Für den zukünftigen Arzt ist die Physik kein unnötiger Ballast, sondern hilft ihm, viele medizinische Probleme gründlicher zu durchdenken. So sind z.B. bei der operativen Versorgung von Knochenbrüchen durch Nagelung, Zuggurtung und Druckplatten Kenntnisse über die Verteilung der auftretenden Kräfte notwendig. Gefäßchirurgische Operationen verlangen Einblick in die wichtigsten Gesetze der Strömungslehre. Zum Verständnis von Ohr und Auge gehören Grundkenntnisse der Wellenlehre und Optik. Die Behandlung von Ödemen beruht auf osmotischen Vorgängen. Radiologische und nuklearmedizinische Verfahren gründen sich auf die Kenntnisse über die Wechselwirkung ionisierender Strahlen mit Materie sowie über die Vorgänge im Innern der Atome. Zum Verständnis der Neuro- und Muskelphysiologie sind Grundkenntnisse der Elektrizitätslehre erforderlich. Als letztes Beispiel sei genannt, daß sich die selbständige Regulierung der Organfunktionen wie Blutdruck, Körpertemperatur oder Hormonspiegel mit den Begriffen der Kybernetik beschreiben läßt.
Zur Arbeitsweise der Physik
Die Physik beschäftigt sich mit den Vorgängen in der unbelebten Natur.
Bei der Beschreibung der Naturvorgänge und der Gesetze, die hinter
diesen Vorgängen stehen, stützt sich die Physik auf die Beobachtung.
Physikalische Bedeutung haben nur solche Beobachtungen, die sich
a) auf Vorgänge beziehen, die unter genau bekannten, möglichst
reproduzierbaren Bedingungen ablaufen (Experimente) und
b) bei denen konkrete, über ein Meßverfahren definierte
Größen gemessen werden.
Alle physikalischen Beobachtungen und Experimente stehen unter der Fragestellung, welche Wechselbeziehungen zwischen zwei oder mehreren physikalischen Größen bestehen. Experimente werden so durchgeführt, daß die untersuchte Beziehung zwischen den in Frage kommenden physikalischen Größen nicht durch in diesem Zusammenhang unwichtige Faktoren beeinflußt wird. So werden zum Beispiel Untersuchungen zum freien Fall im Vakuum durchgeführt, damit der hierbei nicht interessierende Luftwiderstand ausgeschaltet wird.
Die physikalische Theorie hat die Aufgabe, die hinter den beobachteten Vorgängen stehenden Naturgesetze zu erkennen. Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arbeitsweisen in der Physik: das induktive und das deduktive Verfahren:
- Beim induktiven Verfahren gelangt man zu den Naturgesetzen, indem man die in einzelnen Experimenten gemachten Erfahrungen verallgemeinert.
- Beim deduktiven Verfahren geht man von theoretisch abgeleiteten oder hypothetisch aufgestellten Gesetzen aus und überprüft deren Gültigkeit anhand entsprechend ausgearbeiteter Experimente.
Der Begriff der physikalischen Größe
Eine physikalische Größe nimmt Bezug auf einen bestimmten Teil der Wirklichkeit und ist stets durch ein Meßverfahren definiert.
Bei der Länge besteht das Meßverfahren in einem indirekten Vergleich - über Zollstock, Maßband usw. - der zu messenden Größe mit ihrer Einheit, dem Pariser Urmeter.
Da der Abstand zwischen den Eichstrichen des Pariser Urmeters nicht mit der nötigen Genauigkeit festlegbar ist, ist die Definition des Meters auf diese Weise etwas ungenau, und man hat 1960 das Meter als die 1 650 763,73fache Wellenlänge einer bestimmten Spektrallinie des Krypton 86 definiert.
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| Abbildung 1: links das Pariser Urmeter, rechts das Urkilogramm. Während das Urmeter heute nur noch musealen Wert hat, dient das in Paris aufbewahrte Urkilogramm weiterhin als Eichmaßstab. |
Seit 1983 macht man sich die sehr genau gehenden Atomuhren bei der Definition des Meters zunutze. Das Meter ist heute die Entfernung, die das Licht im Vakuum in einer 299 792 458stel Sekunde zurücklegt. Größere Entfernungen lassen sich über die Laufzeit des Lichts mit der Atomuhr messen, bei kleineren Entfernungen, etwa zur Eichung von Meßgeräten, werden nach wie vor Normalmaße wie das Pariser Urmeter verwendet. Bei modernen Normalmaßen sind die Meßpunkte nicht mehr durch Einritzungen markiert, sondern die parallel geschliffenen und hochpolierten Stirnseiten dieser quaderförmigen, metallenen Normalmaße dienen als Anfangs- und Endpunkt der Meßstrecke. Die Meßstrecke ist auf wenige Mikrometer, also tausendstel Millimeter, genau festgelegt.
Die Definition des Meters wurde weiterentwickelt, um die nach dem Stand der Technik größtmögliche Genauigkeit zu erreichen.
Bei allen Längenmessungen wird über Zollstock, Maßband, Lineal usw. ein Vergleich der zu messenden Strecke mit der Längeneinheit, dem Meter, vorgenommen. Das Ergebnis der Längenmessung enthält eine quantitative und eine qualitative Angabe, nämlich einen Zahlenwert und die verwendete Maßeinheit. Man kann dieselbe physikalische Größe in verschiedenen Maßeinheiten messen, beispielsweise die Länge in Metern oder in Yard:
1 Yard = 0,9144 Meter
Allgemein gilt, daß auf beiden Seiten einer Gleichung die gleiche physikalische Größe steht. Im obigen Beispiel stehen auf beiden Seiten verschiedene Maßeinheiten und verschidenen Zahlenwerte, das Produkt aus Zahlenwert und Maßeinheit ist jedoch auf beiden Seiten gleich.
Grundsätzlich ergibt sich eine physikalische Größe als Produkt aus Zahlenwert und Maßeinheit.
