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Physik im Alltag und Naturphänomene

Diese Kategorie enthält 1892 Beiträge

Der Mond brennt ein Loch ins Geäst

Nach all den Regentagen bekommt man endlich mal wieder den Mond zu Gesicht und zwar gleich in voller Größe und voller Kraft, sodass er sich ohne weitere Umstände durch das spröde Geäst der winterlichen Bäume brennt.

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Wintermalerei

Fenster unseres Wintergartens. Die Blume war an der Scheibe festgefroren und hinterließ dieses schöne Gemälde.

Der perfekte Dominoeffekt

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 2 (2023)

Es sollte ›alles, was der Fall ist‹
in theoretischen Gewahrsam kommen

Hans Blumenberg (1920–1996)

Wenn in einer Reihe von Dominosteinen einer umfällt, kommt es oft zur Kettenreaktion. Wie schnell diese abläuft und ob es ohne Unterbrechung klappt, hängt von mehreren Parametern ab: dem Abstand der Steine, der Reibung zwischen ihnen und der Wechselwirkung mit dem Untergrund.

Die beim Dominospiel verwendeten Steine haben schon vor vielen Jahren auf eine ganz andere Art Karriere gemacht. Sie werden dabei nicht mehr nach Regeln aneinander gelegt, sondern in einer möglichst langen Reihe hochkant aufgestellt. Das geschickte Arrangieren findet seinen Abschluss darin, den ersten Stein gegen den zweiten fallen zu lassen. Das löst eine mehr oder weniger schnell laufende Kippwelle aus, die in einer Kettenreaktion durch das gesamte System läuft. Die Energie zum Antrieb des Spektakels stammt aus der Höhenenergie der Dominos.

or dem Start ist jeder Stein in einem stabilen Gleichgewicht. Sein Schwerpunkt befindet sich senkrecht über der Auflagefläche, und seiner Höhe entsprechend besitzt der Dominostein Höhenenergie. Um ihn über seine Kante zu kippen, muss der Schwerpunkt zwangsläufig zunächst ein wenig angehoben werden, bevor der Stein fällt. Dann wird die Höhenenergie in Bewegungsenergie umgesetzt. Diese überträgt sich teilweise beim Aufprall auf den nächsten aufgestellten Stein und stößt ihn um, wodurch nun der übernächste in der Reihe umgeworfen wird und so weiter. Ein Ziel besteht darin, durch geeignete Platzierung der Dominos eine möglichst schnelle Welle auszulösen. Dabei wird in der Regel stillschweigend unterstellt, die Reibung mit dem Boden sei so groß, dass die Steine darauf nicht wegrutschen. Das ist bei den üblichen Untergründen meistens gewährleistet.

Es kann aber auch anders sein. Das zeigt zum Beispiel ein mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommenes Video des Youtubers Destin Sandlin. Die auf seinem Kanal »SmarterEveryDay« dokumentierten Experimente haben David Cantor von der Polytechnique Montréal und Kajetan Wojtacki vom Forschungsinstitut für Grundlagentechnologie der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau zu näheren Untersuchungen inspiriert. Mit Hilfe von Computersimulationen brachten die beiden Physiker Ketten von bis zu 200 Dominos zu Fall. Sie variierten den Abstand zwischen den Steinen und die Reibungskräfte mit dem Untergrund sowie untereinander.

Eine Erkenntnis daraus: Bei kleinem Abstand zwischen Dominos, wenn also die Kante des angetippten Steins weit oben auf den Nachbarn prallt, breitet sich die Welle nur langsam aus. Denn zum einen ist infolge der geringen Höhendifferenz die Bewegungsenergie noch klein. Zum anderen gleiten während des gemeinsamen Kippens die Stirnflächen lange aneinander, das heißt die Reibungskraft wirkt über eine verhältnismäßig große Strecke, wodurch sich viel Bewegungsenergie in Wärme umwandelt.

Ein rutschiger Untergrund bremst die Kettenreaktion zusätzlich, weil die Steine infolge des Aufpralls im bodennahen Bereich etwas nach hinten weggleiten. Umgekehrt wird die Welle schneller, wenn die Reibung mit dem Untergrund steigt und die Streckenverluste durch solch ein Wegrutschen sinken. In der Praxis haben die Dominos meist gute Bodenhaftung.

Ein interessantes Verhalten ergibt sich bei einem größeren Zwischenraum bis hin zur dreifachen Steindicke. Hier ist kein rückwärtiges Weggleiten mehr zu beobachten – und zwar unabhängig von der Stärke der Reibung mit dem Boden. Der niedrigere Aufprallpunkt kippt den Nachbarn zwar weniger wirkungsvoll um als es beim Anstoßen mit einem kürzeren Hebel oberhalb des Schwerpunkts der Fall ist. Die große Fallhöhe sorgt aber für mehr Bewegungsenergie, und das verhindert weitgehend das Zurückrutschen des Steins. Die beiden gegensätzlichen Effekte gleichen sich teilweise aus, und in einem gewissen Abstandsbereich bleibt die Geschwindigkeit der Welle etwa gleich.

Überschreitet in den Simulationen die Lückenbreite jedoch die dreifache Dicke der Steine und wird die Reibung zwischen den Dominos größer und mit dem Untergrund kleiner, wird die Welle instabil. Denn bei einer solchen Kombination gleiten die Steine mitunter so weit zurück, dass sie ihre Nachbarn nicht mehr erreichen.

Außerdem ändert sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit nur noch wenig, sobald der Reibungskoeffizient zwischen den Dominos einen bestimmten Wert überschreitet. Vermutlich gleiten die Steine dann ohnehin kaum noch aneinander ab, und es tritt eine Art Sättigungseffekt auf. Ähnliche Erscheinungen gibt es beim Einfluss der Reibung auf den Böschungswinkel eines stabilen Haufens aus Sand. Daher vermuten die beiden Forscher hinter dem Verhalten ein universelles Phänomen.

Die schnellste Wellenausbreitung gibt es mit einer Konfiguration, bei der die Dominosteine relativ dicht zusammenstehen und eine große Reibungskraft mit dem Boden sowie eine kleine untereinander ausüben. Cantor und Wojtacki ermittelten eine Höchstgeschwindigkeit von 2,25 Metern pro Sekunde.

Solche Simulationen helfen zwar, das Verhalten einer Dominokette bis hin zu praktisch nicht mehr realisierbaren Konstellationen auszuloten und zu visualisieren. Damit versteht man jedoch nicht zwangsläufig alle Aspekte der komplexen Dynamik besser. So gibt es beispielsweise im Video von Destin Sandlin seitliche Drehungen, bei denen einzelne Steine regelrecht aus der Reihe zu tänzeln scheinen, wenn sie nicht perfekt mittig angestoßen wurden. Solche Auswirkungen erfasst das virtuelle Kippen von Cantor und Wojtacki nicht. Das manuelle Aufstellen hat Experimenten im Computer noch manche faszinierenden Aspekte voraus. Mehr Spaß macht es ohnehin.

Quelle

Cantor, D., Wojtacki, K.: Effects of friction and spacing on the collaborative behavior of domino toppling. Physical Review Applied 17, 064021 (2022)

Eingebildetes Rot

Hier wurde ein grünes Trinkglas mit einem brennenden Teelicht vor eine weiße Wand gestellt. Und siehe da, man sieht etwas, was gar nicht vorhanden sein kann – der rötlich erscheinende Bereich an der Wand. Ausgerechnet dort, wo das ungefilterte weiße Kerzenlicht auf die Wand trifft, tritt eine Farbe auf, die objektiv gar nicht vorhanden ist.
In der Tat erliegen wir hier einer veritablen optischen Täuschung. Davon kann man sich überzeugen, wenn man den vermeintlich roten Bereich durch eine Röhre betrachtet und damit den übrigen visuellen Kontext ausschaltet. Dann sieht man die Wand wie sie ist – weiß vom weißen Kerzenlicht.
Schuld an dieser Täuschung ist die chromatische Adaption, die anschaulich als die Tendenz unserer Augen bezeichnet werden kann, die überwiegende Farbe in einem Raum als weiß zu sehen. In einer neuen Lichtsituation – wie hier durch den höheren Grünanteil – wird die Empfindlichkeit der grünes Licht erfassenden Zapfen unserer Augen im Verhältnis zu den anderen Farbanteilen reduziert. Die von grünem Licht beleuchtete Wand wird daher als weniger grün angesehen als sie „in Wirklichkeit“ ist. Da aber auch die Grünanteile der – objektiv gesehen – weißen Wand vermindert werden, dominiert die Komplementärfarbe von Grün, so dass die Wand einen Rotschimmer aufweist.
Dass auch die Kamera dieser Täuschung unterliegt, wird oft mit Verweis auf die Objektivität der Fotografie angezweifelt. Doch die Kamera ist im Automatikmodus gerade so ausgelegt, dass durch einen sogenannten Weißabgleich dafür gesorgt wird, die Dinge auf dem Foto möglichst genau so aussehen zu lassen, wie man sie mit eigenen Augen sieht.
Wer dieses Freihandexperiment selbst ausprobieren möchte, muss nicht unbedingt eine grünes Glas nehmen. Gläser mit anderen Farben funktionieren genauso gut. Allerdings sieht man dann natürlich andere Komplementärfarben. Die Gläser müssen allerdings gut durchgefärbt sein, damit das Phänomen eindrucksvoll in Erscheinung tritt.

Rätselfoto des Monats Februar 2023

Wie kommt es zu diesem Flechtwerk?


Erklärung des Rätselfotos des Monats Januar 2023

Wie kommt es zu den Farben der Risse im Eis?

Antwort: Wir blicken auf eine Eisschicht, die durch eine äußere Einwirkung Risse bekommen hat und sofort danach in intensiven Farben erstrahlt. Es handelt sich um Strukturfarben, die durch Interferenz des Lichts auf die folgende Weise zustande kommt.
Das durch die transparente Eisschicht hindurch tretende Sonnenlicht wird an der Grenzschicht zwischen Eis und Luftspalt teils gebrochen, teils reflektiert. Das gebrochene Licht wird nach Durchlaufen der Luftschicht an der zweiten Grenzschicht zwischen Luft und Eis abermals teilweise reflektiert und gebrochen. Wenn sich zwei der an verschiedenen Grenzflächen reflektierten Lichtwellen im Auge oder auf dem Chip der Kamera überlagern, so kommt es wegen ihres Wegunterschieds zu einer entsprechenden Phasenverschiebung. Dadurch wird die farbliche Zusammensetzung des weißen Lichts verändert, was sich je nach der Dicke der Risse in unterschiedlichen Farben bemerkbar macht.

Stapelweise

Ob es sich hier um Hoch- oder Tiefstapelei handelt, ist schwer zu entscheiden. Jedenfalls knüpft dieser Stangenstapel an zahlreiche Kunstwerke an, in denen nach bestimmten Regeln organisierte gleichartige Dinge zeigen, dass das Werk mehr ist als die Summe der gestapelten Elemente.

Der Weinkühler leckt…

Mich faszinieren immer wieder einfache technische Lösungen praktischer Probleme. Dazu gehört auch der Weinkühler aus Ton. Man füllt ihn bis zu einer passenden Höhe mit Wasser und stellt die Wein-/Sektflasche hinein. Da der Ton porös ist, sodass das Wasser allmählich hindurchsickert wird die Außenwand feucht (siehe dunklen Bereich im Foto). Die Feuchtigkeit verdunstet. Da zur Verdunstung von Wasser Energie nötig ist, wird diese der Umgebung entzogen. Dafür kommt vor allem das Wasser infrage. Dieses kühlt sich daher ab und entzieht seinerseits im gleichen Maße der Weinflasche Energie mit dem gewünschten Effekt der Temperaturerniedrigung.
Der Antrieb des Vorgangs ist in der Tendenz des Wasserdampfes zu sehen, sich möglichst gleichmäßig über den zur Verfügung stehenden Raum zu verteilen. Voraussetzung für die Funktion dieses Kühlprozesses ist allerdings, dass die Luftfeuchte nicht zu hoch ist. Bei einer relativen Luftfeuchte von 100% würde genauso viel Wasserdampf kondensieren wie entsteht und das hilft in diesem Fall überhaupt nicht.
Übrigens nutzen asssimilierende Pflanzen dasselbe Prinzip, um Flüssigkeit von der Wurzel bis in die grünen Blätter zu transportieren. Daher ist es in grünen Wäldern auch so angenehm kühl: Der Umgebung wird Energie zur Verdunstung entzogen.

Weiß und bunt – mineralisch und botanisch

Man könnte auch sagen Eis und bunt. Denn die weißen Pflanzen, die sich hier als Alternative zur Botanik aufspielen, sind Kristalle aus Eis. Interessanterweise haben sie sich an den Resten der botanischen Pflanzen niedergelassen, so als würden sie nur das fortsetzen, was die grünen Pflanzen zurzeit der Kälte wegen weitgehend ruhen lassen müssen. Sie wetteifern auf diesem Foto mit den bunten Farben auf dem zu Matsch marginalisierten und dann gefrorenen ehemaligen Bach. Farbgeber ist eine andere uns wenig vertraute aber dafür zur organischen Welt gehörende Lebenform: Bakterienkolonien. Sie existierten hier schon vor dem Frost als Biofilm, in einer dünnen Kahmhaut, die die Bakterien auf dem Wasser bildeten. An den schönen Interferenzfarben kann man erkennen, dass diese Haut sehr dünn ist (Größenordnung: Wellenlänge des sichtbaren Lichts). Ob die Tierchen trotz der Erstarrung zu einer Eisschicht noch leben und die Frostphase lebend überstehen, konnte ich auf die Schnelle nicht herausfinden.

Fragil

…wie so manches. Auch wenn es nicht so aussieht, aber die kleinen Steinchen spielen eine wichtige Rolle für die prekäre Stabilität.

Was fasziniert uns dabei, solche Steinmännchen zu bauen und was reizt andere, diese Bauwerke immer wieder zu zerstören und die Steine nach jedem Neuaufbau immer weiter wegzuwerfen?

Luftrüssel – der Natur abgeschaut?

Ein durch eine Spiralfeder zusammengerollter flacher Papierschlauch wird durch Einblasen von Luft entrollt. Sobald der Luftstrom nachlässt, rollt sich der Schlauch durch die Federkraft wieder auf.

Manche werden die Luftrüssel-Tröte noch aus der Kindheit kennen (Abbildung a). Es handelt sich um eine einfache Flöte, die beim Blasen durch einen mechanischen Zusatzeffekt überrascht: Sobald man bläst, dringt die Luft in einen spiralförmig aufgerollten Papierschlauch ein und entrollt diesen auf eine Länge von circa 20 cm. Das soll bewirken, dass andere Menschen nicht allein akustisch durch das überfallartige Tröten erschreckt werden, sondern zusätzlich durch das unerwartete Vorschnellen des Schlauches.

Dem Mechanismus des Entrollens und Aufrollens liegen zwei gegeneinander wirkende Kräfte zugrunde. Im Ruhezustand sorgt eine an den Kanten des luftleeren und in diesem Zustand flachen Schlauchs eingearbeitete feine elastische Spiralfeder dafür, dass er nur gegen die elastische Kraft dieser Feder entrollt werden kann (Abbildung b). (Die ausgebaute Spiralfeder in Abbildung c). Beim Aufrollen des luftleeren flachen Papierschlauchs legt seine äußere Fläche eine längere Strecke zurück als seine innere. Da das unelastische Papier weder gestreckt noch gestaucht werden kann, wird die innere Fläche durch aufgeworfene kleine Falten im Papier verkürzt, während der äußere Rand weitgehend glatt bleibt.

Beim Aufblasen des Schlauchs werden ähnlich wie bei einem Luftballon durch die raumgreifende Blasluft Kräfte auf die starren Papierwände ausgeübt, sodass die Luft im Schlauch unter zunehmenden Druck gerät.

Infolgedessen dringt die Luft zwischen die  durch die Spiralfeder eng zusammengepressten Ober- und Unterseiten, sodass diese gegen den Widerstand der elastischen Federkraft auseinander gedrückt werden. Damit ist zwangsläufig verbunden, dass der Schlauch und die Feder entrollt werden. Was hier langsam beschrieben wurde passiert realiter blitzschnell. Bei völlig abgerolltem Schlauch strömt die weiterhin einströmende Luft nunmehr aus der nunmehr entfalteten Öffnung an dessen Ende.

Das bleibt so, solang der erforderliche Luftdruck durch Weiterblasen aufrechterhalten werden kann.

Die Dauer hängt von der Entscheidung der Spielenden ab und wird letztlich vom Lungenvolumen begrenzt. Sobald der Luftstrom und damit der Luftdruck abnehmen gewinnt die rücktreibende Kraft der Spirale wieder überhand. Der Schlauch schnellt in seine aufgerollte Ruheposition zurück und presst dabei die Luft aus sich heraus.

Wenn man beim Zurückrollen einen kleinen Ball in die Papierschnecke klemmt, so kann man diesen beim nächsten Entrollen auf eine Wurfbahn katapultieren. Ein solcher Ballwurf hat ein Vorbild in der Natur. Das Springkraut wirft auf ähnliche Weise seine Samenkörner weit von sich.

Auch einige Schmetterlinge,  etwa das Taubenschwänzchen, können ihren Rüssel je nach Bedarf ausrollen und dadurch verlängern und anschließend platzsparend wieder einrollen (Abbildung 2). Ein langer Rüssel erlaubt es ihnen, auch aus sehr tiefen Blütenkelchen Nektar zu saugen. Da er aber sonst, insbesondere beim Flug, hinderlich wäre, wird er platzsparend spiralförmige eingerollt. Der Schmetterling nutzt allerdings keinen Luftdruck, sondern bestimmte Muskeln, die für das Auf- und Entrollen zuständig sind. Wie der Luftrüssel ist auch der Schmetterlingsrüssel im Ruhezustand aufgerollt, bei entspannten Muskeln.

Wer die Luftrüsseltröte erfunden hat, lässt sich wie bei vielen alten Spielzeugen nicht mehr nachvollziehen.

Ich danke Gerhard Mehler für die Überlassung des Fotos vom Taubenschwänzchen in diesem Beitrag.

Tropfen im Sand

Wenn ein Wassertropfen auf eine feste Unterlage auftrifft, bildet er für den Bruchteil einer Sekunde eine Krone aus Wasser. Im unteren Foto sieht man einen seitlichen Blick auf eine solche Krone. Sie ist also ohne Hilfsmittel nicht wahrnehmbar. Daher empfand ich es als äußerst befriedigend, eine materielle und länger haltbare Nachbildung einer solchen Krone zu Gesicht zu bekommen (siehe oberes Foto). Der Ort des Geschehens ist eine wüstenartige Landschaft, die aus winzigen Sandkörnern besteht. Ein fallender Tropfen benetzt beim Aufprall den feinen Sand und reißt ihn beim Bestreiben eine Krone zu formen mit in die Höhe.

Da der Sand sehr wasserliebend (hydrophil) ist und sich sofort das Wasser des Tropfens einverleibt, wird er ein Stück weit mit in die Höhe gerissen, ohne jedoch die Höhe zu erreichen, die der Tropfen ohne den sandigen Ballast erreicht hätte und ohne die filigrane Substruktur auszubilden, die im unteren Foto ansatzweise zu erkennen ist.
Dafür wird die Krone jedoch für längere Zeit materialisiert. Denn anders als der trockene ist der befeuchtete Sand formbar und eine gewisse Zeit in dieser Form beständig, wie jedes Kind vom Sandburgenbau mit feuchtem Sand weiß.
Bleibt nur die Frage, wie der Tropfen in die Wüste gelangt. Nun, es war ein Schweißtropfen, den ich an einem heißen Tage bei einer Dünenwänderung verlor.

Wasserströme im Wasser

Abgesehen von der Farbe und einigen anderen Unterschieden erinnert mich das Bild an das vor einigen Tagen gezeigte Haareis. Hier wie dort haben wir es mit feinen Strähnen aus Wasser zu tun – wenngleich sich die Aggregatzustände unterscheiden – hier flüssig, dort fest. Im vorliegenden Fall wurde ein Zuckerwürfel mit einem Tropfen Lebensmittelfarbe versehen und auf einen Teller mit einer flachen Wasserschicht gelegt.
Zucker löst sich in Wasser auf. Das kennt man zum Beispiel vom Teetrinken. Das dabei entstehende Zuckerwasser ist „schwerer“ (von größerer Dichte) als normales Wasser – was unmittelbar einleuchtet. Denn der Zucker verschwindet im Wasser ohne dass das Volumen merklich zunimmt. Deshalb strömt das blaue Zuckerwasser durch das „leichtere“ normale Wasser hindurch radial zu allen Seiten.
Interessanterweise nehmen die einzelnen Zuckerwassersträhnen, die sich vom Würfel gelöst haben und das Weite suchen, voneinander so gut wie keine Notiz: Sie vermischen sich zunächst nicht miteinander. Denn eine Mischung durch Diffusion dauert sehr viel länger als die Strömungen. Erst wenn man das Geschehen längere Zeit sich selbst überlässt, findet man schließlich eine gleichmäßig hellblau getönte Flüssigkeit vor. Wenn man sie kostet schmeckt sie süß.
Dieser Befund, dass sich Wasserströme unterschiedlicher Beschaffenheit (Dichte, Temperatur u. Ä.) nur langsam vermischen, ist bei den Meeresströmungen von großer Bedeutung. Beispielsweise transportiert der für unser Klima so wichtige Golfstrom warmes und daher leichtes, aber gleichzeitig wegen starker Verdunstung sehr salzhaltiges und daher schwereres Wasser vom Golf von Mexico, zunächst an der nordamerkanischen Küste entlang bis in unserer Breiten. Es ist undabdingbar, dass auf dem langen Weg keine stärkere Vermischung stattfindet. Denn ansonsten würde das warme, salzhaltige Oberflächenwasser schwerer werden als das darunter befindliche kalte, salzärmere Wasser und zu früh absinken. Es ist ein Grat- und Gradwanderung…

Eiskunst auf der Wasserpfütze

So manche zugefrorene Wasserpfütze (hier ein Ausschnitt) besticht durch oft naturkünstlerische (ich weiß – ein Oximoron) Muster, die in einer ziemlich direkten Weise das visualisieren, was schon vorher irgendwie da war, bevor die Temperatur unter den Gefrierpunkt sank. Will man dennoch beschreiben, was bei der Übersetzung der Beschaffenheit der Pfütze von einer hohen in eine tiefe Temperatur passierte, so muss man sich auf wesentliche Aspekte beschränken. Dazu zählen die Beschaffenheit des matschigen Untergrunds der Pfütze, die Geschwindigkeit, mit der Wasser versickert (vermutlich an den verschiedenen Stellen unterschiedlich), die Temperaturschwankungen, die Luftfeuchte, die Bedeckung des Himmels… Und selbst wenn man diese Aspekte alle in Betracht zieht, könnte wohl kein Computerprogramm die Entwicklung dieses Musters vorherberechnen. Wir kennen zwar die Naturgesetze, die bei dieser Entwicklung im Spiel sind, aber Details und insbesondere sensitive Punkte, bei denen es durch winzige Unterschiede zu qualitativ völlig anderen Strukturbildungen kommen kann, haben wir grundsätzlich nicht im Griff. Um es etwas pauschaler zu sagen: Der Zufall spielt oft mit dem Zünglein an der Waage.
Dennoch, einige typische Entwicklungen beim Zufrieren der Pfütze können zumindest im Prinzip physikalisch beschrieben werden. Wer sich dafür interessiert, sei auf frühere Beiträge verweisen, z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier)

Eisblumen mit rotem Blatt

Zuerst fiel mir das rote Blatt auf, das oben an der Fensterfront des Glashauses prangte. Erst dann sah ich, dass es sich wie ein I-tüpfelchen über einem großflächigen anorganischen Gewächs ausnahm und die Scheibe zu einem besonderen Winterbild gestaltete.
Woher in dieser Zeit das zwar verfärbte aber ansonsten noch ziemlich intakte Blatt kam, hat es mir nicht verraten.

Reif für ein Foto

Die hohen Bäume haben weitgehend verhindert, dass sich in der vorangegangenen sternklaren Nacht die Energieverluste (durch Abstrahlung zum kalten Himmel) von den unter ihrem Dach hausenden kleineren Pflanzen in Grenzen hielt. Jedenfalls reichte die Abkühlung nicht aus, dass der Tau- und Gefrierpunkt unterschritten wurde. Sie blieben weitgehend trocken und eisfrei. Weitgehend. Denn eine Pflanze machte eine auffällige Ausnahme und ließ sich von einer leuchtend weißen Reifschicht überziehen. Vor dem ansonsten relativ dunklen, meist durch Brautöne bestimmten Hintergrund nimmt sich diese faszinierende Symbiose aus organischen und anorganischen Strukturen wie ein dendritischer Leuchtturm aus.
Diese Interpretation des Szenarios lässt sich dadurch stützen, dass ich von der Planze aus durch eine Lücke im Blätterdach der Bäume auf den unbewölkten Himmel blicken kann. Auf diese Weise strömt reichlich Licht ein, das an den Eisstrukturen nahezu vollständig reflektiert wird und zu diesem erhellenden Effekt führt – und mich zu dieser kleinen Geschichte anregt.

Haareis – des Winters Zuckerwatte

Nachdem ich vor wenigen Jahren zum ersten Mal Haareis in freier Natur gesehen habe – aus Abbildungen kannte ich es bereits – entdecke ich es immer häufiger. Ich weiß inzwischen, dass dies ein typisches Zeichen für die Wahrnehmungsaufmerksamkeit ist: Man sieht nur was man kennt. So auch vor ein paar Tagen. Kaum sinkt die Temperatur unter den Gefrierpunkt, taucht das weiße Haar im Untergehölz des nahe liegenden Buchenwaldes auf. Die Bedingungen waren allerdings auch ideal, denn einerseits hatte die vorangegangene Regenzeit alles schön durchfeuchtet und andererseits fiel auch die Temperatur nicht allzu weit unter den Gefrierpunkt. Diesmal sah ich das wie Zuckerwatte anmutende Naturprodukt sogar in einem höher gelegenen abgestorbenen Ast einer Buche. Vor kurzem gab ich eine physikalische Erklärung für dieses – offenbar gar nicht mehr so seltene – Naturphänomen..

Von der Lust Eis zu kratzen…

Nicht immer ist das Eiskratzen an zugefrorenen Autoscheiben ein Vergnügen. In diesem Fall war es anders. Ich konnte nämlich beim Beseitigen der Eisschicht meine Augen auf dem mit naturschönen Eiskristallbändern verzierten Dach weiden lassen. Ähnliche Formen hatte ich bislang nur selten und zwar meistens auf Fensterscheiben gesehen.
Beim Anblick dieser dendritischen Muster schlich mir eine (für einen Physiker nicht gerade schmeichelhafte) Frage durchs Gemüt: Greift die Natur bei der „Auswahl“ ihrer Motive manchmal in die falsche Schublade? Waren diese Strukturen nicht eigentlich den Fichten und Tannen vorbehalten?

Winterliche Schwarz-Weiß-Malerei

Einige Bäume lockern die ansonsten triste Agrarlandschaft auf. Der Schnee macht nicht nur die Spuren der letzten landwirtschaftlichen Aktivitäten sichtbar, (die rechts unten an einen chaotischen Attraktor erinnern,) sondern verwandelt das Ensemble in eine Art Schwarz-Weiß-Malerei.

Tröpfchenweise

Schaut man sich die Tropfen an, dann fällt auf, dass sie alle eine unterschiedliche Größe haben. Das hat vor allem damit zu tun, dass sie sich in unterschiedlichen Wachstumsphasen befinden. Gespeist von winzigen Nebeltropfen wachsen sie bis ihre Schwerkraft größer wird als die Adhäsionskraft, mit der sie am Ast gehalten werden. Dann schnüren sie sich ab und fallen hinab. Schon unmittelbar danach bildet sich ein neuer Tropfen und das Wachstums- und Fallspiel beginnt von neuem.
Da die Tropfen wie eine Linse aus Wasser wirken, bilden sie – wenngleich unvollkommener als optische Linsen – die Umgebung ab. Je nach der Größe der Tropfen fallen diese Abbildungen mehr oder weniger verzerrt aus.

Kalt erwischt

Zunächst waren es Tautropfen. Der Temperaturabfall in der Nacht vor allem an kleinen Einheiten wie den Grasblättern ließ die Luftfeuchte über 100% ansteigen und den überschüssigen Wasserdampf in Form von wachsenden Wassertropfen kondensieren. Doch die weiter sinkende Temperatur unterschritt schließlich den Gefrierpunkt: Die Tropfen erstarrten und tauschten ihre spiegelnde Brillanz gegen eine eisige Härte ein. Nahm man sie in die Hand, so flossen sie dahin wie nichts…

Regen und Fließen

Bei uns regnet es nun schon eine Weile ohne Unterlass. Und da wegen des feuchten Gedränges kaum noch Gelegenheit besteht, von der Straße in die Vorfluter zu gelangen, bleibt das Wasser einfach auf der Straße und schafft sich ein neues Bett. Aber das geschieht von Natur aus alles in regelrechter Ordnung. Das fließende Wasser schickt sich sogar an, sich mit einer naturschönen Kräuselung zu versehen.
Da das strömende Wasser zu den ansteigenden Rändern hin eine größer Reibung mit dem Untergrund erfährt und daher an diesen Stellen stärker geschert wird als weiter innen, wird es gewissermaßen nach außen hin gebrochen. Dort wird es dann an der ansteigenden „Böschung“ in Richtung Strommitte reflektiert, schießt dann aber Trägheit übers Ziel hinaus zur anderen Seite, wo es in spiegelverkehrter Weise dasselbe Schicksal erfährt. Rein optisch zeigt sich dieses Hin und Her in einem schön anzusehenden Muster.

Verheißung

Fühlst Du durch die Winternacht
Durch der kalten Sternlein Zittern
Durch der Eiskristalle Pracht
Wie sie flimmern und zersplittern,
Fühlst nicht nahen laue Mahnung,
Keimen leise Frühlingsahnung?

Drunten schläft der Frühlingsmorgen
Quillt in gährenden Gewalten
Und, ob heute noch verborgen,
Sprengt er rings das Eis in Spalten:
Und in wirbelnd lauem Wehen
Braust er denen, die’s verstehen.

Hörst Du aus der Worte Hall,
Wie sie kühn und trotzig klettern
Und mit jugendlichem Prall
Klirrend eine Welt zerschmettern:
Hörst Du nicht die leise Mahnung,
Warmen Lebensfrühlings Ahnung?
*

* Hugo von Hofmannsthal (1874 – 1929)

Miniaturdämmerung in großer Höhe

Die Sonne ist bereits hinter dem Wald verschwunden. Der Himmel ist wolkenfrei und leuchtet in einem einheitlichen Blau. Daher gibt es keine Streukörper die das auf die langen Wellen Rot und Gelb reduzierte Sonnenlicht auf die Erde umlenken könnten.
Doch plötzlich flammen in großer Höhe zwei feuerrote Streifen auf, die im ersten Moment wie feurige Fackeln aussehen. Es sind die Kondensstreifen, die das Sonnenlicht in alle Richtungen streuen, sodass es auch in unsere Augen gelangt.

Der Artist unter den Schneemännern

Jeder der sich mit dem Bau eines Schneemanns auskennt weiß, dass man einen solchen in bedrohlicher Schräglage befindlichen Sonnyboy kaum zustandebringt. Denn offenbar liegt hier der Schwerpunkt bei weitem nicht mehr über der Unterstützungsfläche. Eine solche artistische Performance ist nicht ohne die Unterstützung besonderer physikalischer Vorgänge möglich.
Ich gehe davon aus, dass der Schneemann zunächst aufrecht war und eine gewisse kaum merkliche Anfangsschräge hat dann dazu geführt, dass an dieser Seite ein höherer Druck auf die Schneekristalle ausgeübt wurde. Durch diesen Druck kam es zur Verschmelzung von Schneekristallen (Sintern) und einem damit verbundenen Verlust an Schnee zugunsten von Schmelzwasser. Diese ist sofort wieder gefroren und hat durch die damit verbundene Vereisung zu einer Stabilisierung der Lage geführt. Da der Druck durch den zunehmenden Neigungswinkel weiter zunahm, hat sich der Vorgang vielfach wiederholt, bis schließlich der auf dem Foto zu sehende Zustand erreich wurde.
Ähnliches beobachtet man in freier Natur, wenn der auf fast waagerechten Ästen von Bäumen lagernde Schnee schließlich wie ein Seil vom Ast herunterhängt.
Das Foto wurde mir freundlicherweise von Dieter Plieninger zur Verfügung gestellt. Seine Erläuterung dazu: Kindergartenkinder „haben den Schneemann am Morgen errichtet und eine Kindergärtnerin hat das Foto nach dem Mittagessen gemacht“.

Strukturiertes Eisschmelzen

Eis schwimmt auf dem Wasser. Denn anders als bei vielen anderen Stoffen nimmt die Dichte von Wasser mit abnehmender Temperatur bis 4° C zwar zu, danach wird sie jedoch wieder geringer. Kaum auszumalen, wenn es diese Anomalie des Wassers nicht gäbe. Daher schmilzt eine Eisschicht auch meistens über der sie tragenden Wasseroberfläche. Wenn die feste Eisschicht jedoch wie im vorliegenden Fall in einer Regentonne verkeilt ist und am Aufsteigen als Ganzes gehindert wird, bildet sich über dem Eis eine Wasserschicht.
Das Eis schmilzt unter dem Wasser und bietet ein interessantes Szenario, wenn man sich denn die Zeit nimmt, dies zu beobachten. Man kann zwar wegen der Transparenz des Wassers kaum etwas direkt sehen, aber einige Vorgänge erlauben Rückschlüsse auf den komplexen Schmelzvorgang. So kann man beispielsweise an der Bewegung von Schmutzpartikeln erschließen, was sich in der Wasserschicht tut.
Im vorliegenden Fall haben sich die komplexen Bewegungen in den Eiskörper „eingebrannt“, was an den mehr oder weniger regelmäßigen Kanälen zu erkennen ist. Die Kanäle zeugen von wärmeren Wasserströmen, die das Eis lokal zum schmelzen bringen und dadurch kälter geworden zur Oberfläche aufsteigen.
In der Mitte sieht man eine ins Eis geschmolzene Mulde, in der sich Schmutz gesammelt hat. Da das Sonnenlicht kaum vom Eis absorbiert wird, wohl aber der dunkle Schmutz, hat sich dieser erwärmt und lokal zu einer stärkeren Abschmelzung geführt.

Auf dünnem Eis

Als Kinder freuten wir uns über zugefrorene Pfützen, um darauf zu glitschen bzw. zu schlittern. Pfützen mit weißen Eisschichten waren weniger geeignet, weil diese so dünn waren, dass man meist schon beim vorsichtigen Betreten einbrach.
Aus Ärger darüber und des schönen Geräusches wegen haben wir dann oft auch noch den Rest der Pfütze zertrampelt, sodass unsere Schuhe und manchmal auch noch die Hosen danach völlig verdreckt und damit Ärger zu Haus vorprogrammiert waren. Denn unter dem dünnen Eisbelag war meist noch feuchter Schlamm vorhanden, den der Frost noch nicht erreicht hatte.
Das Eis ist in manchen Pfützebn deshalb so dünn, weil das Wasser schneller versickert als die Eisschicht dicker wird. Schließlich reißt der Kontakt zur Wasseroberfläche. Auf diese Weise entsteht zwischen dem sinkenden Wasserniveau und der Eisschicht ein Hohlraum mit großer Luftfeuchte. Die reichlich vorhandenen Dampfmoleküle docken an der Unterseite der nunmehr frei gewordenen Eisschicht an und bilden eine Reifauflage. Wegen der Lufteinschlüsse des Reifs geht die Transparenz zugunsten eines Milchglasaussehens verloren. Deshalb gehören dünnes Eis und Intransparenz zusammen.
Aber ehrlich gesagt habe ich das Foto nicht nur deshalb gemacht um dies zu dokumentieren. Vielmehr fand ich die Eisschicht in ihrer reichhaltigen Strukturierung und der darin implizit enthaltenen Entstehungsgeschichte einfach naturschön. Leider werden wir solche Ansichten in Zukunft in unseren Breiten wohl immer seltener zu Gesicht bekommen.


Der Mond im Geäst verheddert

Wenn die Bäume ihr Laub verloren haben (man sollte vielleicht besser sagen: abgegeben haben), präsentiert sich der Mond oft in naturschönen Kontexten. Diesmal scheint sich der nahezu volle Mond in den Ästen einen Baumes verheddert und damit die Distanz zwischen Baum und Himmel aufgehoben zu haben. Die dem Mond nahezu diametral gegenüberstehende untergehende Sonne verleiht nicht nur dem Baum, sondern auch dem Mond einen rötlichen Teint.
Als ich meine Begleiterin darauf aufmerksam machte, fand sie das ein wenig zu mystisch, was ich wiederum als merkwürdig empfand. Denn ich hatte es rein physikalisch gemeint, um deutlich zu machen, dass trotz ihrer ansonsten großen Unterschiede – der Baum als irdisches und der Mond als himmlisches Objekt – sich hier beide völlig gleich verhalten: Sie reflektieren das rötliche Sonnenlicht.

Der Anblick des Fotos mutet meines Erachtens fast wie eine Grafik an, weil uns das Anschauungsvermögen bei der Zusammenschau an sich weit voneinander entfernter Gegenstände zuweilen im Stich lässt.

So schön, dass ich nicht darauf zu treten wage…

Die Spuren im Sand zeugen von der Komplexität des vorangegangenen Sandsturms zum Zeitpunkt als dieser sich beruhigt hatte und diesen Anblick hinterließ. Natürlich lässt sich daraus nicht die Struktur der Luftströmungen ablesen, denn wir haben hier ja nur das Muster des Zusammenwirkens von willenlosen Sandkörnern, die nicht viel mehr als ihre Größe, Dichte (Farbe) und Gewichtskraft einzubringen hatten.
Es ist kein Chaos im Sinne von stochastischer Zufälligkeit entstanden, sondern ein wohgeformtes, von teilweise entmischten hellen und dunklen Sandkörnern untermaltes ästhetisch ansprechendes Rippelfeld.
Ich zögerte auch dann noch, es zu betreten, als das Foto bereits im Kasten war, um es nicht zu zerstören. Diese Hemmung ist natürlich nicht frei von Irrationalität, denn für wen sollte es erhalten bleiben? Die Wahrscheinlichkeit, dass sich in der nächsten halben Stunde jemand hier her verirrt und der sich auch noch von den Strukturen angesprochen gefühlt hätte, war äußerst gering. Außerdem hätte danach der immer noch gemächlich über die Rippel streichende Wind vermutlich schon wieder Neues hervorgebracht.

Mineralische Bäumchen im Steinbruch

Diese schöne Steinplatte habe ich ganz bei uns in der Nähe in einem Steinbruch freigelegt, indem ich ohne großen Aufwand eine darüber liegende Platte abgehoben habe. Ich war sofort begeistert von diesen naturschönen Strukturen. Man blickt hier allerdings nicht auf versteinerte Bäumchen, obwohl es sich ebenfalls um dendritische (dendrites: zum Baum gehörend) Objekte handelt. Diese Dendriten sind vor vielen Millionen Jahren im Plattenkalk gewachsen. Es handelt es sich um Eisen- und Manganabscheidungenen auf Kluftflächen des Kalks. Entstanden sind sie dadurch, dass mineralreiches Wasser mit hohen Konzentrationen von Eisen und Mangan von Ritzen im Gestein ausgehend in mikroskopisch kleine Hohlräume zwischen den Kalksteinlagen eingedrungen sind und sie haben durch ein sogenanntes diffusionsbegrenztes Wachstum (DLA) diese dendritischen Muster hervorgebracht haben.
Der Vorgang lässt sich übrigens in einfachen Freihandexperimenten nachvollziehen ohne Äonen auf das Ergebnis warten zu müssen.

Transparente Kugeln im Sonnenlicht

Eine transparente Glaskugel liegt im Licht, das von rechts oben einstrahlt. An der Länge des Schattens erkennt man in etwa den Einfallswinkel des Lichts. Diese transparente Glaskugel wirft einen Schatten, weil sie das auftreffende Licht auf einen Brennfleck fokussiert. Das im Schattenbereich fehlende Licht wird hier auf eine kleine Fläche konzentriert. Es geht also kein Licht verloren (Energieerhaltung). Der Brennfleck reflektiert einen Teil des Lichts diffus in alle Richtungen. Insbesondere durchleuchtet er von schräg unten die kleinere ebenfalls halbwegs transparente Kugel (Es handelt sich um eine Vitamin D3-Pille, die irgendwie auf meinen Schreibtisch geraten ist 😉 . Sie fokussiert das Licht erneut und strahlt es nach links oben ab.

Kristallenes Haar auf moderndem Holz

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaften

Allein was hilft es dir,
zu spalten Haar um Haar?

Friedrich Rückert (1788–1866)

Im Inneren von nassem Totholz treiben Stoffwechselvorgänge eines Pilzes Feuchtigkeit durch dünne Kanäle nach außen. Bei moderaten Minusgraden gefriert das austretende Wasser dabei zu einem seltenen Anblick: zuckerwatteähnlichem Haareis.

Wasser gefriert in freier Natur in den verschiedensten Formen. Der Strukturreichtum reicht von Schneeflocken über zahlreiche Reif- und Raureifphänomene bis zum Haareis. Diese filigrane Erscheinung gefrorenen Wassers findet man selten. Zum einen ist Haareis lediglich in weitgehend naturbelassenen Waldgebieten anzutreffen, und zwar am Holz bestimmter Laubbäume (vor allem Buchen und Eichen), das nicht abgeräumt wird, sondern ungestört vermodert. Zum anderen muss seinem Auftreten eine feuchte Wetterperiode vorangegangen sein, und die Temperaturen dürfen nur ein wenig unterhalb des Gefrierpunkts liegen.

Das Haareis umsäumt verrottende Holzstücke mit auffälligen, weiß leuchtenden, watteähnlichen Strukturen. Bei näherem Hinsehen entdeckt man, dass die vermeintliche Watte aus vielen sehr dünnen (zirka 0,02 Millimeter) aber langen (bis zu 20 Zentimeter) Eisfäden besteht. Die oft seidenartig schimmernden Fasern treten typischerweise in Büscheln auf. Sie wachsen dicht gedrängt senkrecht zur Oberfläche des Holzstücks aus diesem heraus. Trotzdem verschmelzen die einzelnen Stränge nicht miteinander.

Vor allem letztere Eigenschaft ist sehr erstaunlich. Denn getrennte Eisteile, die sich aber teilweise berühren, neigen dazu, zusammenzufrieren, insbesondere bei Temperaturen in der Nähe des Schmelzpunkts. Die Ausbildung einer gemeinsamen Oberfläche verkleinert die Oberflächenenergie. Warum es bei Haareis anders ist, bleibt vorerst ein Teil seines Geheimnisses, obwohl das Phänomen seit langem bekannt und insbesondere in den letzten Jahrzehnten wissenschaftlich näher untersucht worden ist. Vermutlich spielen hier organische Stoffe eine Rolle, die als schützende Beschichtung wirken.

Schaut man sich die Holzstücke genauer an, so entdeckt man, dass jedes Haar einzeln aus einer winzigen Öffnung im Material heraussprießt. Man gewinnt den Eindruck, ähnlich wie bei der Herstellung von Spagetti würde eine flüssige Substanz durch Düsen gedrückt werden und an der Luft sofort verhärten. Diese Vorstellung ist nicht ganz abwegig, denn laut entsprechender Forschungsarbeiten handelt es sich bei den Löchern in den Holzstücken um die Austrittsöffnungen so genannter Holzstrahlen. Das sind winzige Kanäle, die das Leitgewebe radial von der Mitte bis zur Borke durchziehen und im lebenden Baum dem Transport von Wasser und Nährstoffen dienen. Die einzelnen Eishaare sind an den Mündungen der Holzstrahlen verwurzelt und haben den gleichen Durchmesser wie diese. Außerdem sprießt das Eis stets aus den von der Borke befreiten Abschnitten des Totholzes. Manchmal quillt es sogar aus den Bruchstellen zwischen teilweise gelösten Rindenteilen.

Lange Zeit war unbekannt, wie es im Einzelnen zum frostigen Aufleben der abgestorbenen Holzstücke kommt. Dabei hatte bereits 1918 der später für seine Hypothese der Kontinentaldrift berühmt gewordene Alfred Wegener (1880–1930) wesentliche Erkenntnisse gewonnen. Er hielt das Haareis zunächst selbst für einen der Pilze, die abgestorbenes Holz befallen. Nachdem er erkannte, dass es sich um Eis handelt, vermutete er, Baumpilze seien immerhin maßgeblich an der Entstehung des Haareises beteiligt.

Neuere wissenschaftliche Untersuchungen haben den Zusammenhang mit Pilzen nachgewiesen. Wenn man nämlich vom Eis befreite Holzstücke, die sich unter den passenden meteorologischen Bedingungen anschließend erneut in die kristalline Wolle kleiden, mit Hitze, Alkohol oder Fungiziden behandelt, bleibt der Effekt aus. Außerdem ist geschmolzenes Haareis leicht bräunlich gefärbt, was auf organische Rückstände hinweist. Alle behaarten Äste waren mit einer für Laubbäume typischen Pilzart befallen, der Rosagetönten Gallertkruste (Exediopsis effusa).

Doch welche konkrete Rolle spielt der Pilz bei der Bildung des Haareises? Bei anderen winterlichen Phänomenen wie den nadelartigen Eiskristallen an Pflanzen und anderen Objekten sind zwei Dinge verantwortlich: entweder die Resublimation (Gefrieren ohne vorher flüssig geworden zu sein) von Wasserdampf oder die Kristallisation von unterkühlten Wassertröpfchen. In beiden Fällen lagern sich die Wassermoleküle aus dem Dampf oder der Flüssigkeit von außen an entsprechende Keime beziehungsweise schon vorhandene Kristalle an. Demgegenüber wachsen die Eishaare direkt aus dem Totholz heraus, ähnlich wie tatsächliches Haar aus dem Körper eines Lebewesens. Die entscheidenden Vorgänge passieren also innen. Der Stoffwechsel der Pilze ist dafür eine unabdingbare Voraussetzung.

Der Pilz ernährt sich von dem in den Holzstrahlen vorhandenen organischen Material. Dabei gibt er neben Wasser gasförmiges Kohlendioxid ab. Das drückt Wasser durch die Strahlkanäle aus dem Holz heraus. Molekulare Rückstände der Stoffwechselvorgänge des Pilzes wirken als Kristallisationskeime, an denen es beim Austritt an die kalte Außenluft zu dünnen Fäden gefriert. Der ausgetriebene Strom reißt auch deswegen vorerst nicht ab, weil eine Art Saugeffekt beiträgt. Dadurch wird Wasser zur Grenzfläche des Eises gezogen, wo die Flüssigkeit lokale Ladungsunterschiede zwischen den Holz- und Kristalloberflächen ausgleicht und dadurch die Grenzflächenenergie minimiert. Die Pilztätigkeit erklärt ebenfalls, warum das Phänomen nur bei leichtem Frost auftritt: Die beim Stoffwechsel erzeugte Wärme hält die Temperatur im Ast oberhalb des Gefrierpunkts. Wenn es dafür zu kalt wird, erstarrt die Feuchtigkeit im Holz, und das ganze Schauspiel stoppt.

Ähnlich dem Haupthaar eines Menschen neigen sich ganze Büschel der Eisfäden in Scheiteln und Wirbeln zur einen oder anderen Seite. Das ist vor allem Unterschieden bei der Wachstumsgeschwindigkeit eines jeden Haars zu verdanken. Sie schwankt infolge von Unregelmäßigkeiten an den Rändern der Strahlmündungen. Dieses wilde Verhalten erweckt einen geradezu lebendigen Eindruck, der im Reich der Eiserscheinungen einzigartig ist.

Quelle

Hofmann, D. et. al.: Evidence for biological shaping of hair ice. Biogeosciences 12, 2015

Leuchtende Blätter

Warum die Buchen zwar das Chlorophyll aus ihren Blättern herausziehen und für das nächste Wachstum im Stamm speichern, die Trennung von den nun nutzlos gewordenen Blättern aber oft sehr lange hinauszögern, kann ich nicht beantworten. Irgendwann sind sie dann doch verschwunden. Aber in dieser Situation zu Beginn des neuen Jahres übernehmen die hellbraun bis gelb verfärbten Blätter eine ermutigende Rolle. Im Unterschied zu den meisten anderen Pflanzen reflektieren sie das Sonnenlicht so effektiv, dass die Helligkeit bis ins Gemüt wirkt und es auch dort hell werden lässt. Es geht aufwärts im Neuen Jahr!

Rätselfoto des Monats Januar 2023

Wie kommt es zu den Farben der Risse im Eis?

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Erklärung des Rätselfotos des Monats Dezember 2022

Frage: Warum werden die Blasen nach oben hin größer?

Antwort: Infolge der Druckabnahme scheidet sich das im Getränk gelöste Kohlenstoffdioxidgas an bestimmten Stellen in Form von gleichgroßen Blasen ab. Diese steigen im weitgehend konstanten Rhythmus perlenkettenartig auf. Dabei nehmen die Abstände zwischen zwei benachbarten Blasen zu. Liegt das etwa an deren Beschleunigung durch die zunehmende Auftriebskraft der größer werdenden Blasen? Nein, denn die mit der Geschwindigkeit der winzigen Blasen zunehmende Reibungskraft mit der Flüssigkeit sorgt dafür, dass bereits nach sehr kurzer Strecke der Wert der Auftriebskraft angenommen wird und eine gleichförmige Aufwärtsbewegung entsteht.
Man könnte auf den Gedanken kommen, die Blasen würden deshalb größer weil mit der Höhe der Druck durch das darüber befindliche Wasser geringer wird. Doch diese Druckabnahme aufgrund einer kleiner werdenden Wassersäule von typischerweise zehn Zentimeter beträgt nur etwa ein Hundertstel des atmosphärischen Luftdrucks – dieser entspricht einer etwa zehn Meter hohen Wassersäule. Daher ist der Einfluss vernachlässigbar klein. Entscheidend für das Wachstum der Blasen ist vielmehr, dass sie während ihrer Bewegung nach oben weiterhin CO2 aufnehmen.

Silvesterfeuerwerk einmal ganz anders

Wer den ruhigen Übergang bevorzugt und dennoch die schönen Wurfparabeln der glimmenden Teile des explodierenden Pulvers nicht missen möchte, versuche es einmal mit diesem Foto aus der belebten Natur.

Ich wünsche allen Blogfreundinnen und -freunden einen guten Übergang ins Neue Jahr und dort – glücklich angekommen – einen gelingenden Start.

Die Jahreszeiten auf einen Blick

Kurz vor dem Jahreswechsel denke ich über die Jahreszeiten nach – die vergangenen und die kommenden. Sie hängen ja alle insofern miteinander zusammen, als sie auseinander hervorgehen. Sie tun das natürlich in einer bestimmten Reihenfolge und Ordnung – dafür sorgen schon die Drehung der Erde um die Sonne und die damit einhergehende Veränderung einiger physikalischer Größen.
Ich habe hier versucht, jenseits aller physikalischer Überlegungen die Jahreszeiten in einem Bild darzustellen. Die aktuelle Jahreszeit, der Winter, bildet den aktuellen Hintergrund, wobei ich zugeben muss, dass die Raureifstacheln aus dem letzten Winter stammen. Alles andere ist dem Blick in die Kugel zu entnehmen. Nun ist der Blick in die Kugel für einen Physiker nicht gerade die erste Wahl, um eine Vorhersage zu treffen. Aber in den Raunächten zwischen den Jahren sollen ja Dinge möglich sein, die in keinem physikalischem Textbuch zu finden sind und einem selbst im Traum nicht einfallen würden.
Ob es so kommt, wie man es in der Kugel zu sehen vermeint, steht allerdings unter den Damoklesschwertern der Raureifstacheln, die sich der filigranen Vorhersageblase bereits ungebührlich genähert haben.

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