Konzeption und Evaluation eines Kinematik/Dynamik-Lehrgangs zur ...

5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik 107
sondern stellen ein verwobenes Geflecht von Ideen dar. Um ein Bezugssystem zu finden, in dem
das erste Axiom gilt, braucht man z.B. eine Definition von Kräftefreiheit, die man durch das zweite
Axiom bekommt (Wodzinski, 1996, S. 36). Aus dem zweiten Axiom lässt sich aus unserer heutigen
Sicht das erste Axiom ableiten, so dass man nach dem Sinn des ersten Axioms fragen kann (siehe
z.B. Mach, 1921, und Dijksterhuis, 1983, S. 522). Für NEWTON (nicht für uns) sagt das zweite Axiom,
dass für eine Impulsänderung die Wirkung einer Kraft hinreichend ist (die Folge einer Kraftwirkung
ist Impulsänderung), während das erste Axiom feststellt, dass sie auch notwendig ist (von
Impulsänderung kann man auf Kraft schließen), d.h. der Impuls nicht von selbst abnehmen kann
(Kuhn, 2001, S. 220; Dijksterhuis, 1983, S. 529). NEWTON setzte Kraft und Impulsänderung auch
nicht gleich, sondern erst LEIBNIZ forderte, dass Ursache und Wirkung zahlenmäßig und dem Wesen
nach gleich sein sollen (Treitz, 2003, S. 100). Heute wird es aufgrund unseres heutigen Wissens
über Raum und Zeit und aufgrund einer Auffassung vom zweiten Axiom als Definition häufig so
gesehen, dass das erste Axiom für uns nur die Aufgabe hat, ein Inertialsystem zu finden, in dem
dann das zweite Axiom gilt; das erste Axiom ist also heute eine Umschreibung der Definition der
Inertialsysteme (einen Überblick über mögliche Interpretationen des ersten newtonschen Gesetzes
gibt STEGMÜLLER (1970, S. 118 - 129)). Da Bezugssysteme in diesem Konzept aber kaum explizit
behandelt und insbesondere Inertialsysteme nicht behandelt werden, macht es keinen Sinn, erst das
erste Axiom zu unterrichten. Es wurde entschieden, dass erste Axiom als Spezialfall des zweiten zu
behandeln (Stegmüller, 1970, S. 138).
Eine andere Frage ist, ob es sich bei den drei Aussagen - speziell der zweiten - um Axiome, Definitionen
oder beweisbare Gesetze handelt bzw. wie sie im Unterricht eingeführt werden sollen. Zu
NEWTONs Zeiten wurde in der physikalischen Begriffsbildung noch nicht klar zwischen beweisbaren
Gesetzen und nicht beweisbaren Definitionen unterschieden (Westphal, 1967, S. 561) und auch
NEWTON hat sich nicht klar geäußert, ob die Grundgleichung der Mechanik als ein Axiom, Gesetz
oder eine Definition verstanden werden soll (Kuhn, 2001, S. 219). Da in NEWTONs vorausgehenden
Definitionen und in den Axiomen, die er Gesetze nennt, aus der heutigen Sicht (nicht aus NEWTONs
Sicht) z.T. ein und dieselbe Eigenschaft mechanischer Vorgänge mehrmals formuliert - in den Definitionen
und den Gesetzen - erscheint (Mach, 1921, S. 237 – 243; Dijksterhuis, 1983, S. 522;
Kuhn, 2001, S. 220), sagt es für uns wenig aus, wenn NEWTON von Gesetzen spricht. In der Forschergemeinschaft
der damaligen Zeit war „Kraft“ noch ein Clusterbegriff, während NEWTON einen
bestimmten Aspekt dieses Clusters verwendete statt besser einen neuen Begriff zu erfinden
(Dijksterhuis, 1983, S. 520 f.). Das newtonsche Konzept wurde als mathematischer Formalismus
von der Forschergemeinschaft zwar anerkannt, aber die Suche nach einem adäquaten physikalischen
Kraftbegriff ging weiter (Schecker, 1985, S. 468). Erst durch die Quantifizierung des Energiebegriffs
und der Bestimmung des mechanischen Wärmeäquivalents in der Mitte des 19. Jahrhunderts
kam es zu einer bewussten Trennung zwischen den Begriffen „Kraft“ und „Energie“. „Der
abstrakte 'mathematische' Relationsbegriff Newtons ist zum physikalischen Kraftbegriff der klassischen
Physik geworden. Die Suche nach der 'physikalischen' Kraft führte zum Energiebegriff“
(Schecker, 1987, S. 473). Historisch gesehen hat also NEWTON mit seinen drei Axiomen festgelegt,
was wir heute unter „Kraft“ verstehen. Aus heutiger Sicht ist das zweite Axiom weder ein Axiom