Das
Wesen von Modellen
Ein Modell in der Physik ist ein ideelles
(gedankliches) oder materielles (gegenständliches)
Objekt, das als Ersatzobjekt
für ein Original genutzt wird.
Es ist eine Vereinfachung des Originals und damit der Wirklichkeit. In einigen
Eigenschaften stimmt das Modell mit dem Original überein, in anderen
nicht. Ein Modell ist weder richtig noch falsch, sondern nur für einen
bestimmten Zweck geeignet oder nicht geeignet.
Beispiele für Modelle sind das Modell Feldlinienbild, Atommodelle,
das Teilchenmodell oder Modelle von technischen Geräten.
Funktionen von Modellen
Modelle können unterschiedliche Funktionen erfüllen. Das hängt
von dem Zweck ab, für den man ein Modell nutzen will.
- Modelle sind ein Mittel zur Gewinnung neuer Erkenntnisse. Man kann
mithilfe eines Modells Erscheinungen erklären und voraussagen.
So kann man z. B. mit dem Teilchenmodell erklären, wie es zur Durchmischung
(Diffusion) zweier Flüssigkeiten kommt.
- Modelle sind ein wichtiges Mittel zur Veranschaulichung von Sachverhalten.
So kann man sich z. B. mithilfe des Modells Feldlinienbild eine Vorstellung
von der Struktur eines elektrischen oder eines magnetischen Feldes machen
(Bild 1).
- Modelle technischer Geräte ermöglichen es, den grundsätzlichen
Aufbau und die Wirkungsweise eines Gerätes vereinfacht und überschaubar
darzustellen.
- Modelle sind ein Mittel zur Überprüfung der Funktion einer technischen Konstruktion. So kann man z. B. am Modell eines Autos im Windkanal testen, ob der Luftwiderstand den gewünschten niedrigen Wert hat.
Modelle können sowohl materiell (gegenständlich) als auch ideell (gedanklich) sein. Beispiele für materielle Modelle sind das Modell eines Verbrennungsmotors (Bild 2), das Modell einer Tragfläche oder ein aus Kugeln aufgebautes Teilchenmodell.
Beispiele für ideelle Modelle sind Feldlinienbilder (Bild 1), das Teilchenmodell als System von Aussagen, Atommodelle oder das Modell Massepunkt. Es ist auch möglich, für ein bestimmtes Original verschiedene Modelle zu schaffen, die das Original mehr oder weniger gut widerspiegeln. Ein Beispiel dafür sind verschiedene Atommodelle (Bild 3). Bei technischen Modellen wird man das Modell weitgehend in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck gestalten.
Modellexperimente
Mit materiellen Modellen kann man auch experimentieren. Man bezeichnet
solche Experimente als Modellexperimente.
Darüber hinaus kann man mit ihnen Erscheinungen erklären und
voraussagen.
Beispiel: Mischt man 50 ml Alkohol
und 50 ml Wasser, so hat das Gemisch aus beiden nicht ein Volumen von
100 ml, sondern nur von 96 ml (Bild 4a). Das kann man in einem Modellexperiment
bestätigen und damit zugleich eine anschauliche Erklärung für
diese Erscheinung finden.
Nimmt man als Alkoholteilchen Erbsen und als Wasserteilchen Reiskörner,
dann kann man ein bestimmtes Volumen Erbsen und ein bestimmtes Volumen
Reis mischen. Das Volumen des Gemisches ist deutlich kleiner als die Summe
der beiden Einzelvolumen (Bild 4b). Die Ursache dafür liegt darin,
dass die Reiskörner die Lücken zwischen den Erbsen ausfüllen
und damit die Teilchen insgesamt einen kleineren Raum einnehmen.
Dieser Vorgang vollzieht sich auch bei der Mischung von Alkohol und Wasser.
Er geht dort aber bei den nicht sichtbaren Atomen bzw. Molekülen
vonstatten.