Matter Interaction
Chabay, Sherwood
R. Chabay und B. Sherwood: Matter Interaction, Bd. 1: Modern mechanics, Bd. 2: Electric and Magnetic Interactions
John Wiley & Sons, Hoboken 2002. 464 S., 528 S. Broschiert,
ISBN 0-471-35491-0 bzw. 0-471-44255-0
Angesichts der großen Zahl von Lehrwerken für Studierende der Physik in den Anfangssemestern machen neue Darstellungen wohl nur dann Sinn, wenn sie wirklich innovativ sind. Zweifellos genügen die beiden Bände der Autoren vom ¿Center for Innovation in Learning¿ an der Carnegie Mellon University dieser anspruchsvollen Forderung. Chabay und Sherwood machen dabei nicht den Fehler, alle Darstellungen neu zu ¿erfinden¿. Sie greifen vielmehr überzeugende Vorschläge vor allem aus dem American Journal of Physics auf und integrieren damit didaktische Schätze in ihr Lehrwerk.
Dazu gehört z. B. der Entropiebegriff, der anhand eines einfachen Modells eines Festkörpers diskutiert wird (Einstein-Modell). Es besteht aus einer Kette von Atomen, die jeweils harmonisch um ihre Gleichgewichtslage schwingen können. Aufgrund des äquidistanten Abstands der Energieniveaus in den zugehörigen Potentialtöpfen lassen sich auf sehr anschauliche Weise q Quanten gleicher Energie auf N Töpfe verteilen. Dieses anschauliche Modell ermöglicht die geschlossene Darstellung des Themas Entropie auf elementare Weise. Mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms lässt sich auch die für Anfänger abstrakt anmutende Definition der Temperatur über die Ableitung der Entropie nach der Energie sowie die Boltzmann-Verteilung und die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität veranschaulichen.
Besonders wertvoll ist das Lehrwerk auch dadurch, dass Lernschwierigkeiten nicht ignoriert, sondern konsequent genutzt werden, um ein vertieftes Verständnis zu fördern. Dazu gehört z. B. das sperrige Thema des Zusammenhangs zwischen Energie und Arbeit. Mit einer Klarheit, die vielen anderen Lehrbüchern abgeht, wird gezeigt, dass die Beachtung der Systemgrenzen notwendig ist, um Fehler in der Argumentation zu vermeiden.
Scheinbar triviale Fragen ermöglichen den Zugang zu Grundsätzlichem: Wie ist es zum Beispiel möglich, beim Abspringen vom Boden dem Körper kinetische Energie zuzuführen, obwohl sich die Kontaktfläche der Füße während der Beschleunigungsphase nicht bewegt und daher (scheinbar) keine Arbeit verrichtet wird?
Zur Verdeutlichung der Konzepte werden grundlegende Vorgänge aus anderen Perspektiven betrachtet. Dazu gehört beispielsweise die Beschreibung des freien Falls mit Hilfe von Drehmoment und -impuls. Dies ist für Anfänger hilfreich, um mit diesen Begriffen vertraut zu werden.
Abgerundet wird das Werk durch kleine, aber wertvolle Hilfen: Beispielsweise wird durch die grafische Darstellung zwischen Kraftvektoren und deren Komponenten unterschieden. Eine große Zahl von gut ausgewählten Beispielaufgaben mit Lösung ermöglichen dem Leser eine rasche Kontrolle des Verständnisses. Außerdem werden ¿Desktop experiments¿ vorgeschlagen, die mit einfachen Mitteln oft grundlegende Einsichten ermöglichen.
Dr. Roland Berger, Physikdidaktik, Universität Kassel
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