat, ein Computer, ein Flugzeug oder ein Kernkraftwerk ist: Ihre Sicherheit lässt sich abschätzen, eine hundertprozentige Sicherheit gibt es aber für kein komplexes technisches System. Realisiert werden aber Risikoabschätzungen, die eine Aussage über die Sinnhaftigkeit einer Anwendung ermöglichen.
Der Missbrauch von Erkenntnissen, z.B. in Form des Einsatzes von Kernwaffen mit ungeheurer zerstörerischer Wirkung (Bild 5), ist grundsätzlich nicht auszuschließen. Hier spielt die Verantwortung der Wissenschaftler und die der potenziellen „Nutzer“ eine entscheidende Rolle. Dabei ist es auch eine höchst umstrittene Frage, inwieweit ein Einsatz von Technik zum Schaden von Menschen moralisch gerechtfertigt sein kann.
