Erkennen physikalischer Gesetze
Das Erkennen physikalischer Gesetze in der Natur ist eines der wichtigsten Ziele physikalischer Forschung. Es ist ein äußerst komplexer und in der Regel langwieriger Prozess, der häufig von Irrtümern begleitet war und ist. Trotzdem lassen sich einige Schritte nennen, die beim Erkennen von Gesetzen durchlaufen werden müssen.
Das Erkennen physikalischer Gesetze in der Natur ist eines der wichtigsten Ziele physikalischer Forschung. Es ist ein äußerst komplexer und in der Regel langwieriger Prozess, der häufig von Irrtümern begleitet war und ist. Trotzdem lassen sich einige Schritte nennen, die beim Erkennen von Gesetzen durchlaufen werden müssen:
- Beobachtung und Beschreibung von Erscheinungen, Aufstellen von Vermutungen über Zusammenhänge und Entwicklung von Fragen, die genauer untersucht werden müssen.
- Experimentelle Untersuchung des Sachverhalts, Verallgemeinerung der Untersuchungen, Formulierung eines Gesetzes.
- Überprüfung des Gesetzes durch weitere experimentelle Untersuchungen und durch Anwendung in der Praxis.
Ein Beispiel aus der Physik
Nachfolgend sind die genannten drei Schritte genauer charakterisiert und an einem Beispiel aus der Physik dargestellt. Als Beispiel ist das von GEORG SIMON OHM entdeckte ohmsche Gesetz gewählt. Eine mögliche Experimentieranordnung ist in Bild 1 dargestellt.
| Allgemeine Schritte | Beispiel | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1. Es gibt in der Natur Erscheinungen, die man beobachtet. Durch Vergleichen wird versucht, Gemeinsamkeiten und Unterschiede sowie Regelmäßigkeiten in der Erscheinung zu erkennen.
Es werden Fragen gestellt, die genauer zu untersuchen sind. |
Untersuchungen an elektrischen Leitern ergeben, dass zwischen der an einem Leiter anliegenden Spannung und der Stromstärke im Leiter Zusammenhänge bestehen. Ein elektrischer Strom fließt nur, wenn eine Spannung anliegt und der Stromkreis geschlossen ist. Die Stromstärke hängt von der Spannung ab. Die elektrische Stromstärke ist bei einem metallischen Leiter umso größer, je größer die anliegende Spannung ist. Dieser Zusammenhang gilt für alle metallischen Leiter.
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2. Um die Vermutung zu prüfen und die Frage zu beantworten, werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt.
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Bei verschiedenen metallischen Leitern wird der Zusammenhang zwischen Spannung und Stromstärke untersucht. Genutzt werden dazu ein Kupferdraht, ein Konstantandraht und ein Draht aus Wolfram (Glühwendel einer Glühlampe). Verwendet wird die in Bild 1 dargestellte Experimentieranordnung. Es werden Messwerte aufgenommen und grafisch dargestellt.
Damit erhält man die in Bild 2 gezeigte grafische Darstellung. |
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| 3. Das Gesetz muss überprüft werden. Insbesondere muss festgestellt werden, ob die vorgenommene Verallgemeinerung tatsächlich gilt. Jede erfolgreiche Anwendung des Gesetzes in der Praxis ist ein Beleg für seine Gültigkeit unter den gegebenen Bedingungen. |
Der Zusammenhang wird für weitere metallische Leiter, z. B. für Leiter aus Aluminium, Eisen, Silber, ... untersucht und bestätigt. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Experimentieranordnung zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Spannung und Stromstärke
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I-U-Diagramm für verschiedene Metalle
