10. – 13. Schuljahr

Anregungen Carsten Winkler

Das DCF77-Zeitsignal als fächerübergreifende Fragestellung

Informationen und Unterrichtsvorschläge zu aktueller Messtechnik

Eine nähere Betrachtung des DCF77-
Zeitsignals verbindet z.B. den politisch-wirtschaftlichen Bereich mit den Bereichen Mathematik/Informatik und Physik/Technik, indem ersterer die Notwendigkeit einer Normzeit formuliert und letztere dieses Anliegen realisieren. Konkret geht es hier um den Empfang des DCF77-Zeitsignals, wobei Schülerinnen und Schüler den Prozess vom Bau eines Sensors bis zur Erstellung der Auswerteprogramme mit dem Ziel einer funktionstüchtigen Funkuhr vollständig durchlaufen.
Bei der Planung ist in jedem Fall ein längerer Zeitraum vorzusehen, da sich die Jugendlichen erst in die für sie nicht alltäglichen Fachgebiete wie Elektronik oder Programmierung einarbeiten müssen. Adressaten sind aufgrund der anspruchsvollen Inhalte vornehmlich Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II. Methodisch bietet sich Projektarbeit (s. [7], S. 70)an. Hier können die Lernenden, ihren persönlichen Interessen folgend, arbeitsteilig die verschiedenen Aspekte der Fragestellung in Angriff nehmen und letztlich zum „Produkt Funkuhr zusammenfügen.
Das Thema fordert wegen seiner Komplexität eine ganzheitliche Herangehensweise und ein gewisses Maß an Kreativität bei der Umsetzung (s. [3], S. 402). Als Einzelarbeit könnte das Thema z.B. im Seminarfach [6] angesiedelt sein.
Informationen zur Zeitmessung
Die Synchronisation eines Systems, das auf untereinander verknüpften Abläufen basiert, ist eine Grundvoraussetzung für dessen Funktion. So hat sich beispielsweise in der Wirtschaft das Just-in-time-Verfahren [1] etabliert, bei dem die von der Fa. A gefertigten Vorprodukte zu einem bestimmten Zeitpunkt bei der Fa. B eingetroffen sein müssen, damit sie dort umgehend, d.h., ohne Zwischenlagerung oder Stillstand der Produktion, weiterverarbeitet werden können. Beide Firmen benötigen also eine verlässliche Zeitabsprache. Praktisch bedeutet dies, dass sich beide Firmen, im Sinne von Newtons „universeller Zeit ([9], S. 14), zum Zeitpunkt der Bestellung über die Zeitspanne bis zur Lieferung einig sein müssen.
Zeitspannen lassen sich als Vielfache einer Normzeitspanne angeben. Natürliche Zeitspannen sind z.B. der Tag, der Monat oder das Jahr. Diese Einteilung ist z.B. für viele, insbesondere global vernetzte, Prozesse oder die Navigation [10] nicht genau genug. Gesucht ist hier eine Zeitspanne, die sich immer und ortsunabhängig reproduzieren lässt. Als Basiseinheit hat sich vor diesem Hintergrund die Sekunde etaliert: „Eine Sekunde ist das 9.192.631.770-fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133Cs entsprechenden Strahlung. (s. [13], S. 75)
Schwieriger ist die Definition eines Basiszeitpunktes. Eine mögliche Definition ist die Sternzeit, die sich an der Umdrehung der Erde gegenüber dem Hintergrund der in großer Entfernung stehenden Sterne orientiert. Auf dieser Basis ist 0 Uhr Sternzeit definiert als der Zeitpunkt, zu dem der Frühlingspunkt den Himmelsmeridian durchläuft. Für eine tiefergehende Erörterung dieser Zusammenhänge sei an dieser Stelle auf die einschlägige Literatur verwiesen (s. z.B. [8], S. 51f., und [14], S. 6).
Basiszeitpunkt und -zeitspanne werden schließlich zu einem Kalender zusammengeführt, der den jeweiligen Zeitpunkt angibt. International hat sich der Gregorianische Kalender, benannt nach Papst Gregor XIII., durchgesetzt. Dieser orientiert sich am Jahreslauf der Sonne und wird durch Schaltjahre und Schaltsekunden immer wieder an die Dauer des mittleren Kalenderjahres (365,2425 Tage) angepasst ([13], S. 43). Praktisch wird auf der Basis des Gregorianischen Kalenders eine weltweit gleiche Zeitangabe mithilfe der koordinierten Weltzeit (engl.: Universal Time, Coordinated, kurz UTC) möglich. Nationale Zeitangaben berücksichtigen zusätzlich...

Weiterlesen im Heft

Vorteile im Abo

Exklusiver Online-Zugriff auf die digitalen Ausgaben der abonnierten Zeitschrift
Print-Ausgabe der abonnierten Zeitschrift bequem nach Hause
Zusatzvorteile für Abonnenten im Online-Shop genießen