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

108 5 Entwicklung eines Gesamtkonzeptes zur Kinematik und Dynamik
im mathematischen Sinn noch ein Gesetz, also auch nicht verifizierbar (Kuhn, 2001, S. 219). Wenn
man annimmt, dass „Masse“ bereits definiert ist (NEWTON definierte sie atomistisch (Stegmüller,
1970, S. 135).), dann definiert das zweite newtonsche Axiom, was „Kraft“ ist – zunächst ohne Bezug
zu irgendwelchen Naturphänomenen. Der Sinn dieser Definition muss sich dann in Anwendungen
zeigen. Auch ATKINS (1986, S. 88 f.) sieht das zweite newtonsche Bewegungsgesetz nur als
präzise Definition des Begriffes „Kraft“, d.h. als anderen Namen für das Produkt aus Masse und
Beschleunigung (Für NEWTON dagegen waren Kräfte physikalische Realität). Diese „leere Hülse“
füllt sich erst durch Hinzunahme von speziellen Kraftgesetzen mit wertvollem Inhalt (Kuhn, 2001,
S. 219). DIJKSTERHUIS nennt diese moderne Auffassung „nominalistisch“ im Gegensatz zur „realistischen“
Auffassung NEWTONs (Dijksterhuis, 1983, S. 530). Es wurde versucht, die logischen Unzulänglichkeiten
der newtonschen Axiomatik zu beheben. WESTPHAL (1967, S. 558 f.) unterscheidet
dazu zwei Möglichkeiten, die Dynamik aufzubauen: Beim induktiven Aufbau steht das Wechsel-
� �
wirkungsgesetz m1
⋅ a1
= −m2
⋅ a2
als Naturgesetz am Anfang, worüber die Masse definiert wird, und
Kraft wird als Produkt von Masse und Beschleunigung definiert. Beim deduktiven Aufbau steht
� �
F = m⋅
a als Axiom am Anfang, wobei man sich noch Gedanken über die Additivität von Massen
� �
und Kräften machen muss. In beiden Fällen ist F = m⋅
a nicht beweisbar und kein Gesetz.
Eine genauere wissenschaftstheoretische Untersuchung der drei newtonschen Gesetze findet sich
bei STEGMÜLLER (1970, S. 110 - 138), der der Frage nachgeht, ob es sich bei den drei Gesetzen um
Tatsachenbehauptungen oder um Festsetzungen handelt. STEGMÜLLER fasst zusammen: „In allen
wichtigeren und interessanteren Theorien sind die Rollen von Festsetzungen und hypothetischen
Annahmen weitgehend vertauschbar. […] die endlosen Diskussionen über Fragen wie die, ob das
zweite Newtonsche Bewegungsgesetz auf eine Nominaldefinition des Begriffes der Kraft hinauslaufe
oder ob es sich dabei um eine theoretische Hypothese handle, [sind] unfruchtbar […], weil diese
Frage überhaupt nicht eindeutig beantwortet werden kann.“ (S. 111). Eine Deutung eines Gesetzes
als Definition/Konvention ist demnach möglich, wenn andere, als Konvention geltende Sätze eine
empirische Deutung bekommen, also andere empirische oder theoretische Tatsachenhypothesen
vorausgesetzt werden.
In der Mittelstufe wird heute „Kraft“ sinnvollerweise nicht mehr über die Statik, sondern dynamisch
eingeführt. Entsprechend dem zweiten newtonschen Axiom wird in den meisten Schulbüchern definiert,
dass jede Einwirkung auf einen Körper, die dessen Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung
ändert, als „Kraft“ bezeichnet wird (Eigentlich ist es immer ein anderer Körper der einwirkt, Kraft
ist nur ein Maß für die Stärke der Einwirkung). Anschließend wird ungeschickterweise ausführlich
die Statik behandelt, was Fehlvorstellungen festigt (eine Übersicht der dadurch bedingten Fehlvorstellungen
gibt WODZINSKI (1996, S. 53 f.)). Schließlich werden auch Reibungskräfte behandelt.
Den Schülern bleibt sicher eher in Erinnerung, dass Kraft mit einem Federkraftmesser gemessen
wird als die dynamische Definition über die Beschleunigung. In der elften Klasse wird Kraft dann
im traditionellen Vorgehen als etwas Bekanntes angenommen und der Zusammenhang mit der Beschleunigung
aufgezeigt. Als Ergebnis erhält man ein Gesetz. Dies wird heute kritisiert und gefor-