Gutachten der DPG: Unterschied zwischen den Versionen

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Aufgrund dieser Zusammenhänge wird eine Oberflächenkraft oft als Flächenintegral über den Spannungstensor definiert, wobei in der Regel über eine '''offene Teilfläche''' zu integrieren ist. Orientiert man die Schnittfläche auf die andere Seite, also bezüglich des Nachbarkörpers, erhält man die Reaktionskraft im Sinne des dritten Newton'schen Gesetzes.
 
Aufgrund dieser Zusammenhänge wird eine Oberflächenkraft oft als Flächenintegral über den Spannungstensor definiert, wobei in der Regel über eine '''offene Teilfläche''' zu integrieren ist. Orientiert man die Schnittfläche auf die andere Seite, also bezüglich des Nachbarkörpers, erhält man die Reaktionskraft im Sinne des dritten Newton'schen Gesetzes.
   
==Impulsstrom==
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==Impulsstrom und Kraft==
Nimmt man den Impuls als primäre, vektorwertige, mengenartige Grösse, erscheinen die Newtonsche Gesetze als anitquierte und umständliche Formulierung eines Bilanzgesetzes für Spezialfälle und Themen wie die Relativitätstheorie, die Mechanik offener Systeme ([[Rakete]], [[Strahltriebwerk]], Turbinen und anderes) und die [[Kontinuumsmechanik]] können schnell und effizient erschlossen werden. Zudem erschliessen sich ganz neue Darstellungsmethoden, wie zum Beispiel das [[Flüssigkeitsbild]] oder das [[Impulsstrombild]]. Um solche Impulsstrombilder zu erzeugen, muss ein raumfestes Koordinatensystem eingeführt werden, damit die für jede der drei Komponenten ein eigenes Strombild generiert werden kann.
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Nimmt man den Impuls als primäre, vektorwertige, mengenartige Grösse, erscheinen die Newtonsche Gesetze als anitquierte und umständliche Formulierung eines Bilanzgesetzes für Spezialfälle. Themen wie die Relativitätstheorie, die Mechanik offener Systeme ([[Rakete]], [[Strahltriebwerk]], Turbinen und anderes) und die [[Kontinuumsmechanik]] können schneller und effizienter erschlossen werden, wenn man vom Impuls als Primärgrösse der Mechanik ausgeht. Zudem findet man ganz neue Darstellungsmethoden wie zum Beispiel das [[Flüssigkeitsbild]] oder das [[Impulsstrombild]]. Um Impulsstrombilder zu erzeugen, muss ein raumfestes Koordinatensystem eingeführt werden, damit für jede der drei Komponenten ein eigenes Strombild generiert werden kann.
   
Stein des Anstosses ist meist die Statik. Weil viele Leute Strom mit Bewegung gleich setzen, stolpern sie über das eigene Vorurteil. Strom und Bewegung sind nur bei konvektiven Transportvorgängen gekoppelt. Bei leitungsartigen Transporten wie elektrischer Strom im Kupferdraht, Wärmeleitung durch eine Kühlschranktüre oder Drehimpulstransport durch eine Antriebswelle ist keine Bewegung im Sinne der Mechanik feststellbar oder der Körper bewegt sich wie bei der Antriebswelle quer zur Transportrichtung. Schwingen über eine Feder verbundene Gleiter im Gegentakt auf der Luftkissenbahn, fliesst ein Impulswechselstrom durch die Feder, ohne dass sich diese in die eine oder die andere Richtung bewegt ('''Video:''' [http://www.youtube.com/watch?v=5EfcO8w57xg Gibt es Impulsströme])
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Stein des Anstosses in Bezug auf den Impulsstrom ist meist die Statik. Weil in der Alltagssprache Strom mit Bewegung gleich gesetzt wird, stolpert man oft über das eigene Vorurteil. Strom und Bewegung sind nur bei konvektiven Transportvorgängen gekoppelt. Bei leitungsartigen Transporten wie elektrischer Strom im Kupferdraht, Wärmeleitung durch eine Wand oder Drehimpulstransport durch eine Antriebswelle ist in Stromrichtng direkt keine Bewegung im Sinne der Mechanik feststellbar. Schwingen zum Beispiel zwei über eine Feder verbundene Gleiter im Gegentakt auf der Luftkissenbahn hin und her, fliesst ein Impulswechselstrom durch die Feder, ohne dass sich diese in die eine oder die andere Richtung bewegt ('''Video:''' [http://www.youtube.com/watch?v=5EfcO8w57xg Gibt es Impulsströme])
   
Oft fehlt es auch an klaren Begriffen. Ein Strom bezeichnet einen Transportvorgang, eine [[Stromdichte]] beschreibt die lokale Stärke (Menge pro Zeit und pro Fläche) und eine Stromstärke beschreibt die Stärke eines Stromes bezüglich einer orientierten [[Referenzfläche]]. Die Stromstärke berechnet sich aus der Stromdichte durch Integration über die ausgewählte, offene Referenzfläche. Bezogen auf die Elektrizitätslehre fliesst ein Strom von Knoten A zu Knoten B und wird mit der Stromstärke ''I'' gemessen. Üblicherweise erwähnt man bei solchen Problemen weder die Stromdichte noch die Referenzfläche, sondern malt einfach nur einen Strombezugspfeil hin.
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Oft fehlt es auch an klaren Begriffen. Ein Strom bezeichnet einen Transportvorgang, eine [[Stromdichte]] die lokale Stärke (Menge pro Zeit und pro Fläche) und eine Stromstärke die pro Zeiteinheit transportierte Menge gemessen an einer orientierten [[Referenzfläche]]. Die Stromstärke berechnet sich aus der Stromdichte durch Integration über die meist offene Referenzfläche. In einem elektrischen Netzwerk fliesst ein Strom von Knoten A zu Knoten B und wird mit der Stromstärke ''I'' gemessen. Üblicherweise erwähnt man bei solchen Problemen weder die Stromdichte noch die Referenzfläche, sondern bezieht die Stromstärke auf einen Strombezugspfeil.
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[[Flüssigkeitsbild]], [[Impulsstrombild]] und Kraft- oder [[Schnittbild]] sind drei mögliche Darstellungsformen für mechanische Prozesse. Mit diesen drei Bildern kann man viele Vorgänge umfassend und widerspruchsfrei erklären ('''Video:''' [http://www.youtube.com/watch?v=RGLocnPH5u0 drei Biler].Leider sind im deutschen Sprachraum viele Physik-Lehrbücher auf dem Markt, bei denen Kräfte fehlen oder falsch eingezeichnet sind ('''Video:''' [http://www.youtube.com/watch?v=ymQ-WGVph0k Perversion in der Physik]).
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=="Gutachten"==
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Eine umfassende Analyse des Gutachtens lohnt sich kaum, weil es mit zweifelhafter Absicht geschrieben und dermassen stümperhaft verfasst worden ist, dass die DPG noch jahrelang Vergangenheitsbewältigung wird betreiben müssen. Die nachfolgende Liste führt ein paar Punkte zum Thema Impulsstrom auf
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*''Verwendung von Impulsstrom anstelle von Kraft führt auf widersprüchliche z.T. falsche Aussagen''. Aufgrund einiger Aussagen der Experten, den in die Bilder des KPK hinein gezeichneten Kraftpfeile und anhand von Büchern und Skripten, welche einzelne Experten heraus gegeben haben, kommt man zur Einsicht, dass die Experten selber den Kraftbegriff der Mechanik nicht verstanden haben.
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*''Wenn man die Lage des Koordinatensystems nicht kennt, kann man auch nicht die Richtung des KPK-Impulsstroms festlegen.'' Impulsströme sind bildhafte Darstellungen des Impulstransportes durch das Material. Weil der Impuls eine vektorwertige Grösse ist und damit die Impulsstromdichte als Tensor 2. Stufe formuliert werden muss, braucht es für die konkrete Darstellung ein Koordinatensystem. Die quantenmechanische Wellenfunkton kann man ja auch im Schrödinger- oder im Heisenbergbild darstellen.
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*''Aber da zu jeder Kraft auch eine entgegengesetzte gleich starke Gegenkraft gehört (actio = reactio) und diese beiden vollständig symmetrisch sind, können Kraftmesser prinzipiell keine Richtung auszeichnen.'' Neuere Kraftmesser können Zug- und Druckkräfte messen. Also ist die Richtung des Impulsstromes eindeutig messbar (relativ zum Koordinatensystem). Der unangebrachte Hinweis auf das dritte Newton'sche Gesetz lässt den Verdacht aufkommen, dass die Experten auch das nicht verstanden haben. Dieser Verdacht erhärtet sich, wenn man das Papier "Ergänzende Bemerkungen zum DPG-Gutachten über den Karlsruher Physikkurs" desselben Gremiums beizieht.
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*''Damit kann auch die Richtung des KPK-Impulsstroms willkürlich, d.h. unabhängig vom Geschehen im System allein durch eine neue Wahl des Koordinatensystems verändert werden.'' Das gilt nur für die Darstellung der drei Komponenten, nicht aber für die zugrunde gelegte Theorie. Das lokale Hooke'sche Gesetz, das die Impulsstromdichte mit dem Dehnung verknüpft, lässt sich koordinatenfrei formulieren.
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*''Deshalb ist die vom KPK eingeführte Richtung des Impulsstroms eine willkürlich festgelegte Konvention, der keine objektive Realität zukommt:
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Es gibt diesen Strom in der Natur nicht.'' Der Zusammenhang zwischen Koordinatensystem und Darstellungsform, der übrigens auch die kinematischen Grössen wie Geschwindigkeit und Beschleunigung betrifft, sobald man diese Grössen in Komponenten aufteilt, berechtigt noch lange nicht, dem Impulsstrom jegliche Existenz abzusprechen. Bei naturwissenschaftlich begründeten Grössen geht es ja nicht um "Realität", sondern um Konsistenz, Kohärenz und Relevanz.
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Die Experten der DPG haben im Teil "Impulsstrom" eigentlich nur gezeigt, dass sie selber nichts, aber auch gar nichts von Mechanik verstehen.
   
 
==Wärme==
 
==Wärme==

Version vom 25. März 2015, 21:02 Uhr

Sachverhalt

Am 12. Februar 2013 hat die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) ein "Gutachten" über den Karlsruher Physikkurs (KPK) verfasst und auf ihrer Webseite aufgeschaltet. Dieses Gutachten wurde von erbitterten Gegnern des KPK initiiert und sehr wahrscheinlich auch verfasst. Mit diesem "Gutachten" sollte der KPK vollständig aus den Schulstuben verbannt werden. Dementsprechend hart ist auch das Fazit verfasst

Version vom 12. Februar 2013: Der KPK ist als Grundlage eines physikalischen Unterrichts ebenso ungeeignet wie als Leitlinie zur Formulierung physikalsicher Lehr- und Bildungspläne. Die Deutsche Physikalische Gesellschaft rät mit allem Nachdruck davon ab, den KPK in der physikalischen Ausbildung zu verwenden.

Version vom 28. Februar 2013: Der KPK ist als Grundlage eines physikalischen Unterrichts ebenso ungeeignet wie als Leitlinie zur Formulierung physikalsicher Lehr- und Bildungspläne. Wir empfehlen der Deutschen Physikalische Gesellschaft, mit allem Nachdruck dafür einzutreten, dass der KPK nicht in der physikalischen Ausbildung verwendent wird.

Vergleicht man die beiden Versionen und berücksichtigtd dabei, dass Vorstandsmitglieder gleichzeitig als "Gutachter" gewirkt haben, wird sofort klar, welch abgekartetes Spiel da getrieben worden ist. Im Gutachten werden drei Punkte aus dem KPK aufgegriffen und kritisiert:

  1. Begriff des Impulsstromes in der Mechanik
  2. Entropie und Wärme in der Thermodynamik
  3. Magnetische Ladungen und der Begriff des Vakuums in der Elektrodynamik

In einem weiteren Punkt wird noch die mangelnde Anschlussfähigkeit des KPK bezüglich eines technisch oder naturwissenschaftlich ausgerichteten Studiums moniert. Weil die Systemphysik nur von den ersten beiden Punkten betroffen ist, werden nachfolgend auch nur die zwei kritisch hinterfragt.

Impulsbilanz

Der Impuls ist eine vektorwertige mengenartige Grösse, die lokal bilanzierbar ist. Nun kann Impuls durch die Materie (leitungsartig), über Felder (feld- oder strahlungsartig) sowie zusammen mit Materie (konvektiv), transportiert werden. Den Impulsaustausch zwischen Materie und Felder beschreibt man mit Quellen und Senken. Betrachtet man ein Stück Materie, das mit dem Gravitationsfeld in Kontakt steht, besagt die lokale Impulsbilanz, dass die Divergenz der leitungsartigen plus die Divergenz der konvektiven Impulsstromdichte plus die Änderungsrate der Impulsdichte gleich der gravitativen Impulsquellendichte ist

[math]j_{p_{ij,j}}+j_{{p}_{ij,j}}^{conv}+\varrho_{p_{i,t}}=\sigma_{p_i}[/math]

i = x, y, z mit der Einstein-Konvention, wonach über gleiche Indices zu summieren ist und eine Komma vor dem Index die partielle Ableitung bedeutet. Die negative, leitungsartige Impulsstromdichte ist der Spannungstensor. Die konvektive Impulsstromdichte ist Massendichte mal das Tensorprodukt der Geschwindigkeit, die Impulsdichte ist Massendichte mal Geschwindigkeit und die Impulsquellendichte ist Massendichte mal Graviatationsfeldstärke

[math]-\sigma_{ij,j}+(\varrho v_iv_j)_j+(\varrho v_i)_{,t}=\varrho g_i[/math]

Als Nebenbedingungen kann man noch die Massenbilanz formulieren

[math](\varrho v_j)_j+\varrho_{,t}=0[/math]

und in die Impulsbilanz einfügen

[math]-\sigma_{ij,j}+\varrho v_jv_{i,j}+\varrho v_{i,t}=\varrho g_i[/math]

Ersetzt man nun noch den Spannungstensor mit Hilfe des linear-viskosen Materialgesetzes, erhält man die Navier-Stokes-Gleichung.

Die lokale Impulsbilanz kann nun bezogen auf ein raumfestes oder ein materiefestes Bilanzgebiet aufintegriert werden. Nimmt man ein materiefestes Bilanzgebiet und integriert die lokale Bilanz über das Volumen eines Körpers, erhält man nach Anwendung des Satzes von Gauss die Impulsbilanz bezüglich dieses Körpers

[math]\dot{\vec p} = m\dot{\vec v}_{MMP}=\vec{F_{Res}}^{OF}+\vec{F_G}[/math]

Die Impulsänderungsrate ist gleich Mass mal Beschleunigung des Massenmittelpunkts, die resultierende Oberflächenkraft ergibt sich aus dem Spannungstensor durch Integration über die ganze Oberfläche, der konvektive Impulsstrom verschwindet und die Gewichtskraft ist gleich der Gravitationsfeldstärke mal das Volumenintegral über die Massendichte. Oft tauscht ein Körper gleichzeitig mit mehreren andern Körpern Impuls aus. Der Spannungstensor ist dann stückweise über jede einzelne Berührfläche zu den Nachbarkörpern zu integrieren. Die Impulsbilanz oder das zweite Newton'sche Gesetz nimmt damit folgende Form an

[math]m\dot{\vec v}_{MMP}=\sum_i \vec{F_i}+\vec{F_G}[/math]

Aufgrund dieser Zusammenhänge wird eine Oberflächenkraft oft als Flächenintegral über den Spannungstensor definiert, wobei in der Regel über eine offene Teilfläche zu integrieren ist. Orientiert man die Schnittfläche auf die andere Seite, also bezüglich des Nachbarkörpers, erhält man die Reaktionskraft im Sinne des dritten Newton'schen Gesetzes.

Impulsstrom und Kraft

Nimmt man den Impuls als primäre, vektorwertige, mengenartige Grösse, erscheinen die Newtonsche Gesetze als anitquierte und umständliche Formulierung eines Bilanzgesetzes für Spezialfälle. Themen wie die Relativitätstheorie, die Mechanik offener Systeme (Rakete, Strahltriebwerk, Turbinen und anderes) und die Kontinuumsmechanik können schneller und effizienter erschlossen werden, wenn man vom Impuls als Primärgrösse der Mechanik ausgeht. Zudem findet man ganz neue Darstellungsmethoden wie zum Beispiel das Flüssigkeitsbild oder das Impulsstrombild. Um Impulsstrombilder zu erzeugen, muss ein raumfestes Koordinatensystem eingeführt werden, damit für jede der drei Komponenten ein eigenes Strombild generiert werden kann.

Stein des Anstosses in Bezug auf den Impulsstrom ist meist die Statik. Weil in der Alltagssprache Strom mit Bewegung gleich gesetzt wird, stolpert man oft über das eigene Vorurteil. Strom und Bewegung sind nur bei konvektiven Transportvorgängen gekoppelt. Bei leitungsartigen Transporten wie elektrischer Strom im Kupferdraht, Wärmeleitung durch eine Wand oder Drehimpulstransport durch eine Antriebswelle ist in Stromrichtng direkt keine Bewegung im Sinne der Mechanik feststellbar. Schwingen zum Beispiel zwei über eine Feder verbundene Gleiter im Gegentakt auf der Luftkissenbahn hin und her, fliesst ein Impulswechselstrom durch die Feder, ohne dass sich diese in die eine oder die andere Richtung bewegt (Video: Gibt es Impulsströme)

Oft fehlt es auch an klaren Begriffen. Ein Strom bezeichnet einen Transportvorgang, eine Stromdichte die lokale Stärke (Menge pro Zeit und pro Fläche) und eine Stromstärke die pro Zeiteinheit transportierte Menge gemessen an einer orientierten Referenzfläche. Die Stromstärke berechnet sich aus der Stromdichte durch Integration über die meist offene Referenzfläche. In einem elektrischen Netzwerk fliesst ein Strom von Knoten A zu Knoten B und wird mit der Stromstärke I gemessen. Üblicherweise erwähnt man bei solchen Problemen weder die Stromdichte noch die Referenzfläche, sondern bezieht die Stromstärke auf einen Strombezugspfeil.

Flüssigkeitsbild, Impulsstrombild und Kraft- oder Schnittbild sind drei mögliche Darstellungsformen für mechanische Prozesse. Mit diesen drei Bildern kann man viele Vorgänge umfassend und widerspruchsfrei erklären (Video: drei Biler.Leider sind im deutschen Sprachraum viele Physik-Lehrbücher auf dem Markt, bei denen Kräfte fehlen oder falsch eingezeichnet sind (Video: Perversion in der Physik).

"Gutachten"

Eine umfassende Analyse des Gutachtens lohnt sich kaum, weil es mit zweifelhafter Absicht geschrieben und dermassen stümperhaft verfasst worden ist, dass die DPG noch jahrelang Vergangenheitsbewältigung wird betreiben müssen. Die nachfolgende Liste führt ein paar Punkte zum Thema Impulsstrom auf

  • Verwendung von Impulsstrom anstelle von Kraft führt auf widersprüchliche z.T. falsche Aussagen. Aufgrund einiger Aussagen der Experten, den in die Bilder des KPK hinein gezeichneten Kraftpfeile und anhand von Büchern und Skripten, welche einzelne Experten heraus gegeben haben, kommt man zur Einsicht, dass die Experten selber den Kraftbegriff der Mechanik nicht verstanden haben.
  • Wenn man die Lage des Koordinatensystems nicht kennt, kann man auch nicht die Richtung des KPK-Impulsstroms festlegen. Impulsströme sind bildhafte Darstellungen des Impulstransportes durch das Material. Weil der Impuls eine vektorwertige Grösse ist und damit die Impulsstromdichte als Tensor 2. Stufe formuliert werden muss, braucht es für die konkrete Darstellung ein Koordinatensystem. Die quantenmechanische Wellenfunkton kann man ja auch im Schrödinger- oder im Heisenbergbild darstellen.
  • Aber da zu jeder Kraft auch eine entgegengesetzte gleich starke Gegenkraft gehört (actio = reactio) und diese beiden vollständig symmetrisch sind, können Kraftmesser prinzipiell keine Richtung auszeichnen. Neuere Kraftmesser können Zug- und Druckkräfte messen. Also ist die Richtung des Impulsstromes eindeutig messbar (relativ zum Koordinatensystem). Der unangebrachte Hinweis auf das dritte Newton'sche Gesetz lässt den Verdacht aufkommen, dass die Experten auch das nicht verstanden haben. Dieser Verdacht erhärtet sich, wenn man das Papier "Ergänzende Bemerkungen zum DPG-Gutachten über den Karlsruher Physikkurs" desselben Gremiums beizieht.
  • Damit kann auch die Richtung des KPK-Impulsstroms willkürlich, d.h. unabhängig vom Geschehen im System allein durch eine neue Wahl des Koordinatensystems verändert werden. Das gilt nur für die Darstellung der drei Komponenten, nicht aber für die zugrunde gelegte Theorie. Das lokale Hooke'sche Gesetz, das die Impulsstromdichte mit dem Dehnung verknüpft, lässt sich koordinatenfrei formulieren.
  • Deshalb ist die vom KPK eingeführte Richtung des Impulsstroms eine willkürlich festgelegte Konvention, der keine objektive Realität zukommt:

Es gibt diesen Strom in der Natur nicht. Der Zusammenhang zwischen Koordinatensystem und Darstellungsform, der übrigens auch die kinematischen Grössen wie Geschwindigkeit und Beschleunigung betrifft, sobald man diese Grössen in Komponenten aufteilt, berechtigt noch lange nicht, dem Impulsstrom jegliche Existenz abzusprechen. Bei naturwissenschaftlich begründeten Grössen geht es ja nicht um "Realität", sondern um Konsistenz, Kohärenz und Relevanz.

Die Experten der DPG haben im Teil "Impulsstrom" eigentlich nur gezeigt, dass sie selber nichts, aber auch gar nichts von Mechanik verstehen.

Wärme

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