//
Artikel Archiv

Physik im Alltag und Naturphänomene

Diese Kategorie enthält 815 Beiträge

Christo was here

GespinstmotteIch staunte nicht schlecht, als ich mit einem Freund auf einer inzwischen einige Jahre zurückliegenden Wanderung an der Ems bei Telgte auf eine Gruppe fast vollständig eigekleideter bzw. verpackter Bäume stießen (obere Abbildung). Es drängte sich mir sofort der Gedanke auf, dass hier ein Verpackungskünstler am Werk war. Die Bäume samt ihrer Äste waren derart sorgfältig mit einer dünnen  Folie überzogen, dass ich meinte, einen natürlichen Ursprung ausschließen zu können.  Denn wenn man vor einem solchen Baum steht und das ziemlich reißfeste und elastische Material in die Hand nimmt, wird man eher an Kunststoff als an ein Produkt natürlicher Herkunft erinnert. Und dennoch sind es kleine Tiere, Raupen der Gespinstmotte (Yponomeuta evonymella), die diese „Kunstwerke“ als Gemeinschaftswerk sehr vieler Individuen hervorbringen. Weiterlesen

Werbeanzeigen

Ein Baum wie aus einem Traum

Bäume sind nicht nur schön, mächtig, grün und was man sonst noch alles an ihnen gut finden kann. Manchmal sind sie auch skurril. Das habe ich schon mehrfach in meinem Blog dokumentiert (z.B. hier und hier und hier und hier und hier). Aber der Baum auf diesem Foto übertrifft mit seiner Struktur alles, was ich in dieser Hinsicht gesehen habe. Wie diese Verwachsungen entstanden sind, in welcher Reihenfolge sich die einzelnen Stämme vereinigt haben, ist kaum noch zu rekonstruieren. Offenbar hat er auch den Förster so beeindruckt, dass der ihn hat stehenlassen. Denn holzwirtschaftlich dürfte er kaum einen Wert haben. Weiterlesen

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

Annihilation

In der Physik gibt es ein Phänomen, das man Annihilation nennt. Es besteht darin, dass sich ein Teilchen, z.B. ein Elektron mit seinem Antiteilchen, dem Positron, trifft, das gewissermaßen ein Elektron mit entgegengesetzter Ladung ist. Da sich entgegengesetzte Ladungen aufheben, vernichten sich in diesem Fall die beiden Teilchen. Die Masse der Teilchen kann aber nicht einfach verschwinden und geht daher in ein Energiequant über. Weiterlesen

Zur Alltagskunst

Und es gibt kein naturwissenschaftliches Arbeitsgebiet, von der Medizin bis zur Physik, von der Entomologie bis zur Plasmaforschung, dem nicht neben dem Erkenntnisdrang auch noch ein vages ästhetisches Motiv unterlegt würde. Daß es auf ewig vage bleiben müsse, daß der Untersuchung des sogenannten Schönen im System unserer Natur-Erkenntnis kein Platz zukomme, gehört zu den aprioristischen Annahmen der Wissenschaft. Diese Annahme ist falsch. Das Werk des Weltenbaumeisters – wer immer er auch gewesen sein mag und noch ist, ob ein Gott oder ein vom Nichts ins Nichts führender physikalischer Prozeß – darf in gleicher Weise Gegenstand formaler Betrachtung sein wie ein vom Menschen geschaffenes Kunstwerk. Ein Gebirgszug, der Verlauf einer Küstenlinie, die Gestalt eines Vogels, die Verteilung und Färbung einer Flechte auf einem Felsen sind ebenso das Ergebnis von Form-Prozessen wie die Kathedrale von Chartres oder ein Bild von Cézanne, und diese wie jene lösen die gleichen psychischen wie mythischen Erfahrungen aus*.


*Alfred Andersch. Hohe Breitengrade. Zürich 1984

Abstrakte Kunst auf dem Teich

Was hier wie ein modernes Kunstwerk daher kommt, ist eine ganz natürliche Situation. Sie zeigt die spiegelnde Reflexion eines aus quadratischen Elementen bestehenden Zauns, die sich wie Millimeterpapier auf das leicht gewellte Wasser eines Teichs legen. Die Wellen selbst sind als solche kaum zu erkennen; sie ergeben sich indirekt aus den deformierten Spiegelungen im Vergleich zum ungestörten Muster des Zauns. Weiterlesen

Explosionsspuren im Gartenteich

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 6 (2019) S. 58 – 59

Was ist aber aus der Blase indessen geworden?
Sie ist ja zerplatzt ins Nichts,
wo ist nun noch eine Spur der Majestät,
mit der sie umkleidet war?
Bettina von Arnim (1785–1859)

 

Luftblasen, die auf der Wasseroberfläche schwimmen, platzen irgendwann – und lösen mehrere physikalische Prozesse aus. Dabei ist die treibende Kraft die Oberflächenspannung des Wassers. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Juni 2019

wasserwellenschwerter_p1030Wie kommt es zu der Karomusterung der Wasseroberfläche?


Erklärung des Rätselfotos des Monats Mai

Frage: Warum dominiert die Kreisförmigkeit?
Antwort: Die Blasen wurden auf der Wasseroberfläche in einer Regentonne beobachtet. Nachdem es aufgehört hatte zu regnen, tröpfelte das restliche Wasser noch eine ganze Zeit lang in die Tonne. Fast jeder Tropfen erzeugte dabei eine Blase. (Wie das möglich ist, kann man in einem früheren Beitrag nachlesen.) Es erscheint uns selbstverständlich, dass Blasen dazu tendieren, Kugelform bzw. auf dem Wasser das Zweitbeste, nämlich nahezu Halbkugelform anzunehmen.
Als Kugel nimmt die Seifenhaut die kleinste Fläche ein, um das gegebene Luftvolumen zu umschließen. Da zur Ausbildung der Seifenoberfläche Oberflächenenergie nötig ist, wird durch die kleinste Oberfläche die Oberflächenenergie minimiert. Dahinter steckt das Prinzip der Natur, unter den gegebenen Umständen so viel Energie wie möglich an die Umgebung abzugeben (2. Hauptsatz der Thermodynamik).
Wenn sich zwei Blasen zusammentun, ist die Vergrößerung der Oberfläche und damit der nötigen Grenzflächenenergie kleiner als die Summe der Vergrößerungen durch die einzelnen Blasen. Daher ziehen sich die Blasen an und bilden einen Blasenteppich anstatt einzeln auf der Wasseroberfläche zu driften. Die Anordnung in diesem Teppich ist der Tendenz nach hexagonal, weil dadurch ebenfalls eine Minimierung der eingenommenen Oberfläche erreicht werden kann. Und wenn die Umstände es erlauben, strebt auch noch der gesamte Blasenteppich zur Kreisform, weil auf diese Weise die Grenze zwischen Blasen und freier Oberfläche und damit abermals der Oberflächenenergie minimiert werden kann. Das ist im vorliegenden Beispiel nahezu realisiert.
Die Minimierung der Randlänge zwischen freier Wasseroberfläche und Blasenteppich findet man auch noch in der Lochform wieder, die durch die fallenden Tropfen gebildet wird.
Reine Wasserblasen sind sehr kurzlebig. Die Langlebigkeit der hier vorgefundenen Blasen ist der Verunreinigung des Wassers mit Pflanzenresten zuzuschreiben, die eine ähnliche Wirkung auf die Oberflächenspannung und damit auf die Lebensdauer der Blasen hat wie die Tenside bei Seifenblasen.

 

 

Himmelfahrt und Weltuntergang

Wenn ich „Dreizigster Mai“ höre, geht mir oft ein alter Schlager aus frühen Kindheitstagen durch den Sinn. Er hat mir damals trotz der ohrwurmartigen Melodie Angst bereitet, auch wenn – wie es im Schlager beruhigend heißt – „keiner weiß, in welchem Jahr“ es soweit ist.
Daher ist es „wunderbar“, wenn – wie  heute – Himmelfahrt auf den 30. Mai fällt. Käme es zum Weltuntergang, wäre automatisch für die Möglichkeit einer Mitfahrgelegenheit gesorgt (siehe Foto).

Um das Physikalische auch in diesem Beitrag nicht zu unterschlagen: Das Foto wurde mit einer langen Belichtungszeit gemacht. Indem ich das Motiv fixierte, drückte ich auf den Auslöser und zog den Fotoapparat nach unten weg. Während der Bewegung innerhalb der Belichtungszeit wird das vom Motiv ausgehende Licht kontinuierlich über den Aufnahmechip verschoben. Offenbar geht nur von der Kerze so viel Licht aus, dass es eine sichtbare Spur hinterlässt, während das von den dunklen Bereiche ausgehende Licht dafür zu schwach ist.

Schatten mit Wasser auslöschen

Auf dem Foto sieht man einen normalen Schatten bei bereits tief stehender Sonne. Merkwürdigerweise wird er durch eine Wasserfläche weitgehend ausgelöscht. Wie kommt es dazu?
Die Wasserfläche erscheint heller als die Umgebung. Sie glänzt außerdem in der Farbe des Himmels blau. Mit anderen Worten, die Wasserfläche wird durch das Streulicht des Himmels beleuchtet, das natürlich auch dahin kommt, wo das Sonnenlicht ausgeblendet wird, in den Schatten der Person. Nun könnte man gegen dieses Argument einwenden, dass nicht nur die Wasserfläche vom Himmel beleuchtet wird, sondern auch das übrige Gebiet insbesondere nicht benetzte Schatten. Während das Himmelslicht jedoch auf dem rauen Asphaltboden zum einen stark absorbiert und zum anderen diffus reflektiert wird und daher nur wenig davon ins Auge des Betrachters gelangt, kommt es auf der Wasseroberfläche zu einer spiegelnden Reflexion des Himmelslichts in voller Intensität und Farbe: Das aus einer bestimmten Richtung einfallende Licht wird nach dem Reflexionsgesetz im Bereich des Wassers vollständig in die Augen reflektiert. Im sonnenbeschienenen trockenen Bereich dominiert natürlich die diffuse Reflexion des wesentlich intensiveren Sonnenlichts.
Interessanterweise erscheint die durch die spiegelnde Reflexion des Himmelslichts bedingte Aufhellung nahezu unabhängig von der Richtung zu sein. Das liegt daran, dass der Himmel als Lichtquelle aus nahezu allen Richtungen strahlt und eine Änderung des Beobachterstandpunkts nur zur Folge hätte, dass das Licht aus einer entsprechend anderen Region des Himmels ins Auge gelangte.
Wenn die Lichtquelle auf einen kleinen Bereich beschränkt wäre, wie etwa das Licht der Sonne, würde man feststellen, dass die Aufhellung nur in einem ganz bestimmten Winkelbereich erfolgte.
Das ließ sich in dieser Situation leicht überprüfen, indem ich mich so positionierte, dass die Stelle des Himmels reflektiert wurde, an der die Sonne stand. Folglich wurde nunmehr das Sonnenlicht spiegelnd ins Auge reflektiert (siehe untere Abbildung) und ließ weger ihrer wesentlich größeren Intensität die Wasserfläche geradezu aufflammen und, sodass ich geblendet mich sofort abwenden musste.
Außerdem ist deutlich zu erkennen, dass in diesem Fall der Schatten nicht ausgelöscht wird. Denn im Schatten kann das Sonnenlicht wegen seiner lokalen Begrenzung (siehe oben) gewissermaßen definitionsgemäß nicht reflektiert werden. Doch (mindestens) eine Frage bleibt: Müsste nicht eine Aufhellung der Beinschatten in der Pfütze durch das Himmelslicht zu beobachten sein. Theoretisch ja, im Vergleich mit der Intensität des reflektierten Sonnenlichts ist die Intensität des reflektierten Himmelslichts jedoch so gering, dass man auf ein und demselben Foto davon so gut wie nichts sehen kann.
Und noch etwas ist interessant. Dass es überhaupt zu spiegelenden Reflexionen im Bereich des nassen Asphalts kommt, liegt daran, dass das Wasser die unregelmäßigen Lücken im rauen Asphalt schließt und daraus eine glatte Fläche macht.

Tropfen und Pixel

Tropfen und Pixel habe ich dieses „Kunstwerk“ genannt. Es ist insofern künstlich, als es ein Phänomen auf einem technischen Gerät darstellt. Man sieht hier einen Ausschnitt aus einem Smartphone-Display. Ich hatte dieses mit einem feuchten Finger berührt und wurde durch ein Glitzern auf die hinterlassene Struktur aufmerksam. Von Nahem zeigte sich dann das, was auf dem Foto zu sehen ist.  Die vom Finger auf das Display flächenhaft übertragene Feuchtigkeit hatte sich zu winzigen Tröpfchen umgeformt. Offenbar konnte auf diese Weise Grenzflächenenergie des Wassers mit dem Glas des Displays einerseits und der Luft andererseits eingespart und an die Umgebung abgegeben werden. Denn die Natur strebt dazu unter den gegebenen Umständen immer so viel Energie wie möglich zu entwerten.
Die Farben kommen dadurch zustande, dass das Display ein Gitter enthält, an dem das einfallende Licht der Umgebung auf vielfältige Weise gebeugt und dadurch in Spektralfarben zerlegt wird.
Das kleine Phänomen zeigt einmal mehr, dass sich vieles unterhalb der normalen Wahrnehmungsschwelle abspielt, das uns normalerweise entgeht.

Alltägliche Spiegelwelt…

Dieses Foto ist nicht manipuliert. Ich habe das Motiv so gesehen und das Foto gibt die Situation erstaunlich realistisch wieder, obwohl der Anblick ziemlich irreal erscheint. Jedenfalls ist es gar nicht so leicht, die Konstellation der gespiegelten und realen Aspekte trennscharf auseinander zu halten. Dabei habe ich nichts weiter getan, als die große Glasfront eines Gebäudes zu fotografieren. Weiterlesen

Die Jahresringe spinnen

Das auf dem Foto dargestellte Motiv wurde zum Phänomen, als ich in der durch die Jahresringe hervorgerufenen Struktur eines Zaunpfahls eine Spinne und wahlweise ein originelles Spinnennetz zu sehen vermeinte. Diese Pareidolie drängte sich trotz der enormen Größendifferenz zwischen Holz und Spinne geradezu auf, obwohl ich bei etwas kritischer Betrachtung zugeben muss, dass diese Mustererkennung doch arg an der Realität vorbeigeht. Weiterlesen

Fundstück – Brechendes Glas

Bei der Vorbereitung einer Feier standen einige Weingläser in der dunklen Nische einer Anrichte. Kurz bevor sich sie zu den übrigen bringen wollte, mutierten sie plötzlich zu etwas ganz Anderem und versetzten mich aus der geschäftigen Alltagstätigkeit in einen eher kontemplativen Modus: Die Gläser lösten sich unter „Ausnutzung“ der physikalischen Gesetze von geradliniger Lichtausbreitung, Brechung und Reflexion aus dem vertrauten Bereich von bloßen Gebrauchsgegenständen und wechselten ins Phänomenale: In der fast bis zum visuellen Verschwinden gesteigerten Dunkelheit der Umgebung nehmen sie sich unter virtuoser Umgestaltung von Licht aus fernen Quellen in einer Art Gestaltswitch wie bewusst gestaltete Kunstwerke aus.
Glas ist eine brüchige Substanz. Wenn es nicht selbst zerbricht (und Glück bringt) bricht es zumindest das Licht (und bringt künstlerischen Genuss).

Mehrfachabbildungen eines Falters

Dieses Foto bekam ich von Claudia Hinz geschickt. Es scheint auf den ersten Blick so etwas wie ein mehrfacher Schatten eines Falters zu sein, der auf nicht unmittelbar zu erkennende Flächen geworfen wird. Um damit etwas anfangen zu können, ist die Information wichtig, dass der Falter auf der Außenseite einer Doppelglasscheibe eines Flughafengebäudes fotografiert wurde. Weiterlesen

Fundstück – Sandrippelpisten

In den ansonsten zumindest abschnittsweise gleichartigen Rippelfeldern auf Sanddünen findet sich manchmal wie aus heiterem Himmel ein ziemlich gerader Einschnitt, der ein relativ ebenes Feld in zwei Hälften teilt und sich mit einem besonderen Profil hervortut. Es muss etwas mit der Dynamik der durch den Wind transportierten Sandkörnchen zu tun haben. Ich habe manchmal halbstundenweise den Sandsturm über mich ergehen lassen (die Duschwanne war anschließend ebenfalls durch Andeutungen eines Strömungsmusters verziert), um die Bewegungen der wie Nebel über die Dünenflächen huschenden Sandschwaden zu beobachten. Da gab es dann beispielsweise von zwei Seiten kommende Schwaden, die auf einer Sandebene aufeinander prallten und wie von einer unsichtbaren Wand reflektiert wurden. Möglicherweise sind solche geraden Rippelstreifen derartigen Wechselwirkungen zu verdanken.

Filigrane Sanddächer in der Wüste

Einfach gesagt, besteht die Sandwüste aus zahlreichen hellen und dunklen in Größe und Form geringfügig voneinander abweichenden Körnchen. Ihre Wechselwirkungen beschränken sich darauf, dass sie sich stoßen und reiben. Dennoch vermögen sie auf diese Weise erstaunlich reichhaltige und ästhetisch ansprechende Strukturen hervorzubringen, die wir bereits an zahlreichen Stellen dieses Blogs in Wort und Bild gewürdigt haben (z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier ). Weiterlesen

Doppelschatten gegen die Sonne

Die Sonne steht schon etwas tief und blendet mich. Zum Glück hält jetzt das Haus, auf das ich zugehe, die Sonne fern. Als ich eintrete, treten mir gleich zwei Schatten meiner selbst entgegen (linkes Foto). Wie kann das sein? Einerseits kommt die Sonne aus der entgegengesetzten Richtung und andererseits befinde ich mich in ihrem Schatten. Es sei denn – so erinnere ich mich an ein ähnliches Phänomen – in der Nähe befindet sich ein Gewässer, in dem die Sonne sich spiegelt und damit eine zusätzliche Lichtquelle hervorruft. Weiterlesen

Rätselhafte Punktmuster eines gespiegelten Laserstrahls

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 50/3 (2019) S. 149

Strahlt man mit einem Laserpointer flach auf einen Spiegel, sodass das Spiegelbild auf einer senkrecht dazu aufgestellten Projektionswand erscheint, tritt eine ganze Serie von Reflexen auf, die sich einem nicht sofort erschließen.

Mit einem Laserpointer soll man eigentlich nicht spielen, jedenfalls nicht, wenn andere Personen in der Nähe sind. Dennoch ist der Reiz, auf diese Weise neuen Phänomenen auf die Spur zu kommen, sehr groß. Das früher beschriebene Phänomen, bei dem mit einem Laserpointer in eine fast leere Teetasse gestrahlt wurde, gehört ebenso dazu (Physik in unserer Zeit 2013, 44(2), 98) wie das Licht beugende Geodreieck (Physik in unserer Zeit 2012, 43(4), 198). Weiterlesen

Ich blicke in die Röhre

„In die Röhre zu schauen“ ist heute weitgehend negativ konnotiert im Sinne von „leer ausgehen“. Geht man weiter in die Geschichte zurück, so hat die Röhre in Form des Fernrohres jedoch eine eher positive Entwicklung hinter sich. Das beginnt bereits vor der Zeit, als das Rohr mit Linsen ausgestattet wurde und zu einer enormen Steigerung des Sehvermögens geführt hat. Weiterlesen

Geheimnisvolle Minivulkane am Strand

Der aus hellen und dunklen Körnern bestehende Sand des Strands von Maspalomas (Gran Canaria) wird durch die Einwirkungen von Wind und Wasser ständig gemischt und auch wieder entmischt. Eine Entmischung in  getrennte Schichten hellen und dunklen Sands  wird beispielsweise durch Winde bewirkt, die über einen längeren Zeitraum aus einer bestimmten Richtung wehen. Dabei spielen die unterschiedliche Dichte der Sandarten eine wesentliche Rolle.
Wenn sich die Windrichtung ändert oder der geschichtete Sand den Wirkungen von Ebbe und Flut ausgesetzt ist, entstehen wieder andere Muster, bei deren individueller Ausgestaltung zufällige Einflüsse von Bedeutung sind und unter dem menschlichen Blick zu Pareidolien führen. Weiterlesen

Kunst am Bau…

… allerdings eine sehr vorübergehende.

Aber nachdem ein geschreddertes Kunstwerk immer noch als ein solches gelten darf und vielleicht sogar dadurch an Wert gewonnen hat, kann es m.E. erst recht für dieses hier in Anspruch genommen werden.
Einen kleinen Besucher gibt es auch schon.

Weiß jemand, wessen Pinsel hier im Spiel war?

Das rote Blatt in der Familie

Schwarze Schafe findet man offenbar auch im Bereich der Pflanzen, hier insbesondere bei den normalerweise grünen Blättern der Mahonien in Form eines roten Blatts. Mahonien zeichnen sich überhaupt durch kräftige Farben aus. Im Frühjahr blühen sie in einem intensiven Gelb und bringen im Herbst blaue Früchte hervor. Die gefiederten Blätter sind indessen von einem kräftigen, Grün. Ihre Oberfläche ist glänzend glatt, was dazu führt, dass sie das Sonnenlicht spiegelnd reflektieren und beim passenden Blickwinkel (Einfallswinkel = Reflexionswinkel) blendend weiß erscheinen. (Das ist auch hier an einigen Stellen zu sehen).
Sollte sich das rote Blatt in der Jahreszeit geirrt haben und das Blattgrün vorzeitig zur winterlichen Aufbewahrung abgegeben haben? Eher dürfte es sich um die Auswirkung einer Rostkrankheit handeln.
Irgendwie erinnert das Blatt an die mit weißen Flecken versehene Amsel, die sich ihrerseits wie ein weißes Schaf in der Familie der schwarzen Artgenossen vorkommen muss.

Ein Baum hält einen Zaun im Zaum

Einem Baum ist wahrlich nicht in die Wiege gelegt, sich dereinst mit einem Zaun, einem menschlichen Produkt auseinanderzusetzen. Aber dazu herausgefordert agiert er in einer ganz bestimmten Weise. Er verleibt sich den sich seinem vertikalen Wachstum in den Weg stellenden Drahtzaun schlichtweg ein. Dabei war der Zaun zuerst da und das Samenkorn des Baums fiel vermutlich durch Zufall just an eine Stelle, die den Konflikt zwischen Natur und Technik unvermeidlich machen sollte. Weiterlesen

Gebogene Bischofsstäbe des Frühlings

Wie gebogene Bischofsstäbe sprießen die Farne, wie Keulen, die ihre Festen, kleinen Fäuste gegen den vergangenen Winter ballen. Dann, mit einem zuversichtlichen Recken und Strecken, entrollen sie ihre breiten Chlorophyllsegel, trinken das rote und blaue Licht der Sonne und verleihen der Jahreszeit ihre grüne Gestalt.
Chet Raymo (*1936)

Mich erinnern die sich entrollenden Farne an Papyrus-Rollen, in denen bereits zur Zeit der alten Ägypter Informationen gespeichert und durch Entrollen zugänglich gemacht werden konnten. Die Farnrollen enthalten in nuce das, was die spätere Pflanze ausmacht, die auch in anderer Hinsicht beeindruckend ist.

Weiterlesen

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?

 

Rätselfoto des Monats Mai 2019

Warum dominiert die Kreisförmigkeit?


Erklärung des Rätselfotos des Monat April 2019

Frage: Was schwant uns hier?
Antwort: Die Frage ist zugegebenermaßen nicht ganz präzise und eines physikalischen Phänomens unwürdig gestellt. Die Rechtfertigung besteht darin, dass das Foto auch nicht ganz ernst zu nehmen ist, weil es absichtlich auf den Kopf gestellt wurde. Das haben einige der Kommentaroren auch bemerkt. Dieser Gag wird zum einen dadurch gerechtfertigt, dass das Foto am 1. April gezeigt wurde und zum anderen dadurch, dass man auf diese Weise vielleicht auf eine Diskrepanz stößt: Denn mit der Farbsättigung des weißen Gefieders des Schwans stimmt etwas nicht. Es kann nicht sein, dass die Spiegelung im Wasser eine größere Lichtintensität aufweist als der reale Schwan. Schließlich wird nur ein Teil des auf dem Wasser auftreffenden Lichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel reflektiert; der Rest wird vom Wasser absorbiert.
Die Intensität des weißen Lichts, das direkt vom Gefieder diffus reflektiert wird, ist sogar so groß, dass wir es mit einer Irradiation (Überstrahlung) zu tun haben. Auf diese Weise verschwinden Konturen, die durch Schattierungen hervorgerufen werden. Daher sind in der wesentlich geringeren Lichtintensität, die vom gespiegelten Schwan ausgehen, die Strukturen zu erkennen, die beim realen Schwan überstrahlt wurden.
Eine weitere Konsequenz der Bildverkehrung ist in dem unnatürlich wirkenden Wasserberg zu sehen, der in Wirklichkeit aus der durch den schwimmenden Schwan erzeugten Bugwelle besteht.
Wer sich davon überzeugen möchte, wie das korrekt gedrehte Foto wirkt, sollte vor dem Bildschirm einen Hand- oder Kopfstand machen :-). Aber irgendwie habe ich auf dem Kopf stehend dass Gefühl, dass es noch eine einfachere Möglichkeit geben müsste; wenn es mir gelänge in dieser ungewöhnlichen Lage einen klaren Gedanken zu fassen. Naja, immerhin hat man als Nebeneffekt eine kleine sportliche Übung als Ausgleich für das ungesunde Vor-dem-Bildschirm-hocken.
Ich habe mich darüber gefreut, dass mehrere Blogfreunde*innen das Problem im Prinzip und weniger wortreich gelöst haben oder der Lösung sehr nahe waren.

 

 

Die ersten Frühblüher verblühen…

Der Huflattich wartet sehr früh im Jahr zunächst mit seinen dem Löwenzahn ähnlichen Blüten auf uns setzt sehr früh gelbe Akzente in die noch ziemlich monochrome Landschaft. Inzwischen sind diese Blüten am verblühen und die Blütenköpfe werden weißhaarig – eine Gemeinsamkeit, die sie mit den Menschen teilen. Darin verbergen sich die Samenkörner, die – wie der Löwenzahn – jedes mit einer gleitschirmartigen Flugvorrichtung durch kleinste Luftströmungen in alle Winde verstreut werden – auf dass sich die Pflanze großflächig ausbreite.
Dabei kommt ihnen wie beim Löwenzahn ein allometrischer Effekt entgegen: Die aus einem fein verästelten Pappus bestehenden Gleitschirme sind so filigran, dass der Widerstand der sie durchströmenden Luft und damit der Auftrieb größer sind als bei einem gleich großen flächenhaften Schirm. Zusätzlich dürften die in der Luft driftenden Gleitschirme wie beim Löwenzahn in den Genuss eines stationären Wirbels oberhalb des Schirms kommen, der eine Art Sog ausübt und damit einen zusätzlichen Beitrag zum Auftrieb liefert.

Gleichzeitig entwickeln sich die tellerartigen Blätter von nun an mit voller Kraft. sie werden in kurzer Zeit enorme Ausmaße annehmen, wenn nicht eine erneute Trockenheit wie im letzten Jahr den Pflanzen zusetzt.

Eigentlich hatte ich es nur auf dieses Phänomen abgesehen, das uns demnächst die Löwenzahnpflanze noch zur Genüge bieten wird. Erst beim Betrachten des Fotos entdeckte ich ein kleines schwarzes Insekt, dessen Namen ich wieder mal nicht kenne, das entweder zu spät kommt oder sich nur ausruhen will.

Leonardo da Vinci (4) – Komplexe Spiegelschatten

Ich stehe mit der tiefstehenden Sonne im Rücken vor einer Glastür. Die Sonne wirft von mir einen Schatten, der sich wie ein Teppich vor mir ausbreitet. Gleichzeitig werde ich samt dem Szenario hinter mir in der Glasscheibe der Tür reflektiert, sodass auch ein Schatten von meinem Spiegelbild nunmehr aber in umgekehrter Richtung und damit mir entgegen geworfen wird.
Es kommt zur Überlagerung der beiden Schatten und damit zu einer merkwürdigen Doppelfigur. Diese ist ihrerseits strukturiert durch Reflexe der Sonne an der Scheibe, die zu einer Aufhellung des realen Bodens davor und des gespiegelten Bodens dahinter führt. Diese Aufhellung macht es jedoch sinnigerweise – so als müsste es so sein – überhaupt erst möglich, dass die beiden Schattenköpfe der primäre und der reflektierte überhaupt sichtbar werden. Denn anderenfalls wäre von den Schattenköpfen nichts zu sehen – es würden sich einfach zwei langweilige Rümpfe überlagern ohne innere Strukturierung. Ist das nicht clever – von der Natur – inszeniert? Der Laie würde sagen: reiner Zufall. Der Physiker würde antworten: bloße Notwendigkeit.

Und was sagt Leonardo zum Schatten im Allgemeinen?

Der Schatten ist Verringerung von Licht und Dunkel und liegt zwischen diesem Licht und Dunkel.
Der Schatten ist von unendlich verschiedener Dunkelheit und kann an Dunkel unendlich verringert werden.
Die Anfänge und Enden der Schatten erstrecken sich zwischen Licht und Dunkel und können unendlich verringert und verstärkt werden.
Der Schatten bedeutet Ausprägung der Körper und ihrer Gestalten.
Ohne Schatten werden die Gestalten der Körper keine Kenntnis von ihren Eigenschaften geben.
Der Schatten hat immer etwas von der Farbe seines Gegenübers.

(Von den Umrissen der Schatten.) Manche sind verschwommen, von nicht wahrnehmbarer Begrenzung; andre sind deutlich begrenzt.

(Wann Körper ohne Licht und Schatten sind.) Kein undurchsichtiger Körper ist ohne Licht und Schatten, außer wenn er im Nebel auf schneebedecktem Erdboden ist. Ebenso ist es, wenn es in der Landschaft schneit; denn dann ist sie ohne Licht und in Dunkel gehüllt.
Aber das geschieht nur bei den kugelförmigen Körpern; denn bei den andern Körpern, die eine Gliederung haben, färben die Teile der Glieder, die einander gegenüberliegen, sich gegenseitig in dem zufälligen ton ihrer Oberfläche.

 

Gestörte Kreise mit ästhetischer Wirkung

In einem früheren Beitrag habe ich über farbige Sonnentaler berichtet, die zufällig dadurch entstehen, dass ein prismatisch berandetes gläsernes Windspiel Sonnenlicht bricht, das auf einer weißen Wand aufgefangen wird.
So ein Windspiel hängt auch in meinem Arbeitszimmfenster und wirft unter günstigen Bedingungen auch einen farbigen Sonnentaler auf meinen Schreibtisch. Das gibt ebenfalls schöne Farben. Ein weißes Blatt Papier lässt die Farben noch brillanter erscheinen. Und um den Kreisen weitere Kreise hinzuzufügen, lege ich rein spielerisch einige Glasmurmeln in den Sonnentaler. Das Ergebnis ist im Foto zu sehen. Die Kugeln schneiden kreisförmige Lichtbündel aus, und da das Licht schräg einfällt, werden daraus elliptische Projektionen. Die gläsernen Kugeln sind optisch nicht ganz perfekt, u.a. weil sie winzige Lufteinschlüsse und auf den Herstellungsprozess zurückgehende Inhomogenitäten aufweisen. Dadurch erzeugen sie aber entsprechende Muster auf der waagerechten Projektionsfläche.

Wenn Schnecken Straßen überqueren…

… dann sind sie bei vielbefahrenen Straßen meist dem Tode geweiht. Aber auch verkehrsarme Straßen sind alles andere als ungefährlich. Als ich an einem sehr sonnigen Tag eine Schnecke eine trockene Straße überqueren und eine deutliche Schleimspur hinter sich lassen sah, wunderte ich mich allein schon über den materiellen Aufwand, der hier getrieben wurde und über die Gemächlichkeit, mit der sie unter den für sie widrigen Bedingungen eine solche Herausforderung angenommen hatte. Weiterlesen

Osterfeuer – Verheißung von Licht und Wärme

Nicht nur das Osterei, sondern auch das Osterfeuer gilt den Christen als ein Symbol für die Auferstehung von Jesus Christus. Auch in diesem Fall wird auf vorchristliche Traditionen zurückgegriffen, wonach mit Licht und der Wärme des Feuers der Winter und die dunkle Jahreszeit verabschiedet oder ausgetrieben werden. Weiterlesen

Farbige Sonnentaler an der Wand

Weiterlesen

Geröstetes Brot hinterlässt Feuchtigkeitsspuren

Als ich eine Scheibe heißen, gerösteten Brots auf ein rustikales Brettchen legte und nach kurzer Zeit zur Seite schob, sah ich erstaunt, dass es einen ziemlich feuchten Abdruck hinterlassen hatte.
Merkwürdig. Sollte das der Hitze ausgesetzte Brot nicht vielmehr noch trockener sein als vor dem Rösten?
Physik sei Dank ging alles mit rechten Dingen zu. Bei höherer Temperatur ist die maximale Feuchte (also die Konzentration von Wasserdampf in der Umgebung, die nicht überschritten werden kann, ohne dass der dann überschüssige Dampf kondensiert) größer als bei niedrigerer Temperatur. Weiterlesen

Schatten als Verminderung von Licht

Schatten sind meist negativ konnotiert. Das haben sie u.a. ihrer Dunkelheit, Flachheit und Farblosigkeit zu verdanken. Manchmal sind sie sehr rätselhaft und ziehen uns in eine Situation hinein, die nach Aufklärung verlangt. Das ist im nebenstehenden Foto der Fall.
Ich blicke durch eine Glastür der tiefstehenden Sonne entgegen und sehe zu Reinigungszwecken aufgestellte Leiter schemenhaft im Original und als überdimensionalen Schatten – was die Notwendigkeit der geplanten Reinigung noch einmal unterstreicht. Weiterlesen

Photoarchiv

Werbeanzeigen