//
Artikel Archiv

Didaktik, Geschichte, Wissenschaftstheorie

Diese Kategorie enthält 97 Beiträge

Leonardo da Vinci (5) – Der junge Mond hält die ganze Mondscheibe umarmt

Immer wenn ich den aschfahlen Mond am Himmel sehe, denke ich an die Worte Martin Wagenscheins (1896 – 1988), der sich wiederum auf Leonardo da Vinci bezieht: „Leonardo, ein Meister des Sehens und seiner Muttersprache, mit Glanz und Präzision, Kraft und Zartheit. Ich wähle eine Notiz, die er 1508, in seinem sechsundfünfzigsten Jahr, niedergeschrieben hat. Sie führt uns noch einmal zur Mondsichel zurück, und zwar zu ihrem schönsten frühesten Stadium, in welchem sie, noch ganz nah der Sonne, gerade aus der neumondlichen Unsichtbarkeit heraustretend, als ein besonderes Rätsel die Grau schimmernde ganze Mondscheibe umarmt hält. Weiterlesen

Werbeanzeigen

Die Physik im Dienst der Kunst – zum 500. Todestag Leonardo da Vincis

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 5 (2019) S. 64 – 67

Er glich einem Menschen,
der in der Finsternis zu früh erwacht war,
während die anderen noch alle schliefen.
Sigmund Freud (1856–1939)

Leonardo da Vinci war überzeugt, die Praxis müsse stets auf guter Theorie beruhen. Seine eigenen Untersuchungen zu optischen Erscheinungen machten ihn zu einem Vorreiter der neuzeitlichen Physik.

Heute vor 500 Jahren ist Leonardo da Vinci in Frankreich gestorben. Er ist vor allem als Ausnahmekünstler in Erinnerung geblieben – einige seiner Gemälde gehören zu den berühmtesten der Welt. Weniger bekannt ist, dass er sich als Naturforscher optische Regeln für sein künstlerisches Schaffen erarbeitet hat. Die meisten davon sind noch heute gültig, 500 Jahre nach seinem Tod. Mit Hilfe seiner physikalischen Einsichten verlieh er beispielsweise der Mona Lisa über die bloße realistische Abbildung hinaus eine große Lebendigkeit.
So nutzte Leonardo auf einfühlsame Weise Lichteffekte auf dem Körper und dem Gewand. Er forderte, Schatten »sollen nie so beschaffen sein, dass durch ihre Dunkelheit die Farbe an dem Ort, wo sie entstehen, ganz verlorengeht«. Man dürfe keine scharfen Umrisse machen und keine weißen Lichter setzen, außer auf weiße Dinge. Darüber hinaus nutzte er einen Aspekt der Farbperspektive aus, der in dem typischen Blauschimmer ferner Objekte zum Ausdruck kommt: »Ein sichtbarer Gegenstand wird seine wirkliche Farbe in dem Maße weniger zeigen, in dem das zwischen ihn und das Auge eingeschobene Mittel an Dicke der Schicht zunimmt. Das Mittel zwischen dem Auge und dem gesehenen Gegenstand wandelt die Farbe dieses Gegenstandes zur seinigen um.« Er erkannte, dass Wechselwirkungen des weißen Sonnenlichts beim Durchgang durch eine größere Luftschicht eine Blautönung bewirken. Damit war er seiner Zeit weit voraus. Erst der britische Lord Rayleigh konnte Ende des 19. Jahrhunderts das Himmelsblau erklären. Doch bereits Leonardo hatte den richtigen Ansatz: Der Himmel wird deshalb hell und blau, weil »winzige und unsichtbare Atome es streuen«. Er täuschte sich nur darin, dass er Wasserteilchen in der Luft für die Ursache hielt und nicht die Luft selbst…. weiterlesen

Leonardo hat uns auch Rätsel hinterlassen, von denen er sicherlich die Lösung wusste. So sagt er beispielsweise »Man wird oftmals sehen, wie aus einem Menschen drei werden, und alle ihm folgen: und häufig verlässt sie gerade dieser eine, der ähnlichste«. Ob er damit den Doppelschatten eines Menschen gemeint hat, wie er im Foto zu sehen ist und das als Schattengeber fungierende Original hinzugenommen hat?

 

Leonardo da Vinci (3) – Erklärung des Erdscheins

Leonardo da Vinci hat als einer der ersten zahlreiche Alltagsphänomene im Sinne der neuzeitlichen Physik nicht nur zutreffend, sondern didaktisch elegant beschrieben. Er stellt die Mondphasen so dar, dass man sich unmittelbar in die Situation hineinversetzen muss.

Der Mond hat kein Licht von sich aus,
und soviel die Sonne von ihm sieht,
soviel beleuchtet sie;
und von dieser Beleuchtung
sehen wir soviel,
wieviel davon uns sieht. 

Und wenn er denn schon dabei ist, beschreibt er auch noch gleich das Phänomen des Erdscheins, in dem die Erde als indirekt stahlender Körper hinzugenommen wird. Der Erdschein ist oft beim neuen Mond zu sehen:

Und seine Nacht*
empfängt so viel Helligkeit,
wie unsere Gewässer ihm spenden,
indem sie das Bild der Sonne widerspiegeln,
die sich in allen jenen (Gewässern) spiegelt,
welche die Sonne und den Mond sehen.

(Um den Erdschein im oberen Foto besser sehen zu können, zur Vergrößerung auf Bild klicken).
Auch aus heutiger Sicht sind viele physikalische Beschreibungen aus Leonardos Feder in „Glanz und Präzision, Kraft und Zartheit“ unübertroffen, wie der Physikdidaktiker Martin Wagenschein **(1896 – 1988) es einmal ausgedrückt hat. Dieses fast wie ein Gedicht wirkende Stück Prosa erscheint ihm „als ein kostbares Muster für die endgültige, präzise Fassung einer naturwissenschaftlichen Einsicht, die in der Wirklichkeit des Gegenstandes wie in der Wärme der Muttersprache bleiben darf“.
Leonardo beschreibt das aschgraue Licht als Ergebnis einer doppelten Reflexion von Sonnenlicht. Dieses erreicht den nicht direkt beleuchteten Teil des Mondes über den Umweg des beleuchteten Teils der Erde. Dieser hat gleichzeitig die Sonne und den Mond „im Blick“. Er wählt keinen menschlichen Beobachter, weil dieser wegen des mangelnden Kontrastes vom taghellen Teil der Erde das aschgraue Licht gar nicht sehen würde. Erst wenn er sich mit der Sonne in den Abend dreht und es dunkler wird, wird der Erdschein unter günstigen Bedingungen sichtbar. Heute weiß man, dass in erster Linie nicht die Gewässer den Erdschein bedingen, sondern u.a. Wolken und Schneefelder.


* gemeint ist der im Dunkeln liegende Bereich des Mondes, der von der Sonne nicht erreicht wird.
** Martin Wagenschein. Ursprüngliches Verstehen und exaktes Denken II. Stuttgart 1970, S. 66
Untere Skizze: Leonardos Skizze des Erdscheins aus: Da Vinci’s Codex Leicester (ca. 1510)

Eine ansteigend geordnete, eingerollte Gebärde…

Die meisten Leute kranken daran, daß sie nicht aussagen können, was sie sehen und was sie denken. Man behauptet, es sei nichts schwieriger als eine Spirale in Worten zu definieren: Man muß dazu, sagt man, in der Luft mit der literaturlosen Hand eine ansteigend geordnete, eingerollte Gebärde vollführen, dank welcher sich diese abstrakte Figur der Sprungfedern oder manchen Treppen den Augen darstellt. Weiterlesen

Leonardo da Vinci (2) – Zur physikalischen Dimension des Malens

Folge 2:
Geht man der Frage nach, was bis in unsere Tage den Gemälden Leonardos da Vincis so faszinierend ist, so kann man den Eindruck gewinnen, dass er nicht nur malte was er sah, sondern darüber hinaus zahlreiche optische Regeln anwandte, um sich auf kalkulierte Weise über das Reale hinwegzusetzen. Dabei gelang es ihm beispielsweise, der Mona Lisa über die bloße realistische Abbildung hinaus eine große Lebendigkeit zu verleihen. Er nutze einerseits einen Aspekt der Farbperspektive aus, der hier im Blauschleier zum Ausdruck kommt, der die fernen Gegenstände im Hintergrund umgibt. Dabei begründete er sein Vorgehen so: „Ein sichtbarer Gegenstand wird seine wirkliche Farbe in dem Maße weniger zeigen, in dem das zwischen ihn und das Auge eingeschobene Mittel an Dicke der Schicht zunimmt. Das Mittel zwischen dem Auge und dem gesehenen Gegenstand wandelt die Farbe dieses Gegenstandes zur seinigen um“ [1] . Andererseits berücksichtigte er das Phänomen, wonach ferne Gegenstände verschwommen erscheinen: „Scheinbild und Substanz der Dinge verlieren mit jedem Grad an Entfernung an Wirkungskraft, das heißt, je weiter der Gegenstand sich vom Auge entfernen wird, um so weniger (und unvollkommener) wird er mit seinem Scheinbild durch die (zwischengeschobene) Luft hindurchdringen können“ (ebd.).
Bei der Person selbst machte er auf einfühlsame Weise von Licht- und Schatteneffekten auf dem Körper und dem Gewand Gebrauch: „Von der Fleischfarbe und von den Gestalten in großer Entfernung vom Auge… Und vergiß ja nicht, die Schatten sollen nie so beschaffen sein, daß durch ihre Dunkelheit die Farbe an dem Ort, wo sie entstehen, ganz verlorengeht, außer der Ort, wo sich die Körper befinden, ist schon von sich aus finster… Mach keine scharfen Umrisse, löse keine Haare heraus, setze keine weißen Lichter, außer auf weiße Gegenstände. Und die Lichter sollen aus den Farben, auf die sie scheinen, die größte Schönheit herausholen“[2].

Leonardo überließ nichts dem Zufall, er hatte alles vorher erforscht und experimentell untersucht, so dass man mit Recht sagen kann: So physikalisch durchdacht und natürlich zugleich, hat vor ihm keiner gemalt. Dieses durch „physikalische“ Erkenntnisse bestimmte Vorgehen unterscheidet insbesondere die Mona Lisa von den Werken seiner zeitgenössischen Kollegen.

Der Kunsthistoriker und Experte für Leonardo da Vincis Werk, Martin Kemp, betont in diesem Zusammenhang, dass Leonardos Technik Ähnlichkeiten mit den Computersimulationen unserer Tage aufweist, mit denen heute natürlich wirkende Landschaften generiert werden. Auch bei ihnen spielt die physikalische Erfassung auch noch der kleinsten Effekte, die zum Eindruck des Bildes führen, eine wichtige Rolle: „Seine Studien von Licht, das ausgehend von einer punktförmigen Quelle die Konturen eines Gesichtes trifft (Abb. 10), veranschaulichen, daß es ihm darum ging, mittels eines Systems, das dem der Strahlenaufzeichnung in der Computergraphik entspricht, modellierte Formen zu erzeugen“ [3]. Doch diese Details bemerkt man erst auf dem zweiten Blick, wenn man sich u.a. klarmacht, dass

  • Mona Lisa auf einer Loggia, also im Gegenlicht, sitzt,
  • aber von links beleuchtet wird, wo sich die Decke befindet,
  • der Hintergrund bläulich und unscharf erscheint,
  • die Rundungen deutlicher hervortreten, als es normalerweise möglich ist.

Wir haben es also mit einer virtuellen, konstruierten Wirklichkeit zu tun, in der der Künstler mit der gezielten Handhabung physikalischer Gesetzmäßigkeiten versucht, das Statische und Eingefrorene eines Gemäldes zu überwinden, das bei einer exakten Kopie der Natur so typisch ist.


[1] da Vinci, Leonardo, zit. nach: von Baeyer, Hans Christian: Regenbogen, Schneeflocken und Quarks. Reinbek: Rowohlt 1996
[2] da Vinci, Leonardo: Sämtliche Gemälde und die Schriften zur Malerei, zit. nach: André Chastel (Hrsg.) München: Schirmer/Mosel 1990
[3] Kemp, Martin: Leonardo. München: C.H. Beck 2004
Quelle Mona Lisa

Verblüffende Alltagsphysik – Überraschende Antworten auf 33 allgegenwärtige Rätsel

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft Spezial 1.19 (2019), 82 Seiten

Vertrautes aus physikalischer Sicht

Es schien, als seien die umkränzten Lichtkreuze über Nacht in die Welt gesetzt worden. Nachdem ich diese merkwürdigen Objekte an Häuserwänden und Straßen (siehe S. 30) zum ersten Mal entdeckt hatte, sah ich sie von diesem Tag an überall. Freilich müssen die seltsamen Figuren schon vorher immer wieder auf meine Netzhäute gelangt sein, doch ich hatte sie bis dahin nicht bewusst wahrgenommen. Das ist typisch für viele Phänomene im Alltag und in der Natur. Man muss regelrecht lernen, sie zu sehen – und das gelingt am besten, indem man durch möglichst viele Beispiele dazu angeregt wird. Weiterlesen

Annäherung

Es mag zwar paradox klingen, doch alle exakte Wissenschaft wird vom Gedanken der Annäherung beherrscht.

Bertrand Russel (1872 – 1970)

Nicht jede Höhle ist eine Hölle

Zerberus, den Höllenhund, hatte ich mir ganz anders vorgestellt. Aber vielleicht ist der Torbogen, den ich auf einer Wanderung entdeckte auch nicht der Eingang zur Hölle. Immerhin machte er mich auf einen Aspekt aufmerksam, den Anne Weber (*1964) folgendermaßen beschreibt:
Weiterlesen

Die Unumkehrbarkeit von Ringwellen

Stein_Ringwellen_rvJeder hat Erfahrungen mit größer werdenden Kreisen. Dafür genügt es schon, daß er Zeuge war, wie ein Stein in ein Wasserbecken fiel. aber niemand hat Kreise gesehen, die vom Horizont ausgegangen und in ihrem eignen Mittelpunkt verschwunden sind.

Caillois, Roger (1913 – 1978): Steine. München 1983.

An einem scheinbar rein mechanischen Beispiel kommt in dieser schlichten Feststellung die Irreversibilität natürlicher Vorgänge zum Ausdruck. Irreversibiltität als Ausdruck des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik gilt nicht nur in der Thermodynamik im engeren Sinne. Vielmehr ist die reibungsfreie Mechanik, wonach die Ringe am Ufer reflektiert wieder zurückkommen  und der Stein wieder aus dem Wasser hochschnellt, eine extreme Idealisierung der Wirklichkeit – ohne die allerdings die Entwicklung einer quantitativen physikalischen Beschreibung der Welt im neuzeitlichen Sinne nicht möglich und denkbar wäre. Erst vor dem idealen Hintergrund einfacher physikalischer Gesetzmäßigkeiten lässt sich die wirkliche Welt in definierten Abweichungen von der Idealität physikalisch beschreiben.

Opfer stillschweigender Voraussetzungen

Vor ein paar Tagen habe ich ein Phänomen  beschrieben, bei dem eine mit Wasser gefüllte Flasche wie eine Lupe wirkt. Etwas ganz Ähnliches war mir vor Jahren schon einmal aufgefallen und ich hatte es während eines Essens sehr zum Ärger meiner Begleitung auch fotografisch festgehalten (siehe Foto). Mir schien die Situation klar: Die Schrift wird durch die Zylinderlinse (jedenfalls näherungweise), die hier als Zylinderlupe wirkt, in der Horizontalen vergrößert. Weiterlesen

Möven über und unter der Wasseroberfläche

Möwenflug

Möwen sah um einen Felsen kreisen
Ich in unermüdlich gleichen Gleisen,
Auf gespannter Schwinge schweben bleibend,
Eine schimmernd weiße Bahn beschreibend,
Und zugleich im grünen Meeresspiegel
Sah ich um dieselben Felsenspitzen
Eine helle Jagd gestreckter Flügel
Unermüdlich durch die Tiefe blitzen.
Und der Spiegel hatte solche Klarheit,
Daß sich anders nicht die Flügel hoben
Tief im Meer, als hoch in Lüften oben,
Daß sich völlig glichen Trug und Wahrheit. Weiterlesen

Rollen ist nicht Fallen – Fall 10

Bei der Herstellung physikalischer Experimentalsituationen spielt der Einsatz technischer Mittel eine wichtige Rolle. Mit Hilfe von lichtschrankengesteuerten elektronischen Uhren ist es eine Leichtigkeit, die den menschlichen Sinnen direkt nicht zugänglichen Änderungen der Bewegung beim freien Fall sehr präzise zu erfassen. Weiterlesen

Weckt mehr Bücher auf!

Ein Buch ist ja keine Drehorgel, womit uns der Invalide unter dem Fenster unerbittlich die Ohren zermartert. Ein Buch ist sogar noch zurückhaltender als das doch immerhin mit einer gewissen offenen Begehrlichkeit von der Wand herabschauende Bildnis. Ein Buch, wenn es so zugeklappt daliegt, ist ein gebundenes, schlafendes, harmloses Tierchen, welches keinem was zuleide tut. Wer es nicht aufweckt, den gähnt es nicht an; wer ihm die Nase nicht grad zwischen die Kiefern steckt, den beißt`s auch nicht.

Wilhelm Busch (1832 -1908) Weiterlesen

Physik und Literatur

Es ergibt sich der merkwürdije (aber feine & interessante) Casus : daß eine hochwichtije gestrenge Wissenschaft in RomanForm vorgetragn werdn sollte, um Ab=, womöglich VorBild von/für Leb’m & Verhaltn zu sein.

Arno Schmidt (1914 – 1979): Zettels Traum. Bargfeld 2010 Weiterlesen

Vom realen zum freien Fall: Annäherungen – Fall 8

Im ersten Fall lässt man einen Papierstreifen, am besten in Form einer Spielkarte etwa aus Kopfhöhe fallen. Sie fällt meist nicht in vorhersagbarer Weise, sondern geht Kapriolen schlagend zu Boden und landet in einiger Entfernung vom Fußpunkt des Startpunkts.
Im zweiten Fall, lässt man die Karte senkrecht ausgerichtet fallen (siehe obere Abbildung, man blickt auf die kurze Stirnseite der Karte). Sie geht mit großer Wahrscheinlichkeit nach einer kurzen senkrechten Fallstrecke in eine gleichmäßige Drehbewegung um die horizontale Achse über und landet in einer bestimmten Entfernung links oder rechts vom Startpunkt. Diese Situation ist schematisch in der oberen Abbildung zu sehen, in der die Positionen der fallenden Karte in sehr kurzen, konstanten Zeitabständen dargestellt ist.
Dass die Entfernung des Landepunkts von dem Fußpunkt des Starts stets in etwa dieselbe ist und es vom Zufall abhängt, ob die Karte links oder rechts landet, erfährt man, wenn zahlreiche Karten auf die gleiche Weise fallengelassen werden. Es entstehen schließlich zwei gleich weit vom Startpunkt entfernte Kartenhäufchen, deren Anzahl im Idealfall sich umso mehr angleicht, je mehr Karten fallengelassen werden. Weiterlesen

Flanieren in der Stadt – mit physikalischen Hintergedanken

H. Joachim Schlichting. In: Hilde Köster (Hrsg.). Stadtbilder. Perspektiven auf urbanes Leben. Baltmannsweiler: Schneider Verlag Hohengehren 2018, S. 107 – 122.

Das Fremde, worauf man normalerweise nicht achtet, ist das Vertraute unter einer besonderen Perspektive betrachtet. Das Fremde ist in diesem Fall das Physikalische, dem man auf Schritt und Tritt begegnen kann, wenn man sich nur darauf einlässt. Und das tun die beiden Protagonisten auf dem hier beschriebenen Spaziergang durch eine Stadt. Sie spüren dabei scheinbar ohne besondere Anstrengung das Physikalische im Alltäglichen auf, wobei künstlerische und architektonische Ansichten mit einbezogen werden. Die Beobachtungen werden auf unterschiedlichen Ebenen diskutiert. Manchmal werden sie nur registriert oder etwas ausführlicher beschrieben. Aber in den meisten Fällen werden einfache Erklärungen gegeben, oder es wird durch weiterführende Literaturhinweise auf solche verwiesen. Weiterlesen

Der freie Fall als didaktische Falle – Fall 7

…die Frucht ist dort gefallen,
Von der eignen Fülle schwer..

Friedrich Schiller (1759 – 1805)

Aus der Sicht der neuzeitlichen Physik ist der freie Fall, wonach beliebige Gegenstände mit gleicher Beschleunigung fallen, eine äußerst einfache Angelegenheit. Eine Fülle phänomenologisch verschiedener Bewegungen, wie etwa die der Satelliten und Planeten bis hin zu den Elektronen im Bohrschen Atommodell können als einheitlicher Fall, als freier Fall angesehen werden. Weiterlesen

Newtons Apfel – Fall 6

Auch Gedanken
fallen manchmal unreif vom Baum.

Ludwig Wittgenstein (1889 – 1951)

Isaac Newtons (1642 – 1726) Einfall einer Vereinigung von freiem Fall und kreisenden Planeten wird interessanterweise als Ergebnis einer „empirischen“ Begebenheit inszeniert. Dabei sollte für ihn wie schon für Adam der Apfelbaum zum Baum der Erkenntnis werden: Einer in verschiedenen Versionen tradierten Anekdote zufolge, fällt Newton ausgerechnet durch einen fallenden Apfel der Fall der Planeten auf. In ihrem Fall um die Sonne sieht er einen Sonderfall des freien Falls.
Weiterlesen

Der Fall der Planeten – Fall 5

Es brauchte schon einen Newton,
um zu bemerken, daß auch der Mond fällt,
wo doch jeder genau sieht, daß er nicht fällt.

Paul Valéry (1871 – 1945)

Obwohl Galileo Galilei durch die Dauerhaftigkeit und Gleichförmigkeit der Planetenbahnen am Himmel zu seinen weitreichenden Einfällen inspiriert worden sein könnte, war erst Isaac Newton in der Lage, auf der Grundlage des freien Falls, wie ihn Galilei konzipiert hatte, die Bewegungen der Planeten selbst als einen Sonderfall des freien Falls zu sehen. Weiterlesen

Physik und Kunst im Alltag

physik_und_kunstDas Schönste, was wir erleben können,
ist das Geheimnisvolle.
Es ist das Grundgefühl, das an der Wiege
von wahrer Kunst und Wissenschaft steht

Albert Einstein (1879 – 1955) Weiterlesen

Anschauungen und Begriffe (Lichtenberg 10)

anschauung_dscf5386_rvGeorg Christhoph Lichtenberg teilt die Auffassung Immanuel Kants, dass „Gedanken ohne Inhalt (…) leer, Anschauungen ohne Begriffe (…) blind (sind). Daher ist es notwendig, seine Begriffe sinnlich zu machen, (d.i. ihnen den Gegenstand in der Anschauung beizufügen), um seine Anschauungen sich verständlich zu machen (d.i. sie unter Begriffe zu bringen). Beide Vermögen, oder auch Fähigkeiten, können ihre Funktionen nicht vertauschen. Der Verstand vermag nichts anzuschauen, und die Sinne nichts zu denken. Nur daraus, dass sie sich vereinigen, kann Erkenntnis entspringen (Kant: Kritik der reinen Vernunft). Er lobt daher den Menschen „der viel gedacht und gelesen und erfahren hat, und der alles was er gedacht gelesen und erfahren hat bei jeder Sache die er unternimmt also auch bei jedem Buch das er schreibt vereint zum besten Zweck anzuwenden weiß, alles so anschaulich darzustellen, daß jeder sehen muß was er selbst gesehen hat“ (J 1559)*. Weiterlesen

Fallen durch Rollen – Fall 4

Wenn alle Körper gleich schnell fallen, dann genügt die Untersuchung eines einzigen Gegenstands um festzustellen, wie schnell etwas fällt. Schon die Erfahrung, daß ein aus größerer Höhe fallendes Objekt gefährlicher ist als eines, das aus niedrigerer Höhe fällt, zeigt, daß die Geschwindigkeit während des Falls zunehmen muß. Die Frage, in welchem Maße sie zunimmt, war zur Zeit Galileis eine große Herausforderung. Denn der freie Fall ist normalerweise mit Geschwindigkeiten verbunden, die jenseits des menschlichen Reaktionsvermögens liegen. Außerdem standen Galilei keine geeigneten Uhren zur Verfügung.
Ein weiterer großer Einfall, der ebenfalls zum Meilenstein für die neuzeitliche Physik und zum weiteren Problemfall für das Lehren und Lernen von Physik werden sollte, kam Galilei in dieser Situation zur Hilfe. Er fand wesentliche quantitative Aussagen zum Fallgesetz durch Kugeln, die er eine schiefe Ebene herunterrollen ließ (siehe Foto). Mit der schiefen Ebene gelingt es ihm den „Fall“ so zu verlangsamen, daß der eigene Pulsschlag oder das ausfließende Wasser einer Wasseruhr ausreicht, die Geschwindigkeitsänderungen pro Zeiteinheit zu messen. Er arbeitet also mit einer Art Zeitlupe, indem er von der physikalisch falschen, für eine qualitative Bestätigung der Erwartung aber brauchbaren Voraussetzung ausgeht, daß das Fallen durch Rollen ersetzt werden könne.
Durch Verkleinerung der Neigung der Ebene schuf Galilei eine Situation, die der virtuellen Verminderung der Stärke der Gravitationskraft gleichkommt. Die schiefe Ebene gehört damit zur großen Ahnenreihe paradigmatischer Geräte: „Die schiefe Fläche des Galilei, der Perpendikel des Huygens, die Quecksilberröhre des Torricelli, die Luftpumpe des Otto Guericke, und das gläserne Prisma des Newton haben uns den Schlüssel zu großen Naturgeheimnissen gegeben“ (Immanuel Kant. Versuch den Begriff der negativen Größen in die Weltweisheit einzuführen 1968).

Foto: Schiefe Ebene des Galileo  Galilei im Museo de storia della scienca in Florenz.

Bei Flut sinkt der Wasserspiegel im Brunnen

Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 48/6 (2017), S.307

Kürzlich wies der englische Wissenschafts-journalist Marcus Chown auf ein schon in der Antike diskutiertes geophysikalisches Rätsel hin [1]. Demnach hat der griechische Philosoph Poseidonius um etwa 100 v. Chr. an der Atlantikküste von Spanien in der Nähe des heutigen Cadiz bemerkt, dass der Wasserstand in einem Brunnen immer dann sinkt, wenn aufgrund der Gezeiten die Flut kommt und umgekehrt. Weiterlesen

Der freie Fall im Vakuum – Fall 3

Nicht daß man etwas Neues zuerst sieht, sondern daß man das Alte,
Altbekannte, von jedermann Gesehene und Übersehene wie neu sieht,
zeichnet die eigentlich originalen Köpfe aus.

Friedrich Nietzsche

Wie verfiel Galilei auf die Idee des freien Falles, wonach – anders als es die Beobachtung von Bewegungen auf der Erde nahelegt – alle sich selbst überlassenen Gegenstände gleich schnell (genauer: mit gleicher Beschleunigung) zur Erde fallen? Man kann mit Fug und Recht behaupten, daß die Idee vom Himmel gefallen ist und zwar im wörtlichen wie im sprichwörtlichen Sinne. Denn zum einen könnte Galilei aus der Beobachtung, daß die Himmelkörper auf einfachen gleichbleibenden Bahnen umlaufen, die Frage zugefallen sein: Wie würden sich Gegenstände auf der Erde verhalten, wenn sie sich wie die Himmelskörper ungehindert bewegen könnten? Zum anderen ist zumindest rein phänomenologisch kein Zusammenhang zwischen irdischen und im Unterschied zu ihnen geradezu als fallunfähig angesehenen Himmelskörpern zu erkennen. Weiterlesen

Von Thales Fall bis zum Fall Galilei – Fall 2

Thales von Milet ist nicht nur durch seine glänzenden Einfälle im Bereich der Mathematik und Physik bekannt geworden, sondern ebenso durch eine Art Unfall: Beim Betrachten der Sterne fällt er in eine Grube. Dieser Vorfall brachte ihm keinen Beifall, sondern abfällige Bemerkungen seiner thrakischen Magd ein. Ihrer lebensweltlichen Überzeugung entsprechend, war es abwegig, in die Ferne zu schweifen und das Naheliegende zu übersehen. Offenbar hat weder das Missgeschick des Meisters noch der Spott darüber seiner Größe etwas anhaben können. Was gilt schon eine ausfallend werdende Magd, die zudem aus dem kulturell als rückständig angesehenen Thrakien stammte? Dennoch ist diese Anekdote nicht zum Verstummen zu bringen, macht sie doch auf eindrucksvolle Weise auf Differenzen zwischen unterschiedlichen Sehweisen aufmerksam, denen verschiedene sozio- kulturelle, visuell- begriffliche u.a. Hintergründe entsprechen: Während die thrakische Magd das lebensweltliche Denken verkörpert, das zu einer unmittelbaren, vom Gefühl und subjektiven Empfinden her bestimmten Einschätzung des Weltgeschehens führt, steht der griechische Gelehrte für das auf abstandnehmender Beobachtung, Trennung von Subjekt und Objekt, auf Unparteilichkeit und Leidenschaftslosigkeit beruhende Handeln. Weiterlesen

Natur und Kunst

Wenn ich mir diesen Ausschnitt eines Blatts anschaue, das mir aus dem üblichen Chaos der abgefallenen Herbstblätter heraus ins Auge fällt, dann frage ich mich, welcher Gestaltungstrieb hinter dieser Strukturierung steht. Es ist ein Blatt unter vielen anderen, die sich mehr oder weniger ähneln. Weiterlesen

Alles was der Fall ist – Fall 1

„Die Welt ist alles, was der Fall ist“ (Ludwig Wittgenstein 1889 – 1951). In der Tat: Alles, was auf dieser Welt sich selbst überlassen ist und keine Unterstützung hat, fällt: Dachziegel vom Dach, Regen aus den Wolken, der Reiter vom Pferd…Im letzteren Fall spricht man eher von einem Unfall. Auch der meist als Sündenfall bezeichnete Vorfall, der die Vertreibung von Adam und Eva aus dem Paradies zur Folge hatte, wird oft als Unfall bezeichnet. Mit ihm beginnt jedoch die von vielen weiteren Fällen (Glücks- und Unglücksfällen) gekennzeichnete Menschheitsgeschichte. Weiterlesen

Die Welt als Hintergrund

ente_abstrakt_dscf5126aDie gewöhnliche Betrachtungsweise sieht die Gegenstände gleichsam aus ihrer Mitte, (man ist immer schon mittendrin, HJS), die Betrachtung sub specie aeternitatis  von außerhalb. So daß sie die ganze Welt als Hintergrund haben.
Nun scheint mir aber, gibt es außer der Arbeit des Künstlers noch eine andere, die  Welt sub specie aeterni einzufangen. Es ist- glaube ich- der Weg des Gedankens, der gleichsam über die Welt hinfliege und sie so läßt, wie sie ist – sie von oben vom Fluge betrachtend.
Der Mensch aber befindet sich in dieser Welt in der die Dinge zerbrechen, rutschen, alles mögliche Unheil anstiften. Und er ist natürlich eins von den Dingen.

Ludwig Wittgenstein (1889 – 1951).

Der Fall des Falls – Fall 0

Der Herbst mit seinen fallenden Blättern erinnert mich auch daran, dass der Fall, vor allem der freie Fall zu den grundlegenden Konzepten der neuzeitlichen Physik gehört. Er zieht sich wie ein roter Faden durch die Geschichte – nicht nur der Physik, man denke etwa an den Sündenfall – und ist zum Paradefall des typisch physikalischen und naturwissenschaftlichen Denkens geworden. Weiterlesen

Pfeffer und gezackte Linien (Lichtenberg 3)

lichtenberg_figuren_rvDer erste deutsche Experimentalphysiker Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799) hat sich nach eigenem Bekunden in seiner experimentellen Forschung mit seltsamen Geschöpfen auf der Grenze zwischen Luft und Festkörper befasst. Als jemand der „Pfeffer und gezackte Linien“ (F 995) liebt, stößt er wohl als erster Physiker im Rahmen seiner Experimente zur Elektrostatik auf nichtlineare fraktale Muster, die fortan seinen Namen tragen sollten. Weiterlesen

Licht stirbt den Wärmetod

lichttod_lichtschatten101_2Die Löschung des Lichtes zu Hitze ist sein eigentlicher Tod.
Alles Licht, das durch Materie gelöscht wird, die sich dabei erwärmt,
ist gestorben und der Schatten ist die Spur, welche sein Tod hinterlässt.

Alfred Schmidt (1931 – 2002).

Eine sehr schöne anthropomorphe Umschreibung der Absorption von Licht durch einen Gegenstand. Im Allgemeinen wird nicht alles Licht, das auf einen Körper auftrifft in Wärme verwandelt. Dies ist nur bei einem absolut schwarzen Körper der Fall. Ein im Licht stehender Gegenstand nimmt normalerweise einen Teil des auftreffenden Lichts auf und gibt einen Teil des Lichts, meist in einer bestimmten Farbe wieder ab. Indem wir dieses Licht aufnehmen, sehen wir den Gegenstand. Hinter dem Gegenstand entsteht je nachdem ob der Körper lichtdurchlässig oder undurchlässig ist ein mehr oder weniger ausgeprägter Schatten.
Die Umschreibung der Umwandlung von Licht in Wärme (bei Umgebungstemperatur) durch den Tod bringt auf ausdruckstarke Weise die Irreversibilität dieses Vorgangs zum Audruck. Denn die entstehende Wärme wandelt sich nicht von selbst wieder in sichtbares Licht zurück, obwohl die Energie dazu vorhanden wäre.

Fata Morgana – real wie eine Luftspiegelung

Schlichting, H. Joachim. Naturwissenschaften im Unterricht Physik 159/160 (2017) S. 74 – 75

In der Hitze flimmerte die Luft über dem graublauen Asphalt, in genügend großer Entfernung wurde das Band zu einem Spiegel, die Materie verflüssigte sich zu einem See, in dem sich die Karosserien und Bäume spiegelten. Er schob dieses Feld, wo Urbild und Abbild auseinanderflossen, vor sich her, und ihm war, als sei die schimmernde Fläche mit der Mitte seines Körpers verbunden“ (Bornholm, Nicolaus. America oder Der Frühling der Dinge Frankfurt 1980). Weiterlesen

Wie Sand am Strand

Schlichting, H. Joachim. Naturwissenschaften im Unterricht Physik 159/160 (2017) S. 56 – 57

Trockener Sand rinnt wie eine Flüssigkeit durch die Finger. Vom Wind verweht, bildet es jedoch teilweise sehr komplexe wellenartige Muster aus, die sich als Sandrippel und Sanddünen fortbewegen. Am Strand sinkt man tief in den trockenen Sand ein. Es ist anstrengend darüber zu laufen. Lässt man den Sand in Gefäße fließen, so nimmt er nahezu wie eine Flüssigkeit die Gefäßform an. Weiterlesen

Sich ein Bild von der Natur machen – Fotografierte Natur- und Alltagsphänomene

Schlichting, H. Joachim. Naturwissenschaft im Unterricht Physik 159/160 (2017) S. 58 – 62

Einführung: Wenn man im Rahmen der Physik von Phänomenen im Allgemeinen und Natur- und Alltagsphänomenen im Besonderen spricht, so sind damit nicht einfach nur neutrale Beobachtungsinhalte gemeint. Vielmehr  stellen sie immer schon gewisse Zusammenhänge von Tatsachen dar. Sie entstehen überhaupt erst dadurch, dass man sich auf bestimmte, auffällige physikalische Merkmale von beobachteten Vorgängen im Alltag der natürlichen und wissenschaftlich-technischen Welt konzentriert. Sieht man einmal von jenen spektakulären Großereignissen wie Regenbogen, Mondfinsternis u.Ä. ab, so muss man also schon ein gewisses Vorverständnis mitbringen, um Naturphänomene überhaupt als solche wahrzunehmen. Weiterlesen

Schneeflocken – geheimnisvolle Schönheiten des Winters

Schlichting, H. Joachim. Naturwissenschaften im Unterricht Physik 159/160 (2017) S. 36 – 37

Wie man bereits aus einem alten Kinderlied weiß, kommen die Schneeflocken aus den Wolken und haben einen langen Weg hinter sich. Ihre Entstehungs- bzw. Lebensspanne ist im Wesentlichen auf diesen Fall aus den Wolken beschränkt. Wer sie mit der behandschuhten Hand auffängt, kann dabei die Entdeckung machen, dass keine Flocke der anderen gleicht. Aber in ihrer Vielfalt haben alle Flocken eines gemeinsam: eine sechseckige Grundstruktur. Sehr selten findet man 3- oder 12-zählige Kristalle; aber niemals 4- oder 8-zählige. Weiterlesen

Photoarchiv

Werbeanzeigen