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Monatsrätsel, Physik im Alltag und Naturphänomene

Rätselfoto des Monats April 2020

CD-Rohling ins Gegenlicht gehalten. Wie kommen die Farbstreifen in den Schatten?


Erklärung des Rätselfotos des Monats März 2020

 Frage: Wie kommt es zu den etwa metergroßen Dendriten auf dem zugefrorenen See?

Antwort: Bei dem auf den ersten Blick rätselhaft erscheinenden Foto handelt es sich um eine Aufnahme aus einer Höhe von 50 bis 90 m, aufgenommen von Wolfgang Knappmann mit Hilfe einer Drohne. Die Größenordnung der Strukturen dürfte grob geschätzt im Meterbereich liegen. Wohl jeder, der sich ein wenig auf das Foto einlässt, wird erkennen, dass es sich um eine Eisschicht handelt, in diesem Fall die eines zugefrorenen Sees. Gespickt ist die Aufnahme mit einigen dendritischen Strukturen, die weniger bekannt sein dürften und daher rätselhaft erscheinen.
Diese Dendriten sind sogenannte Fraktale, die in der Regel dadurch entstehen, dass sich ein dünnflüssiges Fluid (geringe Viskosität) in einem dickflüssigen (größere Viskosität) ausbreitet. Wie an anderer Stelle ausgeführt, kann man solche fraktalen Strukturen selbst herstellen, wenn man beispielsweise (gefärbtes) Wasser zwischen zwei Plexiglasscheiben presst.

Im vorliegenden Fall stelle ich mir folgendes Szenario der Entstehung vor:
Nachdem der See zugefroren und mit einer noch dünnen Eisschicht bedeckt wurde, schneit es und der auflastende Schnee drückt das Eis in das Wasser.

  • An dünneren Stellen im Eis entstehen Löcher, aus denen das Wasser herausquillt und sich nach allen Seiten auszubreiten versucht.
  • Da das Wasser wärmer ist als der Schnee gibt es Wärme an diesen ab und „schmilzt sich“ in die Schneefront hinein. Dadurch kommt es zur Abkühlung und Verlangsamung des Vorgangs. Für ein kreisförmiges und damit großflächiges Fortschreiten der Schmelzfront reicht das nachströmende Wasser jedenfalls nicht aus.
  • Stattdessen bricht das Wasser an einigen Stellen, an denen zufällig bereits eine winzige Einbuchtung besteht ein und bahnt schmale vom Ursprung radial nach außen gerichtete Kanäle in die Schneeschicht. Auf diese Weise dringt das nachströmende wärmere Wasser in dem bereits gebahnten Kanal bis an die vordere Front vor und „schmilzt“ sich langsam weiter voran.

Je länger die Kanäle werden, desto mehr Wärme geht im Kontakt mit dem Schnee an den Uferwänden verloren und der Vortrieb des Kanals wird langsamer. Durch den „Druck“ des nachströmenden Wassers an die Uferwände kommt es schließlich zu Durchbrüchen, die zu Seitenkanälen führen, die sich gegebenenfalls weiter verzweigen usw.

Dieser Versuch einer Erklärung stützt sich allein auf das Foto und die typischen Mechanismen, die zu dendritischen Fraktalen führen und könnte daher mit einigen Unsicherheiten in den Schlussfolgerungen verbunden sein.


Erklärung der Rätselfotos des Monats Februar 2010

Diskussionen

10 Gedanken zu “Rätselfoto des Monats April 2020

  1. Das ist ja wieder ein interessantes Rätsel! Ich kann mir nur eine Reflektion von einem Spiegel oder einer Glaswand vorstellen! Wäre aber wahrscheinlich zu einfach! 🙆
    Bin auf die Auflösung gespannt!
    Liebe Grüße Babsi

    Verfasst von kunst-schaffende-BaSch-Babsi Schnabel | 1. April 2020, 13:09
  2. Ich denke, daß das Gegenlicht auf eine hinter Dir selbst gelegene Fläche traf und von dort auf das Loch der Scheibe und dort in seine Spektralfarben aufgebrochen wurde.

    Verfasst von kopfundgestalt | 1. April 2020, 14:10
  3. Ich würde auf die Wirkung des Rohlings als Fresnel-Linse tippen, wobei die „Spuren“ als die Kanten der Linse wirken.

    Verfasst von Stefan Thierfeldt | 30. April 2020, 10:19
    • Guter Gedanke. Aber anders als bei einer Fresnellinse besteht eine CD aus pits und lands, also Vertiefungen und Flächen zwischen den pits. Ein Brechung des Lichts im ursprünglichen Verständnis findet also nicht statt. Aber an den mikroskopisch feinen Strukturen wird das Licht gebeugt und zur Interferenz gebracht. Es entsteht ein sogenanntes Axicon. Ich werde morgen zusammen mit dem neuen Rätselfoto eine ausführlichere Erklärung ins Netz stellen.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 30. April 2020, 14:02

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