Modelle in der Physik

Funktionen von Modellen

Modelle können unterschiedliche Funktionen erfüllen. Das hängt von dem Zweck ab, für den man ein Modell nutzen will.

• Modelle sind ein Mittel zur Gewinnung neuer Erkenntnisse. Man kann mithilfe eines Modells Erscheinungen erklären und voraussagen. So kann man z. B. mit dem Teilchenmodell erklären, wie es zur Durchmischung (Diffusion) zweier Flüssigkeiten kommt.
• Modelle sind ein wichtiges Mittel zur Veranschaulichung von Sachverhalten. So kann man sich z. B. mithilfe des Modells Feldlinienbild eine Vorstellung von der Struktur eines elektrischen oder eines magnetischen Feldes machen.
• Modelle technischer Geräte ermöglichen es, den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkungsweise eines Gerätes vereinfacht und überschaubar darzustellen.
• Modelle sind ein Mittel zur Überprüfung der Funktion einer technischen Konstruktion. So kann man z. B. am Modell eines Autos im Windkanal testen, ob der Luftwiderstand den gewünschten niedrigen Wert hat.

Arten von Modellen

Modelle können sowohl materiell (gegenständlich) als auch ideell (gedanklich) sein. Beispiele für materielle Modelle sind das Modell eines Verbrennungsmotors, das Modell einer Tragfläche oder ein aus Kugeln aufgebautes Teilchenmodell.
Beispiele für ideelle Modelle sind Feldlinienbilder, das Teilchenmodell als System von Aussagen, Atommodelle oder das Modell Massepunkt.

Es ist auch möglich, für ein bestimmtes Original verschiedene Modelle zu schaffen, die das Original mehr oder weniger gut widerspiegeln. Ein Beispiel dafür sind verschiedene Atommodelle. Bei technischen Modellen wird man das Modell weitgehend in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck gestalten.

Modellexperimente

Mit materiellen Modellen kann man auch experimentieren. Man bezeichnet solche Experimente als Modellexperimente. Darüber hinaus kann man mit ihnen Erscheinungen erklären und voraussagen.

Beispiel: Mischt man 50 ml Alkohol und 50 ml Wasser, so hat das Gemisch aus beiden nicht ein Volumen von 100 ml, sondern nur von 96 ml (Bild 4a). Das kann man in einem Modellexperiment bestätigen und damit zugleich eine anschauliche Erklärung für diese Erscheinung finden.

Nimmt man als Alkoholteilchen Erbsen und als Wasserteilchen Reiskörner, dann kann man ein bestimmtes Volumen Erbsen und ein bestimmtes Volumen Reis mischen. Das Volumen des Gemisches ist deutlich kleiner als die Summe der beiden Einzelvolumen (Bild 4b). Die Ursache dafür liegt darin, dass die Reiskörner die Lücken zwischen den Erbsen ausfüllen und damit die Teilchen insgesamt einen kleineren Raum einnehmen.
Dieser Vorgang vollzieht sich auch bei der Mischung von Alkohol und Wasser. Er geht dort aber bei den nicht sichtbaren Atomen bzw. Molekülen vonstatten.