Wie erkläre ich einem Sechsjährigen, warum Menschen auf der anderen Seite der Erde nicht abstürzen? [abgeschlossen]

Da ich meinen eigenen 6-Jährigen habe und dies erfolgreich erklärt habe, hier mein Rat aus Erfahrung:

• Versuchen Sie nicht, die Schwerkraft als mysteriöse Kraft zu erklären. Es ergibt für die meisten Erwachsenen keinen Sinn (traurig, aber wahr! Sprechen Sie mit Nicht-Physikern darüber und Sie werden sehen), es wird für einen 6-Jährigen keinen Sinn ergeben.

  Der Grund dafür, dass dies nicht funktionieren wird, ist, dass es Rückschlüsse von allgemeinen Prinzipien auf spezifische Anwendungen erfordert, und es erfordert fortgeschrittenes abstraktes Denken, um überhaupt das Konzept der unsichtbaren Kräfte zu verstehen. Das sind keine Fähigkeiten, die ein 6-Jähriger zur Hand hat. Die meisten Dinge, die sie jetzt herausfinden, sind Stückwerk, und sie werden noch in ein paar Jahren nicht anfangen, ihre Erfahrungen an die am besten passenden bewussten Modelle der Realität anzupassen.

• Machen Sie sich die Neigung des 6-Jährigen zunutze, Beschreibungen von Handlungen, die geschehen, für bare Münze zu nehmen, als einfache Tatsachen.

  Sachen ziehen andere Sachen an sich. Wenn Sie viel Zeug haben, zieht es andere Dinge stark nach sich . Die größeren Dinger ziehen die kleineren Dinge an sich.

  Sie haben zuvor die Form des Sonnensystems verstanden und die Tatsache von Umlaufbahnen locker verstanden (nicht wie sie funktionieren - das ist ein anderes Stück - nur dass sich Planeten und Monde in "kreisförmigen" Bahnen um schwerere Dinge wie die Sonne und die Erde bewegen) kann nützlich sein, bevor Sie mit diesen Teilen des Gesprächs beginnen. Ich bin mir nicht sicher, aber das war etwas, was mein 6-jähriger zu diesem Zeitpunkt bereits zu begreifen begann.

  Diese Gespräche waren auch mit unseren Gesprächen darüber vermischt, wie sich die Erde aus Trümmern gebildet hat und wie die Anziehungskraft daran beteiligt war, dass dies geschah, und wie sie die Anziehungskraft immer stärker machte. Ich kann diesen Hintergrund also nicht wirklich unterscheiden; es kann auch helfen/notwendig sein.

• Versuchen Sie nicht, die Verwirrung eines 6-Jährigen darüber zu korrigieren, dass Oben und Unten relativ sind, sondern verwenden Sie es stattdessen.

  Unter uns ist viel Erde, die uns herunterzieht, wenn wir springen. Wenn wir von der Seite sprangen, würde uns das seitlich zurückziehen. Wenn wir vom Boden fielen, würde es uns wieder nach oben ziehen.

  Sie können dies später mit einem sokratischen Dialog über die relative Natur von oben und unten fortsetzen, aber trüben Sie das Wasser nicht sofort damit. Das wird keinen Wert haben, bis sie die Tatsache akzeptieren, dass die Erde Sie "wieder hochziehen" wird, wenn Sie herunterfallen.

• Bauen Sie es über eine Reihe von Gesprächen auf. Sie werden es nicht beim ersten Mal oder beim zehnten Mal bekommen, aber Teile davon werden haften bleiben.

• Versuchen Sie nicht, ein Verständnis für das gesamte Arbeitsmodell zu vermitteln. Wenn Sie ihnen erfolgreich einige einzelne, unzusammenhängende Tatsachen geben können, an die sie tatsächlich glauben, wird das Zusammenfügen mit dem Alter und der Reife geschehen und mehr Kontakt mit diesem Zeug bekommen.

All dies setzt natürlich ein anständig kluges, aber nicht erstaunliches Kind voraus. (Ein 6-jähriges Wunderkind kann wahrscheinlich das Gravitationsmodell eines erwachsenen Laien verstehen, aber wenn Sie es mit diesem zu tun haben, müssen Sie Ihren Unterricht nicht anpassen.)

Für etwas mehr Kontext war dies auch, nachdem die Klasse meines Kindes in der Schule anfing, mit Magneten zu experimentieren. Ich wurde inspiriert, zu versuchen, die Schwerkraft zu erklären, als mein Kind mir sagte, dass Bäume nicht in den Weltraum schweben, weil die Erde ein riesiger Magnet ist. (Stimmt! Aber nicht, warum Bäume nicht davonschweben.) Der Vergleich von Schwerkraft und Magnetismus könnte helfen, ihnen ein Beispiel für unsichtbare Anziehungskraft zu geben, die sie fühlen können, aber es könnte das Thema auch sehr verwirren, da ich viel davon hatte Arbeit (über mehrere Gespräche), um meine eigenen davon zu überzeugen, dass Bäume nicht wegen Magnetismus am Boden haften, selbst wenn die Erde ein riesiger Magnet ist .

Und ein letzter Ratschlag, der nebensächlich ist, aber helfen kann:

• Sobald Sie einige dieser Unterhaltungen geführt haben, spielen Sie Kerbal Space Program , während sie zuschauen. (Auch dies kommt aus Erfahrung. Mein Kind liebt es, KSP zu sehen.) Ein praktisches Beispiel für die Arbeit der Schwerkraft in seiner natürlichen Umgebung zu sehen, wird einen großen Beitrag dazu leisten, die vorherigen Gespräche zu festigen. Es mag wie ein Abschiedswitz klingen, aber zu sehen, wie sich ein System bewegt und manipuliert wird, macht einen großen Unterschied für das Verständnis eines kleinen Kindes, weil es nicht mehr abstrakt ist oder es erfordert, mentale Abstraktionen aufzubauen, um es zu verstehen, wie es das Zeigen eines Globus tut.

Das Missverständnis kommt wahrscheinlich von einem Missverständnis von "unten". Eine 2D-Zeichnung der Erde mit Gebäuden, Menschen und Bäumen könnte hilfreich sein. Zum Beispiel,

Wickeln Sie einen Ball (wie einen Tennisball) mit einem Gummiband ein. Sagen Sie ihr, sie soll ihren Finger zwischen den Ball und das Gummiband legen und versuchen, ihren Finger vom Ball wegzubewegen. Lassen Sie sie dies auf allen Seiten des Balls tun. Erklären Sie ihr jetzt, warum das Gummiband wie die Schwerkraft ist.

Fragen Sie das Kind, was „unten“ für die Menschen auf der „anderen Seite“ der Erde bedeuten würde.

Reiben Sie einen Ballon mit einem Tuch, um eine Ladung zu induzieren, die eine "statische Haftung" zeigt, und ziehen Sie dann kleine Papierstücke mit dem Ballon an. Sobald sie sehen, dass statische Elektrizität die kleinen Papierfetzen an den Boden des Ballons zieht, können Sie damit beginnen, ihnen „die Kraft“ zu erklären.

Hier sind ein paar Ideen:

a) Versuchen Sie, ihr den Begriff „Kraft“ verständlich zu machen: Binden Sie zwei Bälle an ein Gummiband. Lass sie sie auseinanderziehen, damit sie ein Gefühl von Kraft bekommt. Nimm einen Apfel und lass ihn fallen. Lassen Sie sie verstehen, dass, wenn eine Kraft (ihre Hand) ein Objekt nicht hält, es von der Erde gezogen wird, so wie das Gummiband die Kugeln zieht.

b) Dann zeigen Sie ihr auf einem Globus, wo Sie sich befinden. Zeigen Sie die Vertikale, wo der Apfel fällt. Sie könnten dann zu der Kraft gehen, die zur Mitte hin zieht, die Art und Weise, wie das Gummiband entlang der Linie zieht, und dass es die Linie ist, die definiert, in welche Richtung die Kraft zieht, sowohl für das Gummiband als auch für die Erde. Machen Sie die Analogie, dass jeder Punkt auf der Erde entlang der Linie zieht, als ob es ein Band gäbe, in Richtung der Mitte.

viel Glück

Nehmen Sie einen Magneten und halten Sie ihn senkrecht, streuen Sie Eisenfüllungen auf beiden Seiten der Stange. Eisenfüllungen auf der Unterseite werden hängen. Dann bekommt das Kind ein Gefühl dafür, dass Dinge stehen bleiben können, ohne herunterzufallen. Sie müssen dem Kind den Begriff der Schwerkraft jetzt nicht erklären. Das Kind wird die Erklärung für sich selbst erstellen (kann auch der nächste Newton werden, indem es ein neues Konzept erstellt).

Nachdem ich die Situation des OP sorgfältig geprüft habe, glaube ich, dass der Fokus auf dem rhetorischen Prozess liegt. Daraus folgt mein argumentativer Ansatz: Festhalten an der Tatsache, dass die Erde rund ist, das Kind dazu bringen, die Ungereimtheiten auszugleichen .

Der Grund für diese Vorgehensweise liegt im Verhalten des Kindes. Das folgende Zitat ist ein Skript, das ich im Physikunterricht immer wieder wiederholt habe:

Ich habe auch einige Versuche mit einem Globus gemacht und gesagt, dass "Oben" und "Unten" alles lokale Perspektiven sind und Menschen auf der anderen Seite der Erde das Gefühl haben, oben zu sein, aber sie versteht es immer noch nicht.

Hier haben Sie argumentiert. Aber was folgte nach diesem Streit? Es gibt keinen offensichtlichen Kommentar zu dem Argument des Kindes. Ich habe nicht erwartet, dass ein Kind mit konsistenten oder ereigniskohärenten Gegenargumenten antworten würde, aber die Antwort scheint insgesamt zu fehlen.

Das ist uns mit Erfahrung im Physikunterricht bekannt. Falsche Antworten sind immer leicht zu handhaben und fast überall konstruktiv. Es ist das Fehlen jeglicher Modellbildung, das den Fortschritt blockiert und oft dazu führt, dass sie aufgrund der schlechten Erfahrungen das Hauptfach auf etwas Nicht-Technisches wechseln.

Betrachten Sie die Rhetorik wie ein Schachspiel (mit formal festgelegten Bewegungsregeln). Als gebildeter Erwachsener haben Sie wahrscheinlich keine Probleme, auf die Bewegungen des Kindes zu reagieren. Wenn Sie dies tun, stellen Sie hier eine weitere Frage.

Kein rhetorischer Ansatz wird zu 100 % hilfreich sein. Gegenbeispiele sind auch nicht immer hilfreich, aber sie berufen sich auf ein ganz bestimmtes Beispiel widersprüchlicher Logik. Wenn Sie der schlechten Logik zugeschrieben haben, bevor Sie das Gegenbeispiel sehen, wird es seinen Zweck erfüllen - zu zeigen, dass Sie falsch liegen. Ich denke, die beste Antwort, die ich hier gesehen habe, war das folgende Bild (als Kommentar gepostet):

^{(Bild ursprünglich von http://www.caloi.com.ar/caloidoscopio_new/byn/byn53.gif )}

Das ist physikalische Perfektion.

Die absurde Illustration verleitet den Betrachter dazu, den Blick zu verlassen. Sie könnten ablehnen, dass die Erde eine Kugel ist, oder Sie könnten ablehnen, dass die Schwerkraft immer in die gleiche Richtung geht. Ich nehme an, die Option bleibt bestehen, dass die Menschen gegenwärtig, in diesem Moment, von der Seite des Planeten fallen. Ich denke, das ist es, was Physik Spaß macht. Zu jedem Modell, das wir bauen, gibt es eine Geschichte, die damit einhergeht. Um die meisten individuellen Vorschläge kann ein Modell herum aufgebaut werden, das alles andere im Universum ändert, um es aufzunehmen. Aber sobald Sie gezwungen sind, mehrere Fakten gleichzeitig zu erklären, dann sind Sie in der Bauphysik. Jedes Modell ist eine Geschichte. Wenn Sie Spaß daran haben, diese Modelle/Geschichten zu erzählen, dann sind Sie auf dem Weg zur Graduiertenschule.

Ich sage, Physik beinhaltet zwei Dinge: Rationalismus und Beweise. Die Konsistenz Ihres Modells wird von der Vernunft diktiert, aber welches Modell zutrifft, wird durch Beweise bestimmt, die wir aus der Welt um uns herum erhalten (für die es keine mentale Abkürzung gibt). Hier sind einige Geschichten, die Konsistenz haben:

1. Die Erde ist flach, die Schwerkraft ist immer unten. Die Gültigkeit kann mehr oder weniger nur durch Vermessung der Erdform bestimmt werden.
2. Die Erde ist rund, die Schwerkraft hat immer die gleiche Richtung. Es existiert eine privilegierte „Top of the Earth“-Lage, und alles andere fällt ab. Sie könnten dies überprüfen, indem Sie beobachten, wie ein Ball vom Rand der Welt rollt.

Vielleicht ist es das Beste, nicht richtig zu liegen, sondern zu zeigen, wie sehr es Ihnen selbst Spaß macht, falsch zu liegen. Wenn sie dieses Verhalten nachahmen, werden sie fantastische Wissenschaftler sein.

Es besteht eine gute Chance, dass Sie ihr nicht erklären können, wie es funktioniert.

Laut dem Entwicklungspsychologen Jean Piaget neigen Kinder in ihrem Alter dazu, sich selbst als "Zentrum der Welt" zu sehen und sind nicht in der Lage, dies von einem anderen Standpunkt aus zu argumentieren. Der Vorgang wird als Egozentrismus bezeichnet und ist der gleiche Grund, warum ein Kind verwirrt wird, wenn seine Mutter seine Eltern (der Mutter) Mutter/Vater statt Großmutter/Großvater nennt.

Es wird nicht schaden, es zu erklären, und sie gewinnt vielleicht einen Einblick, aber sei nicht frustriert, wenn sie es nicht tut.

Warum versuchen Sie nicht zu erklären, dass jedes Objekt andere Objekte anzieht, dass aber mindestens eines der Objekte sehr groß sein muss, damit es gefühlt werden kann? Die Erde ist ein sehr großes Objekt, also zieht sie Dinge an.

Weisen Sie darauf hin, dass ein Ball gerade nach unten fällt und nicht seitwärts. Das liegt daran, dass es zum Mittelpunkt der Erde will .

Das gilt überall. Was wir denken, ist unten, ist in Richtung des Erdmittelpunkts, und das gilt, wohin wir auch gehen.

(und dann schauen Sie sich den Globus an und sehen Sie, welche Richtung zum Zentrum führt)

Sagen Sie ihm, dass „unten“ bedeutet „ zum Mittelpunkt der Erde, egal wo Sie sind“.

Erklären Sie: Da die Erde rund ist und die Menschen nicht herunterfallen (es gibt kein absolutes „unten“), fallen sie in Richtung Erdmittelpunkt.

Was mir geholfen hat, die Schwerkraft zu verstehen, ist, die Raumzeit als Trampolin oder als gespanntes Bettlaken zu modellieren. Legen Sie nun eine Melone darauf und sagen Sie: "Das ist die Erde, die den Raum krümmt." Nehmen Sie nun eine Murmel und sagen Sie "Das sind Sie, auch der Raum wird gebeugt, aber nicht so sehr". Und egal wo man die Murmel hinlegt, sie geht immer "nach unten" in Richtung Erde, da die Erde die Raumzeit am stärksten krümmt.

Was ich jedoch für wichtig halte, ist, dass nicht nur Dinge auf die Erde fallen, sondern dass jede Masse ihr eigenes Gravitationsfeld hat, das einem Magnetfeld nicht ganz unähnlich ist.

Sie können mit diesem Experiment verrückt werden und sagen, die Melone ist die Sonne, eine größere Murmel ist die Erde. Anstatt die Erdmurmel fallen zu lassen, geben Sie ihr einen seitlichen Stoß und sie wird eine Weile um die Sonne kreisen.

Sie können sogar eine kleinere Murmel als Mond hinzufügen, und wenn Sie die Erd- und die Mondmurmel gut genug werfen, sehen Sie, wie die Mondmurmel die Erdmurmel umkreist, während beide die Melonensonne umkreisen.

Es gibt ein wirklich schönes Beispiel für dieses Experiment auf YouTube .

Diese Frage ist in der Tat sehr anspruchsvoll und wurde erstmals von Albert Einstein im Zuge der Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie aus der Speziellen Relativitätstheorie zufriedenstellend gelöst:

Sein erster Schritt in Richtung einer relativistischen Gravitationstheorie war die Behauptung des Äquivalenzprinzips. Ausgestattet mit diesem Prinzip konnte er einige Gravitationseffekte wie Gravitationsfrequenzverschiebung von Licht (oder Zeitdilatation) und Gravitationsablenkung von Licht erklären:

aber er konnte die Gravitationseffekte in der Nähe von Gravitationsquellen wie der Erde nicht erklären: Er konnte nicht erklären, warum die Menschen auf der gegenüberliegenden Seite der Erde eine Anziehungskraft in die entgegengesetzte Richtung der Erde erfahren. Diese Effekte werden Gezeiteneffekte genannt :

Er löste dieses Problem, indem er eine tiefe Analogie zwischen Gezeitenkräften und einer Eigenschaft von Oberflächen namens Krümmung vorschlug. Grundsätzlich schlug er vor, dass Raum (Zeit) durch einige gekrümmte geometrische Objekte dargestellt werden kann, die (pseudo-riemannsche) Mannigfaltigkeiten genannt werden. Alles, was Sie ihm also erklären müssen, ist dieses Konzept. Ich denke, das folgende Bild (obwohl es ohne die Zeitdimension überhaupt nicht präzise ist) kann Ihnen / ihm sehr helfen:

Diese Bilder helfen ihm, das Konzept einfach , geometrisch und doch so wissenschaftlich präzise wie möglich zu verstehen: Alle Objekte rund um die Erde fallen auf die Oberfläche (natürlich das Zentrum) der Erde. Ich denke, diese Erklärung stimmt mit Einsteins Zitat überein . Alles sollte so einfach wie möglich sein, aber nicht einfacher .

Um diese Antwort zu vervollständigen, erkläre ich (sehr) kurz die verbleibenden Schritte zur Allgemeinen Relativitätstheorie:

Nach diesem Punkt bestand der einzige verbleibende Schritt in Richtung seiner Theorie darin, eine Beziehung zwischen dieser Krümmung und dem Vorhandensein von Gravitationsquellen wie Materie und Strahlung zu finden. Er gelangte zu seiner berühmten Gleichung:

in der die Menge$\mathbf{G}$misst die Krümmung des Raums (Zeit) und die Menge$\mathbf{T}$misst Materie Inhalt.

Daher erfordert eine vollständige Lösung der Frage, warum Objekte, die an verschiedenen Orten auf der Erde platziert sind, Kräfte in verschiedenen Richtungen (alle zum Erdmittelpunkt) erfahren, notwendigerweise eine allgemein-relativistische Argumentation.