Sexl Physik 8, Schulbuch

Kompetenzbereiche: Vertiefung und Wiederholung h69v4x Die Frage, ob das Planetensystem stabil ist, beunruhigte schon I saac N ewton : Er befürchtete, dass die gegenseitige Anziehung der Planeten die idealen Ellipsen- bahnen periodisch stören könnte und dass Planeten sogar aus dem Planetensystem hinausgeworfen werden könnten. Die Chaosforschung des 20. Jh. machte deutlich, dass sich das Verhalten vieler Systeme bereits bei kleinen Änderungen von Parametern schlagartig ändern kann. Obwohl die Gesetze der klassischen Physik deterministische Gesetze sind und der Zufall nicht berücksichtigt wird, sind bei vielen Systemen Vorhersagen auf längere Zeit nur mit großen Unsicherheiten möglich. Mit dem in der Öffentlichkeit stark beachteten Thema „chaotische Systeme“ leiste- te die Chaosforschung wichtige Beiträge zu vielen Disziplinen, darunter auch Me- dizin und Wirtschaftswissenschaften. Ihr Fortschritt steht im Zusammenhang mit der Meteorologie und wurde durch die Entwicklung der Computer gefördert. Wie steht es nun mit verlässlichen Vorhersagen? Beim Wetter sind seriöse Vorher- sagen, die mit großer Wahrscheinlichkeit zutreffen, auf 5 bis 7 Tage möglich. Die Bahnen der Planeten werden sich mit hoher Wahrscheinlichkeit in den nächsten 100 Mio. Jahren nicht wesentlich verändern. Im folgenden Kapitel soll an einfachen Beispielen deterministisches Chaos illust- riert werden. Interdisziplinäre Forschung in den Naturwissenschaften macht es möglich, das Wissen und die Arbeitstechniken verschiedenster Bereiche zur Beantwortung komplexer Fragen zu nutzen, die im Rahmen der einzelnen Disziplinen nicht be- antwortet werden können. In der Bionik und der Nanotechnologie arbeiten in Forschung und Entwicklung Experten und Expertinnen aus Physik, Informatik, Technik, Biologie und Chemie. Ihre Visionen haben bereits zum Teil Eingang in unseren Alltag gefunden oder sind dabei realisiert zu werden: Oberflächenbeschichtungen, die wie die Haifischhaut den Strömungswiderstand verringern, verhalfen zu neuen Schwimm-Weltrekorden (weshalb sie seit 2010 nicht mehr für Wettkämpfe zugelassen sind). Ähnliche Be- schichtungen auf Flugzeugflügeln werden künftig Treibstoff sparen. Handys könn- ten Gespräche in unterschiedliche Sprachen gleichzeitig übersetzen. Intelligente Autos können mit Sensoren den Verkehr beobachten und bei Gefahr eingreifen. Roboter können häusliche Arbeiten erledigen. Wie schnell sich unser Alltag vor al- lem durch die verbesserte Computerleistung verändert hat, zeigen etwa die Smart- phones: Ihre Rechenleistung entspricht jener von Großcomputern vor 20 Jahren, mit Kamera und anderen Sensoren ausgestattet können sie jedoch vielfältig und mobil genutzt werden. Die Materialwissenschaft erforscht, wie Werkstoffeigenschaften von der Struktur abhängen und wie gezielte Strukturveränderungen zur Herstellung neuer Werk- stoffe genutzt werden können. Beispiele aus diesem interdisziplinären Forschungs- bereich sind etwa „Biomaterialien“, die in der Medizin eingesetzt werden. Die phy- sikalischen und chemischen Eigenschaften solcher Materialien entscheiden über ihre Biokompatibilität, d. h. ihre Verträglichkeit mit dem menschlichen Körper. Interdisziplinäre Physik Links: In der Medizin ermöglichte die Zusammenarbeit mit der Biophysik, der Materialwissenschaft und der Computertechnik zahlreiche Entwicklungen in der Diagnostik und der Chirurgie. So wurden etwa künstliche Hände entwickelt, die amputierte Personen über das Nervensystem steuern können. Mitte: Verbesserte Implantate verschiedener Körperteile (etwa Augenlinsen, Hüftgelenke etc.) sind auf Entwicklungen in den Materialwissenschaften zurückzuführen. Rechts: Prothesen aus Kohlefasern ermöglichen Beinamputierten die Teilnahme an Wettkämpfen. 101 | Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv