Klasse 7

In der Physik ist es wichtig, zwischen einer **Beobachtung** und einer **Erklärung** zu unterscheiden. Eine Beobachtung ist etwas, das du mit deinen Sinnen oder Messgeräten feststellst, zum Beispiel: *„Der Ball rollt den Hang hinunter.“* Eine Erklärung versucht dagegen zu begründen, *warum* das passiert, etwa: *„Der Ball rollt, weil die Schwerkraft ihn nach unten zieht.“* Um das zu können, musst du lernen, reine Fakten (Beobachtungen) von eigenen Gedanken oder Theorien (Erklärungen) zu trennen. Dafür übst du, genau zu beschreiben, was du siehst oder misst, ohne gleich Vermutungen anzustellen. Später lernst du dann, wie man aus Beobachtungen logische Schlüsse zieht, um Erklärungen zu finden.

In der Physik geht es darum, dass alle Behauptungen oder Erklärungen durch Experimente oder Beobachtungen überprüft werden können – das nennt man **Überprüfbarkeit**. Wenn du zum Beispiel behauptest, dass ein Stein schneller fällt als eine Feder, musst du das mit einem Versuch beweisen können. Dafür brauchst du genaue Messungen und klare Bedingungen, damit andere deine Ergebnisse nachvollziehen können. Wichtig ist auch, dass du deine Aussage so formulierst, dass sie nicht nur für dich, sondern für alle gilt. So wird aus einer Vermutung eine gesicherte Erkenntnis, die jeder überprüfen kann.

In der Physik nutzen Wissenschaftler oft **Modelle**, um komplizierte Zusammenhänge einfacher darzustellen – etwa wenn sie erklären, wie Atome aufgebaut sind oder warum ein Ball nach oben geworfen wieder herunterfällt. Ein Modell ist dabei wie eine vereinfachte „Landkarte“ der Wirklichkeit: Es zeigt nur die wichtigsten Teile und hilft uns, etwas zu verstehen, ohne dass wir alles bis ins kleinste Detail kennen müssen. So kann man sich zum Beispiel vorstellen, dass ein Atom wie ein winziges Sonnensystem funktioniert, auch wenn es in Wahrheit anders aussieht. Wichtig ist, dass Modelle nicht die Wahrheit selbst sind, sondern nur Werkzeuge, um sie zu erforschen – sie können sich also ändern, wenn neue Erkenntnisse dazukommen. Um dieses Lernziel zu erreichen, solltest du erkennen, warum Modelle nützlich sind, Beispiele dafür nennen können und verstehen, dass sie immer eine vereinfachte Darstellung bleiben.

Mit dem Lernziel versteht ihr, warum Physiker weltweit die gleichen Einheiten verwenden, um Messungen vergleichbar zu machen. Dafür müsst ihr wissen, dass das **SI-Einheitensystem** („Système International d’Unités“) die sieben Grundeinheiten wie Meter (m) für Längen oder Kilogramm (kg) für Massen festlegt – diese sind so gewählt, dass sie überall auf der Welt gleich verstanden werden. Ihr sollt an Beispielen erkennen, dass Umrechnungen wie von Zentimetern in Meter oder von Stunden in Sekunden nur funktionieren, weil alle dieselben Regeln beachten. Außerdem müsst ihr einfache Messungen durchführen und die Einheiten korrekt angeben können, etwa wenn ihr die Länge eines Tisches in Metern oder die Zeit für einen Sprint in Sekunden notiert. So vermeidet ihr Verwirrung und könnt eure Ergebnisse mit anderen teilen.

Mit dem Lernziel „akustische Phänomene beschreiben“ geht es darum, wie Schall entsteht, sich ausbreitet und von uns wahrgenommen wird. Du sollst verstehen, dass Schall durch Schwingungen entsteht – zum Beispiel, wenn eine Gitarrensaite gezupft wird oder wenn du in die Hände klatschst. Diese Schwingungen breiten sich als Schallwellen in der Luft aus und erreichen schließlich dein Ohr, wo sie dein Gehirn als Geräusch oder Ton interpretiert. Wichtig ist auch zu wissen, dass Schall unterschiedliche Eigenschaften hat: Er kann laut oder leise sein (das nennt man **Lautstärke**, gemessen in **Dezibel**), hoch oder tief klingen (**Tonhöhe**, bestimmt durch die Frequenz der Schwingungen) und unterschiedlich lange nachhallen (**Hall** oder Echo). Um das zu beschreiben, musst du solche Begriffe kennen und mit einfachen Versuchen nachvollziehen können, wie Schall entsteht und sich verändert.

Um das Lernziel zu erreichen, müsst ihr verstehen, wie Licht und Schall funktionieren, damit wir sehen und hören können. Dazu gehört zu wissen, dass Licht von Gegenständen reflektiert wird und dann in unser Auge fällt, wo es auf die Netzhaut trifft und ein Bild entsteht. Beim Hören müsst ihr begreifen, dass Schallwellen durch die Luft oder andere Stoffe wandern und unser Ohr diese Schwingungen in Signale umwandelt, die das Gehirn verarbeitet. Ihr solltet auch erklären können, warum wir manche Dinge sehen oder hören und andere nicht, etwa weil Licht oder Schall blockiert werden. Wichtig ist, dass ihr diese Vorgänge mit einfachen Versuchen nachvollziehen und mit Fachbegriffen wie *Reflexion*, *Schwingung* oder *Netzhaut* beschreiben könnt.

In diesem Kapitel geht es darum, wie dein Gehör funktioniert und warum zu laute Geräusche gefährlich sein können. Du lernst, wie Schall entsteht, sich ausbreitet und warum zu viel Lärm dein Gehör schädigen kann. Dafür musst du verstehen, was Dezibel (dB) sind – das ist die Einheit, in der die Lautstärke gemessen wird. Ein normales Gespräch liegt bei etwa 60 dB, während laute Musik oder Baustellenlärm schnell über 85 dB erreichen und dein Gehör gefährden können. Mit diesem Wissen kannst du einschätzen, wann ein Geräusch zu laut ist und wie du dein Gehör schützt, zum Beispiel durch Abstand zu lauten Quellen oder das Tragen von Ohrstöpseln.

In diesem Kapitel geht es darum, wie Licht sich ausbreitet und wie wir es mit einem einfachen Modell – dem **Lichtstrahlmodell** – beschreiben können. Dafür müsst ihr verstehen, dass Licht sich geradlinig ausbreitet, also in einer geraden Linie von der Lichtquelle weggeht, wie zum Beispiel von einer Taschenlampe oder der Sonne. Ihr sollt Experimente durchführen, bei denen ihr Lichtquellen, Spiegel oder Blenden nutzt, um zu sehen, wie Licht reflektiert, gebrochen oder abgeschirmt wird. Wichtig ist auch, dass ihr lernt, diese Beobachtungen mit dem Lichtstrahlmodell zu erklären, etwa warum ihr euren Schatten seht oder warum ein Strohhalm im Wasserglas „abknickt“. Am Ende sollt ihr in der Lage sein, selbst zu erklären, wie Licht sich verhält, wenn es auf verschiedene Materialien trifft.

Mit diesem Lernziel geht es darum, wie Schatten entstehen und warum sie manchmal scharf oder unscharf sind. Ihr müsst verstehen, dass Licht sich geradlinig ausbreitet und dass ein Schatten entsteht, wenn ein Gegenstand das Licht einer Lichtquelle blockiert – wie zum Beispiel deine Hand, wenn du sie vor eine Taschenlampe hältst und an die Wand wirfst. Dabei lernt ihr, wie die Größe und Form des Schattens von der Position der Lichtquelle und des Gegenstands abhängt: Je näher die Lampe am Gegenstand ist, desto größer wird der Schatten. Ihr sollt auch selbst Experimente durchführen, um zu sehen, wie sich der Schatten verändert, wenn ihr die Lichtquelle oder den Gegenstand bewegt, und diese Beobachtungen mit einfachen Skizzen oder Messungen festhalten. Am Ende könnt ihr erklären, warum es manchmal einen Kernschatten und einen Halbschatten gibt, zum Beispiel bei zwei Lichtquellen oder einer ausgedehnten Lichtquelle wie einer Glühbirne.

Um dieses Lernziel zu erreichen, müsst ihr verstehen, wie Licht und Schall im Weltall funktionieren, obwohl dort keine Luft ist. Ihr solltet wissen, dass Licht sich auch im leeren Weltraum ausbreiten kann, während Schall – wie zum Beispiel das Rauschen von Raketen – ohne Luft nicht hörbar ist, weil Schallwellen ein Medium wie Luft oder Wasser brauchen. Außerdem solltet ihr optische Phänomene wie Reflexion (wenn Licht an einem Spiegel oder einer Planetenoberfläche abprallt) oder Brechung (wenn Licht durch ein Prisma in Farben zerlegt wird) erklären können. Ein konkretes Beispiel ist das Funkeln der Sterne, das durch die Brechung des Lichts in der Erdatmosphäre entsteht, oder die Tatsache, dass wir den Mond sehen, weil er das Sonnenlicht reflektiert. Wichtig ist auch, dass ihr versteht, warum wir im Weltall keine Farben sehen wie auf der Erde, weil dort andere Lichtverhältnisse herrschen.

Mit dem Lernziel „Streuung und Absorption phänomenologisch beschreiben“ geht es darum, zu verstehen, wie Licht oder Schall mit verschiedenen Materialien wechselwirkt. Streuung bedeutet, dass Licht oder Schall in viele Richtungen abgelenkt wird – wie zum Beispiel Sonnenlicht, das an kleinen Wassertröpfchen in der Luft zu einem Regenbogen gestreut wird. Absorption hingegen beschreibt, wie ein Material Licht oder Schall „verschluckt“ und in Wärme umwandelt, etwa wenn dunkle Kleidung im Sommer die Sonnenstrahlen aufnimmt und sich erwärmt. Ihr sollt erkennen, dass diese Vorgänge erklären, warum manche Oberflächen hell oder dunkel erscheinen oder warum bestimmte Räume gut oder schlecht hallen. Dazu müsst ihr einfache Experimente beobachten und beschreiben können, etwa wie Licht an einer rauen Wand anders gestreut wird als an einem Spiegel.

Wenn Licht auf eine glatte, ebene Fläche wie einen Spiegel oder eine ruhige Wasserfläche trifft, wird es zurückgeworfen – das nennt man **Reflexion**. Um das zu verstehen, musst du wissen, dass Licht sich geradlinig ausbreitet und an glatten Flächen wie ein Ball an einer Wand abprallt. Wichtig ist auch der **Einfallswinkel**, also der Winkel, in dem das Licht auf die Fläche trifft, und der **Reflexionswinkel**, in dem es zurückgeworfen wird – beide sind immer gleich groß. Du solltest mit einem einfachen Experiment (z. B. mit einem Laserpointer und einem Spiegel) nachweisen können, dass dieser Zusammenhang stimmt. Außerdem musst du beschreiben können, warum wir Gegenstände sehen, die selbst kein Licht erzeugen, sondern nur Licht reflektieren.

Wenn Licht von einem durchsichtigen Material in ein anderes übergeht – zum Beispiel von Luft in Wasser –, ändert es plötzlich seine Richtung. Dieses Phänomen nennt man **Brechung** (Fachbegriff: *Refraktion*), und genau das sollst du hier verstehen. Du musst erkennen, dass die Brechung davon abhängt, wie stark die beiden Materialien das Licht „abbremsen“, was man mit dem **Brechungsindex** (ein Maß für die Lichtgeschwindigkeit im Material) beschreibt. Anhand von Beispielen wie einem Strohhalm im Wasserglas oder einem Regenbogen kannst du sehen, wie Lichtstrahlen ihre Bahn ändern und warum Gegenstände unter Wasser verzerrt wirken. Wichtig ist auch, dass du mit einfachen Skizzen zeigen kannst, wie Licht an der Grenzfläche zwischen zwei Stoffen gebrochen wird und welche Rolle der Einfallswinkel spielt. Am Ende solltest du erklären können, warum diese Erscheinung im Alltag so oft vorkommt, etwa bei Brillen, Linsen oder sogar beim Tauchen.

Um das Lernziel zu erreichen, müsst ihr verstehen, wie eine Lochkamera funktioniert und warum sie ein Bild erzeugt. Dazu solltet ihr wissen, dass Licht sich geradlinig ausbreitet und dass von jedem Punkt eines Gegenstands Lichtstrahlen in alle Richtungen ausgehen. Wenn diese Strahlen durch ein kleines Loch in einer dunklen Kammer fallen, kreuzen sie sich und erzeugen auf der gegenüberliegenden Wand ein umgekehrtes Bild des Gegenstands. Ihr solltet auch den Unterschied zwischen reellen und virtuellen Bildern kennen, wobei das Bild der Lochkamera ein reelles, also wirklich vorhandenes Bild ist. Praktisch könnt ihr das nachvollziehen, indem ihr selbst eine einfache Lochkamera aus einer Schachtel und Backpapier baut und beobachtet, wie sich das Bild verändert, wenn ihr das Loch größer oder kleiner macht.

Eine optische Linse ist ein durchsichtiges Glas- oder Kunststoffteil, das Licht so bricht, dass es gebündelt oder gestreut wird – ähnlich wie eine Lupe, die Sonnenlicht auf einem Punkt sammelt und dort ein Loch brennen kann. Um zu verstehen, wie eine Linse wirkt, musst du wissen, dass Licht sich geradlinig ausbreitet, aber an der Grenze zwischen Luft und Glas seine Richtung ändert; das nennt man **Brechung**. Je nach Form der Linse – ob sie in der Mitte dicker oder dünner ist als am Rand – wird das Licht entweder zu einem Punkt hin (bei einer **Sammellinse**) oder auseinandergezogen (bei einer **Zerstreuungslinse**). Mit einfachen Versuchen, etwa mit einer Lupe und einem Blatt Papier, kannst du selbst beobachten, wie sich das Bild eines Gegenstands verändert, wenn du die Linse näher oder weiter weg hältst. Wichtig ist auch, dass du die Begriffe **Brennpunkt** (der Punkt, an dem sich die Lichtstrahlen treffen) und **Brennweite** (der Abstand zwischen Linse und Brennpunkt) kennst und erklären kannst.

Mit diesem Lernziel geht es darum, dass ihr versteht, wie weißes Licht aus verschiedenen Farben besteht und wie man diese Farben wieder zusammenfügen kann. Dazu führt ihr einfache Experimente durch, zum Beispiel mit einem Prisma, das das Licht in seine Bestandteile zerlegt – ähnlich wie ein Regenbogen nach einem Schauer. Ihr lernt auch, wie man Farben wieder addiert, etwa indem ihr farbige Lichtquellen überlagert, sodass neue Farben entstehen. Wichtig ist, dass ihr die Begriffe *Zerlegung* (Dispersion) und *Addition* von Farben kennt und erklären könnt, warum wir Farben überhaupt sehen. Am Ende sollt ihr solche Versuche selbst planen, durchführen und die Ergebnisse beschreiben können.

Um das Lernziel zu erreichen, müsst ihr verstehen, dass Licht und Schall beide Wellen sind, die Energie übertragen – Licht als elektromagnetische Welle und Schall als mechanische Welle, die sich in Luft oder anderen Stoffen ausbreitet. Ihr solltet wissen, dass beide Wellen unterschiedliche Eigenschaften haben: Licht breitet sich auch im Vakuum aus, während Schall dafür ein Medium wie Luft oder Wasser braucht. Zudem bewegt sich Licht viel schneller fort als Schall, was ihr zum Beispiel an einem Gewitter beobachten könnt, wenn ihr den Blitz seht, bevor ihr den Donner hört. Wichtig ist auch, dass ihr die Begriffe *Frequenz* (Anzahl der Schwingungen pro Sekunde) und *Wellenlänge* (Abstand zwischen zwei Wellenbergen) kennt und erklären könnt, wie sie mit der Tonhöhe oder Farbe des Lichts zusammenhängen. Schließlich solltet ihr Beispiele nennen können, die zeigen, wo Licht und Schall im Alltag vorkommen, etwa bei Musikinstrumenten oder Spiegelungen.