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Monatsrätsel

Diese Kategorie enthält 60 Beiträge

Vernebelte Durchsichten

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 9 (2017), S. 70 – 71

Licht streuende Partikel zwischen einem Gegenstand und dessen Betrachter trüben den Anblick. Dabei kommt es nicht so sehr auf deren Menge an, sondern vor allem auf ihren Abstand zum Objekt. Weiterlesen

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Rätselfoto des Monats September 2017

Was wächst hier?


Erklärung zum Rätselfoto des Monats August 2017
Frage:
Wie könnte dieses Muster in einer Dünenlandschaft entstanden sein?

Antwort: Was hier fast wie eine Pareidolie eines menschlichen Oberkörpers daherkommt, ist ein Foto eines Ausschnitts aus einer Dünenlandschaft am Strand. Entstanden ist die Struktur folgendermaßen. Nach einem kräftigen Regenguss, durch den die oberen Sandschichten durchnässt wurden, sind Menschen darüber gegangen und haben den Boden an bestimmten Stellen unter ihren Tritten verfestigt. Anschließend sind die oberen Sandschichten wieder getrocknet. Der nachts aufkommende Wind hat den Sand wie gewohnt vor sich hergetrieben und neue Dünenlandschaften gestaltet.
Allerdings konnten nur die trockenen und relativ lockeren Sandkörner weggetragen werden. Folglich sind insbesondere die durch die Tritte der Menschen verfestigten Sandpartien erhalten geblieben. Die verdichtende Wirkung eines Fußabdrucks sieht man in der Mitte des Fotos: Links der Abdruck des Vorfußes und rechts der Ferse. Die Schichtung aus dunklem und hellem Sand zeigt an, dass hier durch Verdichtung höhere Schichten stehen geblieben sind als in der Umgebung. Überhaupt ist die Morphologie ein Abbild der Festigkeit des Untergrunds zur Zeit, als der Wind darüber fegte.
Die unterschiedliche Färbung des Sandes zeigt ähnlich wie die Jahresringe eines Baumes die Vorgeschichte der Sandschichtung an. Offenbar wechseln sich Schichten weißen und dunklen Sandes ab.
Wie es zu dieser Schichtung kommt ist eine weitere interessante Frage. Der Sand besteht aus Partikeln unterschiedlicher Größe, Form, Dichte, Farbe etc. von denen rein visuell vor allem die dunklen und hellen Partikel ins Auge fallen. Normalerweise treten die verschiedenen Sandarten gemischt auf und verleihen dem Sand seine charakteristische grau-gelbliche Färbung. Unter dem Einfluss mechanischer Kräfte, also im Sandsturm und bei Lawinenabgängen an den leeseitigen Dünenabhängen kommt es mindestens zu partiellen Entmischungen, die dann besonders gut zu sehen sind, wenn unterschiedliche Farben der unterschiedlichen Sandarten im Spiel sind. Diese Streifenbildung nennt man in der Physik der granularen Materie auch Stratifikation.
Die Ursachen für die Streifenbildung können verschieden sein und hängen von den jeweiligen physikalischen Unterschieden (Größe, Dichte, Form) der Teilchen ab. Einen Eindruck davon kann man sich verschaffen, wenn man eine Mischung zweier Granulate, z.B. Mohnkörner und Zucker an einer Seite in ein flaches durchsichtiges Gefäß, z.B. eine transparente CD-Hülle, fließen lässt. Es ergeben sich deutliche Streifen, wie das untere Foto zeigt.

Rätselfoto des Monats August 2017

hoehenlinien_im_sand__4_17_rWie könnte dieses Muster in einer Dünenlandschaft entstanden sein?

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Rätselfoto des Monats Juli 2017

Frage: Wo und wie entstehen diese farbigen Netzwerke?

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Erklärung des Ratselfotos des Monats Juni 2017

Frage: Wie kommt es zu dem Berghang im Pool?

Antwort: Der Anblick des Swimmingpools erscheint auf des ersten Blick so, als habe man es hier mit einer ungewöhnlichen Topologie des Bodens zu tun. Der Boden des Pools sieht am Rande relativ flach aus und scheint zum Vordergrund hin in die Tiefe zu stürzen. Man ahnt vielleicht, dass es sich hier nicht um reale Deformationen handelt – welchen Sinn sollten sie auch haben? – sondern um eine optische Täuschung.
Trotz der Auffälligkeit des Phänomens wird es kaum als solches wahrgenommen. Dafür gibt es gute Gründe: Neben der typischen Blindheit für das Spektakuläre im Alltäglichen, wird man einen Swimmingpool normalerweise nicht durch eingehende Betrachtung, sondern durch Schwimmen oder Planschen in Beschlag nehmen wollen. Hinzu kommt, dass die damit einhergehende Zerstörung der glatten Wasseroberfläche die Sichtbarkeit des Phänomens stark einschränkt.
Daher ist es auch hier wie so oft bei ungewöhnlichen Ansichten des Alltäglichen, dass es sich erst aus einer nicht alltäglichen Perspektive erschließt: Entweder man geht ins Wasser und blickt (ruhig schwimmend oder stehend) flach über die Wasseroberfläche ins Wasser oder – wenn man nicht nass werden möchte – kann man den Blick auch flach auf dem Bauch liegend vom Rand des Beckens her tun. Der Aufwand lohnt sich allemal. Zwar sind für jemanden der weiß, was er sehen will, die Deformationen auch aus einem normalen Blickwinkel andeutungsweise erkennbar. Ungewöhnlich wird der Anblick aber erst aus der ungewöhnlichen Perspektive.
Wie kommt es zu diesen optischen Deformationen?
Blickt man in ein Gefäß mit Wasser so stellt man manchmal – erstaunt oder nicht – fest, dass der Boden angehoben erscheint. Das Licht vom Boden des Gefäßes wird beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium vom Einfallslot weg gebrochen, so dass der Beobachter den Boden höher sieht, als er in „Wirklichkeit“ ist. Bei einer Tasse, in die man eine Münze legt, kann man dieses Phänomen eindrucksvoll demonstrieren (mittleres Foto). Blickt man so in die Tasse, dass man die Münze gerade nicht sieht und behält diesen Blickwinkel bei, so gerät sie plötzlich in den Blick, wenn die Tasse mit Wasser gefüllt wird. Der Boden wird samt der Münze optisch angehoben.
Die optische Hebung kennt man. Was man jedoch kaum kennt, ist die Tatsache, dass der optisch gehobene Gegenstand im allgemeinen nicht senkrecht über dem realen Gegenstand zu sehen ist, sondern je nach Blickrichtung auch mehr oder weniger stark horizontal verschoben erscheint. Wie der Blick ins Schwimmbecken zeigt, variieren diese Verschiebungen mit dem Blickwinkel.
Bei der Tasse ist man auf einen sehr kleinen Sehwinkel aus einer ganz bestimmten Höhe beschränkt. Bei größeren Wasserkörpern wie etwa einem Swimmingpool überblickt man gleichzeitig Gebiete aus stark unterschiedlichen Blickwinkeln insbesondere dann, wenn man sich der Wasseroberfläche stark annähert. Die Variation des Blickwinkels geht mit einer kontinuierlichen Variation der Stärke der Hebung einher und bringt die Deformationen hervor, die im obigen Foto zu sehen sind.
Die Deformationen sind außerdem deshalb so gut zu erkennen, weil Boden und Wände des Beckens mit Fließen belegt sind, die wie „Millimeterpapier“ selbst kleine Verzerrungen zu erkennen geben.
Solche brechungsbedingten Deformationen treten natürlich auch bei anderen Gewässern oder Teichen auf. Weil bei ihnen jedoch meist das rechteckige Bezugssystem fehlt, wird man brechungsbedingte Abweichungen von der unbekannten und unverzerrten „wahren“ Topologie des Bodens kaum feststellen können.

Rätselfoto des Monats Juni 2017

Wie kommt es zu dem tiefen Abgrund im Pool?

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Erklärung des Ratselfotos des Monats April 2017
Frage: Was macht die Pflanze so stark?

Antwort: Geht man davon aus, dass Pflanzensamen in kleine Risse des Asphalts geraten und ein Minimum an Erde und Feuchtigkeit vorfinden, so beginnen sie zu wachsen. Ein wesentlicher Mechanismus, Feuchtigkeit aufzunehmen funktioniert durch Osmose. Die Pflanzenzellen haben selektive Wände, die zum Beispiel reines Wasser durchlassen, nicht aber Pflanzensäfte. Da der Drang, sich zu vermischen, also eine möglichst einheitliche Lösung herzustellen, sehr groß ist, kann das Ziel nur dadurch erreicht werden, dass das Wasser durch die Wände in die Pflanze eindringt, umgekehrt aber kein Saft herauskann. Als zwangsläufige Folge erhöht sich der Druck in den Pflanzenzellen. Weil die Pflanzen die Flüssigkeit über die Wurzeln aufnimmt, spricht man auch vom Wurzeldruck. Erst wenn dieser so groß ist wie der durch das Mischungsbestreben bewirkte osmotische Druck wird die Wasseraufnahme gestoppt. Der Druck bei dem das passiert, kann mit bis zu 13 bar erstaunlich hoch sein. Bedenkt man, dass ein Autoreifen einen Druck von etwa 2 bar hat, so kann man sich die Sprengkraft, die dadurch bewirkt wird, gut vorstellen.
Wenn nach einigen Regentagen reife Kirschen platzen, so ist auch dafür der osmotische Druck verantwortlich. Er entsteht in diesem Fall dadurch, dass Regenwasser durch die selektive Haut der Kirsche ins Innere gelangt, um dem natürlichen Mischungsbestreben nachzukommen.

Rätselfoto des Monats Mai 2017

quellungsdruck_asphalt_rvFrage: Wie kommt es zu dieser Asphaltsprengung?

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Erklärung des Ratselfotos des Monats April 2017

Frage: Wie kommt es zu dem Wandschatten?

Antwort: Der Schatten auf dem Boden entsteht dadurch, dass eine Person durch ein Fenster hindurch von hinten und schräg oben vom Sonnenlicht angestrahlt wird, das durch ein Fenster fällt. Sowohl das Fensterkreuz als auch der Schatten der Person werden auf einem Fliesenboden abgebildet. Der Schatten an der Wand scheint ein Spiegelbild dieser Abbildung auf dem Boden zu sein und damit der Boden als Spiegel zu wirken. Dafür spricht der „Kopfstand“ des Personenschattens. Dagegen spricht allerdings, dass ein Spiegel das auffallende Licht (Fensterrahmen mit Person) nicht projiziert, sondern reflektiert und zwar gegen die Wand. Tut er ja auch, wie man sieht. Und die so erhellte Wand sieht man umgekehrt im spiegelnden Boden reflektiert. Das heißt aber, es würde sich genau das ergeben, was man sieht, nur mit einer anderen Begründung. Man sieht also das von hinten eingestrahlte Lichtmuster nicht direkt auf dem Boden, sondern indirekt dadurch, dass das vom spiegelnden Boden an die Wand reflektierte Lichtmuster durch den Boden gespiegelt wird.
Diese Argumentation wäre korrekt, wenn der Boden ein perfekter Spiegel wäre. Ist er aber nicht. Er ist gleichzeitig auch Projektionsfläche. Das kann man schon daran erkennen, dass auch die Bodenfliesen vom „Spiegelhaften“ des Bodens an die Wand reflektiert werden. Des Weiteren ist das Abbild der Person auf dem Boden deutlicher und „schattenhafter“ als auf der Wand. Darin kommt zum Ausdruck, dass der Boden eben doch auch einen Teil des einfallenden Lichtmusters projiziert und nicht nur reflektiert. Schatten und Spiegelbild fallen auf diese Weise zusammen. Das ist nicht immer so. Der Boden ist also gleichzeitig teilweise Spiegel und teilweise Reflexionsfläche oder teilweise glatt und matt.
Solche teilspiegelnden Flächen findet man im Alltag häufiger an als nur spiegelnde Flächen. Dabei kommt es zuweilen vor, dass der Schatten und das Spiegelbild nicht zusammenfallen, sondern als zwei verschiedene Abbilder zu sehen sind.
Die Schulphysik weiß schon, warum sie sich auf ideale Spiegel und Projektionsflächen beschränkt. Sie erspart sich derartig komplizierte Zusammenhänge. Sie beraubt sich damit allerdings auch der Möglichkeit, alltägliche Erscheinungen wie die vorliegende beschreiben zu können. Damit verfehlt sie eine ihrer wesentlichen Aufgaben, dazu beizutragen, alltägliche Erscheinungen in der wissenschaftlich-technischen und natürlichen Welt besser zu verstehen.

 

Rätselfoto des Monats April 2017

Zu gestern: April, April!

Und hier kommt das echte Rätselfoto des Monats:

Frage: Wie kommt es zu der Abbildung an der Wand?

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Rätselfoto des Monats März 2017

waschbrettpiste_3_17Frage: Wie kommt es zu derartigen Waschbrettmustern auf Wegen und Straßen?

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Rätselfoto des Monats Februar 2017

raureif_dsc07778_rvWie kommt es zu diesen einseitig ausgericheten „Eisnadeln“?

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Rätselfoto des Monats Januar 2017

eislawine_rv

Wie kommt es zu diesem zungenartigen Gebilde?

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Räteselfoto des Monats Dezember 2016

weihnachtskerzenreflexionenKerze vor dem Fenster. Wie kommt es zu den Farben? Weiterlesen

Rätselfoto des Monats November 2016

130_tropfen_rvFrage: Wie kommt es zu dieser künstlerisch anmutenden Struktur?

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Erklärung des Rätselfotos des Monats Oktober 2016

Frage eines Kindes: Warum hebt er nicht ab?

Antwort: Keine dumme Frage, denn das Kind weiß, dass wenn es seinen Ballon loslässt, dieser sich unwiederbringlich in die Luft erhebt. Aber eine kleine, sehr grobe Überschlagsrechnung zeigt, dass die Befürchtung des Kindes völlig unberechtigt ist.
Man kann leicht abschätzen, ob die Bedenken des Kindes berechtigt sind. Ein Latexballon mit 30 cm Durchmesser hat ein Volumen von etwa 14 Liter. Ein Liter Luft wiegt 1,2 g. Ersetzt man die Luft durch Helium, das 0,18 g pro Liter wiegt, so ist der Ballon pro Liter ungefähr 1 g, also insgesamt 14 g leichter. Da die Latexhülle etwa 4 g wiegt, so ergibt sich eine Tragkraft von 10 g. Wenn man also 1/10 einer Tafel Schokolade (100 g) dranhängt, würde der Ballon in etwa schwerelos sein. Um genügend schnell aufsteigen zu können, darf man nur einige Gramm (vielleicht 3 Gramm) weniger dranhängen. Es bliebe eine Tragkraft von 7 g. Ein Mensch mit einer Masse von 70 kg würde erst aufsteigen, wenn er an einer Traube von 10000 Ballons hinge.
Das ist viel, wie man sich an der Größe der Traube klarmachen kann, die sich ergäbe, wenn man die kugelförmigen Latexballons kugelförmig zusammenbände, was natürlich nur näherungsweise gelänge, hier aber angenommen wird, um eine einfache Abschätzung machen zu können.
Das Volumen der großen Kugel wäre 10000 mal so groß wie das eines einzelnen Ballons, wenn man davon ausginge, dass die Kugeln ohne Zwischenraum aneinander lägen. Aber das ist nicht realisierbar. Man schafft es höchstens, die Kugeln bei kleinstmöglichen Zwischenräumen aneinanderzupacken. Das wäre – wenn ich mich nicht verrechnet habe – bei einer „unendlichen“ Kugelpackung des Raumes mit einem Füllgrad von 74% möglich. So käme man auf einen Kugeldurchmesser von 7,14 m; in Wirklichkeit wäre es also noch mehr.
Bei Folienballons – mit solchen haben wir es auf dem Foto zu tun – ist die Situation noch ungünstiger. Da der Ballon bei etwa gleichem Volumen ca. 10 g wiegt, würde der Rest kaum noch für eine Nutzlast reichen. Daher reicht ein relativ kleine Masse, um die Ballontraube am Abheben zu hindern. Man gibt meist noch etwas Masse hinzu, um auch gegen normale Windböen gewappnet zu sein.

 

 

Rätselfoto des Monats Oktober 2016

129_warum-hebt-er-nicht-ab_Frage eines etwa 9 jährigen Kindes: Warum hebt der nicht ab?

Damit war der Luftballonverkäufer gemeint, der diese große Traube festhielt. Ich gebe die Frage hiermit an alle Interessierten weiter.

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Rätselfoto des Monats September 2016

128_Lichtsäule_9_16Frage: Woher kommt der senkrechte Lichtstrahl?


Erklärung des Rätselfotos des Monats August 2016

Stimmt da was nicht?
Frage: Wie lässt sich diese Situation physikalisch erklären?
Antwort:
Da betrachtet jemand erstaunt das optische Rätsel, das sich vor ihm auftut. Es ist so, als ob zwei ganz unterschiedliche Gebäude miteinander verschmelzen würden. In gewisser Weise tun sie es auch, jedenfalls optisch. Und das aus folgendem Grund. Vor dem Betrachter steht ein rundum verglastes Gebäude, die Fahrradstation vor dem Münsteraner Hauptbahnhof. Teilweise blickt man durch sie hindurch, teilweise blickt man von unten gegen die Decke des Gebäudes. Die Decke ist links oben deutlich zu erkennen, wo sie von einem Pfeiler unterstützt wird.
127_Worüber_wundert_der_sicGlasscheiben haben die Eigenschaft, das Licht gleichzeitig durchzulassen und zu einem geringen Teil zu reflektieren. Daher kommt das Licht von dem hinter der Fahrradstation gelegenen Gebäude nahezu unvermindert hindurch: Man sieht dieses Gebäude in großer Deutlichkeit. Das von dem (nicht zu sehenden) Bahnhofsgebäude ausgehende und an den Scheiben reflektierte Licht, fällt dagegen kaum ins Gewicht. Anders ist es dort, wo man schräg von unten auf die im Dunkeln liegende Decke der Fahrradstation blickt. Von dort kommt nur sehr wenig Licht, sodass an diesen Stellen, das reflektierte Licht des Bahnhofs ausreicht, deutlich zu sehen ist. Denn es wird kaum durch Gegenlicht überlagert. An den Stellen, an denen der Bahnhof auch noch von der tiefstehenden Sonne beleuchtet wird, ist die Intensität des reflektierten Lichts fast so groß wie das direkte Licht vom gegenüberliegenden Gebäude. Hier kommt es zu einer Überlagerung beider Lichteffekte und zu einer Störung der optischen Information.
Das scheinbar in der Radstation stehende Auto ist ebenfalls eine Reflexion, nämlich eines Autos, das in etwa auf der Höhe des Beobachters parkt und in der Scheibe der Radstation gespiegelt wird.
Das komplexe optische Szenario zeigt, wie stark spiegelnde Reflexionen des Lichts an Glasscheiben in Erscheinung treten und die Transparenz des Glases beeinträchtigen können, wenn entsprechende Lichtverhältnisse herrschen.

Rätselfoto des Monats August 2016

127_Worüber_wundert_der_sic

Wie lässt sich diese Situation physikalisch erklären? Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Juli 2016

126_Blaue-blasen_Juli_2016Wie kommt es zu den blauen Blasen?

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Rätselfoto des Monats Juni 2016

125_Seerosen_und_irisierende_Wolken_Juni_2016Welcher physikalische Unterschied besteht in der Farbentstehung der Seerose und des Wassers?

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Rätselfoto des Monats Mai 2016

124_Rätselfoto-des-Monats-MKunst oder Natur?

Erklärung zum Rätselfoto des Vormonats: Sandzunge am Hang einer Düne

 

 

Rätselfoto des Monats April 2016

123_Sandlawinen_April_2016Wie kommt es zu dieser (fast) symmetrischen Sandstruktur?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Deformationen von Kondensstreifen

 

Rätselfoto des Monats Februar 2016

 

121_Wellenförmige-Eiskante_Februar_2016Wie kommt es zu der wellenförmigen Eiskante?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Wie_kommt_es_zu_den_farbigen_Lichtblitzen?

Rätselfoto des Monats Januar 2016

119_Schnee-mit-bunten-Punkt

Woher kommen die bunten Farbtupfer?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Farben feiner Risse

 

 

 

Rätselfoto des Monats Dezember 2015

Farben feiner Risse

Ein Eisscholle mit einem Riss, der in Farben erstrahlt. Wie kommt es dazu?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Spannung im Spinnennetz

Rätselfoto des Monats November 2015

118_Clevere-Spinne-November

Was ist physikalisch interessant an diesem Spinnennetz?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Bewegte Farben

 

Rätselfoto des Monats Oktober 2015

117_Farben-schwingenden-SeiBewegte Farben – wie entstehen sie? Gesehen im Science Center Phaeno

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Tropfenbelastete Pflanzen

Rätselfoto des Monats September 2015

116_Tropfenbelastete-Pflanzen

Warum „sammelt“ das Gras so viel Wasser?

Erklärung zum Rätselfoto vom Vormonat: Heiligenschein im klaren Wasser

Rätselfoto des Monats August 2015

115_Oppositionseffekt

Wie kommt es zu den Auhellungen im welligen Wasser?

Erklärung zum Rätselfoto des Vormonats: Drehender-Wasserstrahl

Rätselfoto des Monats Juli

114_Drehender-Wasserstrahl

Hat der Wasserstrahl einen Drehwurm? Wenn ja, warum?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Blauer Sternenhimmel

Rätselfoto des Monats Juni 2015

112_Blauer-SternenhimmelWie kommt es zu diesem blauen Sternenhimmel?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Blatt_mit_Tropfen

Rätselfoto des Monats Mai

112_Tropfen-auf-BlattAuf diesem sind einige interessante physikalische Phänomene zu sehen. Welche?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Halo und Kondensstreifen

Im Fahrwasser und Windschatten

111a Im Windschatten KopieOb die Ente, die auf dem nebenstehenden Foto im Fahrwasser eines größeren Vogels hinterherschwimmt auch Energie spart, ist schwer zu entscheiden. Sie schwimmt einerseits im Windschatten, was bei der Entengeschwindigkeit aber zu vernachlässigen ist. Sie bewegt sich andererseits im verwirbelten Heckwasser fort. Weil es dort Wasserbewegungen in verschiedene Richtungen gibt müsste es jedoch schwieriger sein, sich „abzustoßen“ als im ungestörten Wasser.
Aber auch Enten treffen ihre Entscheidungen offenbar nicht nur nach Gesichtspunkten der Effektivität.

Rätselfoto des Monats April 2015

111_Halo_kondensstreifen_scWelche physikalisch interessanten Phänomene sind zu sehen?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Stall-in-Flammen

Rätselfoto des Monats März 2015

108_Stall-in-Flammen

Ein Stall in Flammen?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: 109_Kreisstrukturen im Eis

Rätselfoto des Monats Februar 2015

109_Kreisstrukturen-im-Eis1Wie kommt es zu den Kreisen im Pfützeneis?

Erklärung des Rätselfoto des Vormonats: Pfützen im Winter

Rätselfoto des Monats Januar 2015

108_Pfützeneis_1

Wie entstehen die ringförmigen Muster im Pfützeneis?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Woher_kommt_das_Rot?


Rätselfoto des Monats Dezember 2014

107_Woher_kommt_das_RotWoher kommt das Rot?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Kunstwerke durch Kontaktarmut