Physik lernen wie mit LEGO spielen

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Die Physik ist eine Wissenschaft, die es ermöglicht, Situationen und Entwicklungen von Systemen in der realen Welt zu beschreiben. Sie basiert auf messbaren Größen und Gleichungen, die sie in Beziehung setzen und deren Berechnung und damit Prognose ermöglichen. Jede Variable ist wie ein LEGO-Stück, das zu Gleichungen zusammengesetzt wird, die einem Funktionselement entsprechen. Die verschiedenen Gleichungen permutieren zu einem Modell, das analog zu einem LEGO-Spielzeug ist, das auf verschiedene Weise verwendet werden kann. Die Nutzungsformen entsprechen den möglichen Berechnungen, die mit unterschiedlichen Konstellationen gegebener Daten und notwendigen Zwischenrechnungen durchgeführt werden können. Die Nutzungsformen entsprechen dem, was wir in der Physik Problemlösung nennen.

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Die Analogie

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Wir können eine Analogie zwischen einer realen Situation und einem LEGO-Spielzeug herstellen.

Die Analogie zwischen der Realität in Form einer Reise und einem LEGO-Spielzeug

Die reale Situation wird durch Variablen und Gleichungen beschrieben, die sie zuordnen.

Das LEGO Spielzeug durch seine Steine und Teile, die zusammengesetzt werden, um das Modell zu bilden.

Jeder Baustein entspricht somit einer Variablen, die wie Gleichungen verschiedene Teile verbindet.

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Die Variablen

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Wenn die Modellierung eines fahrenden Fahrzeugs betrachtet wird, müssen die Anfangsposition $s_0$ und die endgültig erreichte Position $s$ eingegeben werden:

Die Analogie zwischen Variablen und LEGO-Steinen

Innerhalb der Analogie ist jeder Variablen ein LEGO-Stein zugeordnet. Da es sich um unterschiedliche Variablen handelt, werden sie in diesem Fall durch ihre Farbe unterschieden.

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Die Gleichungen

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Innerhalb des Modells ist es sinnvoll, den zurückgelegten Weg $\Delta s$ zu berechnen.

Dazu muss ein neuer LEGO-Stein in die Analogie eingeführt werden.

Die Analogie zwischen Gleichungen und LEGO-Sets

Für seine Berechnung muss die entsprechende Gleichung definiert werden, die in diesem Fall entspricht

$\Delta s = s - s_0$

In unserer Analogie werden LEGO-Steine verbunden, um die erste Einheit unseres Modells zu bilden.

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Die Zeit

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Um die Bewegung in unserem Modell zu beschreiben, ist es notwendig, die Zeit einzuführen.

Analog zur Position muss eine Startzeit $t_0$, die Endzeit $t$ und die abgelaufene Zeit $\Delta t$ eingegeben werden.

Jede der Variablen entspricht einem LEGO-Stein, der im Bild dargestellt ist:

Die Einführung der Zeit und die Analogie zu LEGO

Zusätzlich muss die verstrichene Zeit eingegeben werden, die eine Gleichung der Form ist

$\Delta t = t - t_0$

Diese wiederum stellt in der Analogie eine neue Einheit des LEGO-Modells dar.

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Die Geschwindigkeit

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Um vorherzusagen, wie sich das Fahrzeug bewegen wird, müssen Sie die Geschwindigkeit eingeben.

Diese ist definiert als das Verhältnis der zurückgelegten Strecke zur verstrichenen Zeit.

Innerhalb der Analogie werden die Steine des zurückgelegten Weges mit denen der verstrichenen Zeit genommen und auf einen neuen Stein montiert, der die Geschwindigkeit darstellt:

Die Analogie für die Einführung von Geschwindigkeit

Somit wird die dritte Gleichung eingeführt

$v = \displaystyle\frac{\Delta s}{\Delta t}$

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Alle Gleichungen

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Wenn Sie mit dem Zusammenbau des LEGO-Modells fertig sind, erhalten Sie zusätzliche Beziehungen, die anderen Beschreibungen von Steingruppen entsprechen.

Auf diese Weise wird das Modell durch die bereits definierten fünf Variablen und durch insgesamt vier Gleichungen repräsentiert:

Satz aller Gleichungen

Der mittlere Teil zeigt die zusätzliche Gleichung, die sich aus dem Zusammenbau des vollständigen Modells ergibt.

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Das Model

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Schließlich haben wir das vollständige Modell, dh die Variablen und die Gleichungen, die sie verknüpfen.

Innerhalb der Analogie gibt es praktisch eine Art Bauanleitung eines LEGO-Modells, in der die benötigten Steine und die zu bauenden Elemente aufgelistet sind.

Anleitung des Modells im LEGO-Stil

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