Physik

Die Physik ist die Grundlage sämtlicher Ingenieurswissenschaften, wie Maschinenbau, Elektrotechnik, Chemie, Bautechnik, usw..

Ihre Sprache ist die der Logik – also der Mathematik. Diese Sprache stellt eine unerhörte Verdichtung der gewonnenen Erkenntnisse dar, gemäß dem Motto: „Ein Bild sagt mehr als tausend Worte und eine Formel sagt mehr als tausend Versuche.“

Warum ist die Welt so wie sie ist?

In der Antike war Physik Teil der Philosophie. Die ersten Universitäten Europas nannten 7 freie Künste in ihren Curricula: Logik, lateinische Grammatik, Rhetorik, Geometrie, Arithmetik, Astronomie und Musik.

Die fortlaufende Entwicklung der Mathematik und der Technik führten im 17. Jahrhundert zu einem Meilenstein in der Entwicklungsgeschichte der Naturwissenschaften:
Die Himmelsmechanik der „Wandelsterne“ (Planeten) entpuppte sich gleichsam als mathematisch vorhersehbares Räderwerk. Das Jahrtausende geltende (dogmatische) Weltbild mit der Erde als Zentrum des Universums musste aufgegeben werden. Mit Hilfe des neuen Rechen-Modells der Himmelsmechanik konnte man später aus den Bahnabweichungen des Uranus sogar einen neuen Planeten („Neptun“) und dessen genaue Position erfolgreich vorhersagen. Die Natur scheint also überall und jederzeit im Universum streng logisch und vorhersehbar bestimmten Naturgesetzen zu folgen!

Die Astronomie umfasste nun neben der Mechanik auch die Optik. Die Suche nach den Gesetzmäßigkeiten der Zustands- und Prozessgrößen bei Gasen (Thermodynamik) half der Optimierung und Weiterentwicklung von Wärmekraftmaschinen (Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren) und wenig später führte die Entdeckung der Elektrizität zu einer neuen Disziplin; der Elektrodynamik.
Die „klassische Physik“ (Weltbild um 1900) war geboren.

Schul-Physik

Physik ist in der Ausbildungsrichtung Technik als Profilfach 1 eingestuft. Daher ist es ein Prüfungsfach, sowohl im Fachabitur (Fachhochschulreife) als auch für die fachgebundene Hochschulreife.

Eng verwandt ist Physik mit dem eher anwendungsorientierten und der Praxis zugeneigten Fach „Technologie“.

Lerninhalte FOS

Vorklasse (10. Jahrgangsstufe)

In der Vorklasse (10. Jahrgangsstufe) werden Lernbereiche aus der Sekundarstufe 1 unterrichtet. Dies sind die Grundlagen der Mechanik I + II, Elektrotechnik und Wärmelehre.
Absolventen der Mittelschule ist der Besuch der Vorklasse dringend empfohlen.

Ziel ist die Vermittlung von handwerklichen Fähigkeiten, wie das zügige Umformen von Formeltermen, das nachvollziehbare Dokumentieren eines Rechenwegs, das Umrechnen von Einheiten und das Formulieren von logischen Schlussfolgerungsketten.

11. Jahrgangsstufe

In der 11. Jahrgangsstufe der FOS werden anhand von Alltagsbeispielen die Grundlagen der Mechanik vermittelt. Es beginnt mit der Beschreibung von Bewegungen und deren Ursache. Die physikalischen Größen Arbeit, Energie und Impuls schließen sich an.

Zusätzlich führen die Schüler und Schülerinnen im Physikalischen Praktikum in Partnerarbeit Experimente selbst durch und werten ihre Ergebnisse aus. Geübt werden soll das Planen, Durchführen und das grafische oder rechnerische Auswerten von Experimenten.

Die Physik der 11. Klasse beginnt bei Null, d.h. es sind kaum Physik-Kenntnisse aus der Sekundarstufe I notwendig. Für interessierte Schüler ist es eine echte Chance für einen „Neubeginn“.

12. Jahrgangsstufe

In der 12. Jahrgangsstufe der FOS werden die Kreisbewegung, Gravitation, Mechanische Schwingungen, elektrisches und magnetisches Feld und mechanische Wellen behandelt.

Aufbauend auf den Grundlagen der 11. Klasse können Fragen beantwortet werden wie, z.B.:

Wie viele Sonnenaufgänge sieht man auf der Internationalen Raumstation in 24 Stunden?
Wie funktioniert ein Elektromotor im Prinzip und welche Kräfte wirken?
Wie beschreibt man Kraftfelder?
Wovon hängt die Spannung und der Strom eines elektrischen Generators ab?
Wie kommt eine „stehende Welle“ zustande?

13. Jahrgangsstufe

In der 13. Jahrgangsstufe der FOS bzw. BOS sind elektromagnetische Schwingungen und Wellen, relativistische Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern, der Welle-Teilchen Dualismus, die Grundlagen der Quanten- und Atomphysik, sowie zum Schluss die Grundlagen der Kernphysik Gegenstand des Unterrichts.

Die klassische Physik, wie wir sie in der 12. Klasse kennengelernt haben, hat nur einen eingeschränkten Geltungsbereich. Wir entdecken nun die „moderne Physik“, die unser Weltbild mehrfach auf den Kopf stellt. Es sind die Forschungsthemen des 20. und 21. Jahrhunderts, die uns tiefere Einblicke in das Regelwerk der Natur eröffnen.

Die Physik der 13. Klasse beschäftigt sich u.a. mit: