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Physik im Alltag und Naturphänomene

Diese Kategorie enthält 839 Beiträge

Kalte Flammen im Walde

Wie erstarrte, kalte Flammen leuchten uns im knalligen Gelb klebrige Hörnlinge entgegen. Es handelt sich um einen Pilz von klebriger, gallertartiger Konsistenz, der in der Regel auf vermoderndem Holz im Wald anzutreffen ist. Als Kinder haben wir den Pilz als gelbe Ziegenscheiße bezeichnet. Allein dadurch verging uns die Lust das Gewächs trotz der ansprechenden gelb bis orangene Farbe anzufassen. Weiterlesen

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Eine windige Sache…

Der Mont Ventoux hat einen Mondgebirgsgipfel. Sturm will das Auto gleich in den Abgrund schmeißen, und wenn die Menschen die Aussicht bis ans Meer genießen, frieren sie sehr. Auf dem Nachbarplateau Stacheldraht Wüste etliche Bunker, da fuhren wir weiter. Die nackte Erde ergrünte, winzige Kiefern schwärmten aus, vorn ein paar Einzelne Mutige die auch allein etwas wagen.
Die Zedern versammeln sich an einer anderen Stelle. Einigen fehlten die vorwitzigen ewig winkenden Schöpfe, und unser Auto furzte sich fröhlich die zehnprozentige Steigung hinab
.“ Weiterlesen

Vom Alltäglichen bis zum Wechselspiel von Licht und Schatten bei George de La Tour

Manchmal wird man bei profaner handwerklicher Tätigkeit in künstlerische Gefilde katapultiert, die auf den ersten Blick (auf die Fotos) abwegig erscheinen. Als ich eine Außenleuchte am Haus reparierte und zufällig mit der Hand in den Sonnenstahl geriet, wurden die Leuchte und sogar ein Teil der Wand erstaunlich stark aufgehellt. Die Innenhand wirkte also wie ein Reflektor, der das Sonnenlicht zwar nicht spiegelnd aber diffus auf den im Schatten liegenden Bereich lenkte.
Ich hätte die Sonne nicht mit ins Bild nehmen können, weil die Intensitätsunterschiede zwischen Sonnenlicht und reflektiertem Licht einfach zu groß ist.
Das erinnerte mich an eindrucksvolle Bilder von George de La Tour. Beispielsweise ist auf dem Bild „Das Neugeborene“ eine ähnliche Szenerie malerisch dargestellt und zu einer einzigartigen „Lichtinstallation“ gestaltet worden. Obwohl die Intensität des Kerzenlichts um Größenordnungen kleiner ist als die der Sonne, ist die Situation prinzipiell dieselbe. Als primäre Lichtquelle hätte de La Tour die Kerzenflamme viel heller malen müssen, als das beleuchtete Neugeborene, das ebenso wie die anderen Personen unter realistischer Perspektive nur noch sehr düster und schattenhaft gewirkt hätten und nicht zur Geltung gekommen wären. Indem er die Kerzenflamme durch eine Hand verdeckt und dadurch einen Teil des Lichts zusätzlich auf das Kind lenkt, wird nicht nur das Kind zusätzlich erhellt, sondern das unlösbare Problem, die Kerzenflamme noch heller zu malen, auf elegante Weise aus dem Weg geräumt.
Bei so viel Licht wird es dem Künstler außerdem möglich, deutliche Abstufungen in der Helligkeit und damit einen räumlichen Eindruck von den Körperformen zu vermitteln sowie die Farben der Kleidung zu differenzieren.
Das Gemälde erzählt auf diese Weise eine zweite Geschichte, in der die Personen dem Maler Gelegenheit bieten, das faszinierende Wechselspiel von Licht und Schatten zu inszenieren.

Den Fotos sind weitere optische Effekte zu entnehmen. Die Glühlampe reflektiert u.a. den Himmel spiegelnd und zwar gleich zweimal, nämlich auf der vorderen äußeren und hinteren inneren Oberfläche. Und da die Lampe nahezu Kugelform hat, ist auch gleich der ganze Himmel gespiegelt zu sehen. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass der Himmel zum Horizont hin heller ist als im Zenit. Im unteren Foto dominieren die beiden Spiegelbilder der Hand.

Rollende und entrollende Kugeln

Vor Jahren entdeckte ich eine schwarzgrau glänzende Kugel, etwa so groß wie eine kleine Johannisbeere (Abbildung unten rechts). Sie war durch helle „Meridiane“ und einzelne gelbliche Flecken strukturiert. Ich fotografierte sie und ließ sie einige Zeit allein. Als ich zurückkam war sie weg – vielleicht weggerollt. Denn ich hatte bereits beim Fotografieren bemerkt, dass sie schon bei der kleinsten Neigung ins Rollen geriet. Irgendwie geriet sie dann in Vergessenheit, weil ich keinen Ansatzpunkt zu ihrer Identifizierung fand. Weiterlesen

Vergitterter Blick

Ich wohne in einem Zimmer mit vergitterten Fenstern.
Von meinem Plastikstuhl aus sehe ich,
wie die Gitter das Meer in dicke blaue Scheiben schneiden.

Anne Weber (*1964)

Doch wie viel eindrucksvoller als die makroskopischen Gitter eines Fensters sind die mikroskopisch kleinen, die man nicht sehen kann, deren Wirkung aber ungleich effektvoller ist, weil sie das Licht in Farben zerlegen. Weiterlesen

Physik am Flugzeugfenster

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 8 (2019) S. 52 – 53

Doch still, was schimmert
durch das Fenster dort?

William Shakespeare (1564–1616)

Über den Wolken herrschen außerhalb des Flugzeugs dramatisch andere Temperaturen und Drücke als in der Kabine. An den Scheiben, die beide Reiche voneinander trennen, kommt es zu eindrucksvollen optischen und thermodynamischen Phänomenen. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats August 2019

Fiel ein Tropfen Wasser oder ein großer Stein ins Wasser?


Komplexe_Reflexe_IMG_8800_ZErklärung des Rätselfotos des Monats Juli 2019

Frage: Wie kommt es zu den sechs verschiedenen Schattierungen?

Antwort: Ein Picknick am Ufer eines idyllischen Kanals in Ostfriesland im Schutz einer alten Brücke. Ich genieße den Blick auf das Wasser und empfinde die Mischung aus intensiven Farben, altem Ziegelbauwerk mit kräftig gelben Flechten übersät wie ein in Form und Farbe stimmiges Kunstwerk aus Natur und alter Technik. Hier stimmen die Proportionen, die Schattenränder und Reflexionen auf intuitiv empfundene Weise.
Doch nach einiger Zeit ergibt sich die Frage, wie eine einzelne Lichtquelle, die Sonne mit Reflexen und Schattenwürfen eine solche Vielfalt von Schattierungen hervorbringt, die aus mehreren unterschiedlich stark beleuchteten (mit den Ziffern 1 bis 5 bezeichnet) Bereichen bestehen.
Die Sonnenstrahlung fällt von schräg links oben ein und erhellt die Front der Brücke und einen Teil unterhalb des Brückengewölbes, der durch die halbkreisförmige Berandung begrenzt wird. Auf den ersten erscheint es merkwürdig, dass sich diese Berandung ohne merklichen Bruch auf der Wasseroberfläche fortsetzt und auch diese zu einem gewissen Grade aufhellt. Wie kann das sein? Das Wasser reflektiert das Sonnenlicht nicht nur spiegelnd, sondern auch diffus in alle Richtungen (2 und 5), also auch zum Beobachter hin bzw. in die Kamera. Dafür ist insbesondere die durch Schwebeteilchen im Wasser hervorgerufene Trübung verantwortlich. Die Tatsache, dass auch mein Schatten schemenhaft auf dem Wasser zu erkennen ist, zeugt davon: Ein perfekter Spiegel zeigt keine Schattenprojektion. Obwohl die Fortsetzung (2) der Aufhellung (1) an der rechtsseitigen bogenförmigen Berandung (5) zu erkennen ist, fällt auf, dass beim Übergang zwischen Wölbung und Wasseroberfläche ein gewisser Bruch auftritt. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Flächen einen Winkel von etwa 90° zueinander aufweisen.
Die spiegelnde Reflexion der erhellten Wasseroberfläche führt ihrerseits dem Reflexionsgesetz entsprechend dazu, dass der an die direkte Aufhellung (1) des Gewölbes angrenzende Teil (3) angestrahlt wird, wenn auch nicht so stark. Beide aufgehellten Bereiche des Gewölbes spiegeln sich ihrerseits im Wasser. Das Spiegelbild des hellen Bereichs (1) führt zum Spiegelbild (4), was deutlich an den gespiegelten Ziegeln zu erkennen ist. Aber auch der durch den Reflex des Wassers beleuchtete Teil (3) spiegelt sich im Wasser (2) und lässt die Ziegelstruktur des Urbildes schemenhaft erkennen. Der am schwächsten erleuchtete Teil (5) gibt nur das oben erwähnte Streulicht ab und hat keine weitere Unterstützung durch spiegelnde Reflexionen des Gewölbes. Wenn man allerdings ganz genau hinschaut, dann sieht man, dass selbst der dunkelste Bereich unter dem Brückenbogen noch so viel Streulicht empfängt, dass eine schemenhafte Spiegelung des Ziegelgewölbes zu erkennen ist.
Zugegeben, dieser Beitrag wirkt fast wie die Lösung eine Puzzle-Rätsels. Wer jedoch daran interessiert ist, die unterschiedlichen Aufhellungen nicht nur pauschal als interessantes Reflexionsspiel der Natur auf sich wirken zu lassen, sondern allein mit dem fast schon als bloßer Ausdruck der Beschaffenheit der Welt geltenden Reflexionsgesetzt rekonstruieren möchte, kommt voll auf seine Kosten.
Obwohl auf diesem Foto nichts gestellt und manipuliert wurde, sondern lediglich die natürlichen Gegebenheiten wiedergegeben werden, wie sie im Moment der Aufnahme waren, bin ich doch einigermaßen erstaunt darüber welche komplexen Bilder durch einfache Reflexionen natürlicherweise entstehen können.

Ungewöhnliche Sehhilfe

Das Foto – in einer Einkaufs- und Flaniergasse am Strand aufgenommen – sieht aus wie durch eine rosarote Brille betrachtet. Ist es aber nicht, sondern wie das untere Foto zeigt an einer entsprechend gefärbten verspiegelten Brille reflektiert. Die Brillengläser entlarven jedes für sich die beiden Seiten der Situation. Rechts sieht man die Spiegelung eines hinter dem Fotografen liegenden offenen Restaurants; links die Spiegelung des Fotografen, der die Brille als „Sehhilfe“ in einer eher ungewohnten Weise nutzt. Der Betrachter ist also im doppelten Sinne im Bilde, als Sehender und Gesehener, auch wenn das eigene Bild leicht übersehen wird.

Die Situation hat ungewollt etwas Voyeuristisches. Keiner der Abgebildeten ahnt etwas davon, dass er im „Bilde“ eines Beobachters agiert.
Die klassische Situation ist eine andere. Der erste deutsche Experimentalphysiker Georg Christoph Lichtenber (1742 – 1799) hat es einmal so ausgedrückt:
Die Gesichter der gemeinen Leute auf einer Strase anzusehen ist jederzeit eines meiner grösten Vergnügen gewesen. Keine Zauberlaterne komt diesem Schauspiel bey.
Und Charles Baudelaires sagt:
Der Beobachter ist ein Fürst, der überall sein Inkognito genießt.

 

Sisyphus V – kinetische Kunst im Phaeno

Diese Aufnahme aus dem Science Center Phaeno in Wolfsburg zeigt eine Momentaufnahme eines kinetischen Kunstwerks. Es besteht darin, dass eine Stahlkugel über eine Fläche mit lockerem, trockenen Sand rollt. Sie hinterlässt dabei eine Rollspur, die dadurch zustande kommt, dass der Sand zu den Seiten weggedrückt wird. Der Lauf der Kugel und damit das dreidimensionale Muster der entstehenden Spur wird durch Computerprogramme gesteuert, die vor allem nach ästhetischen Gesichtspunkten erstellt wurden. Das Kunstwerk besteht sowohl im jeweiligen augenblicklichen Abbild wie in der Bewegung, die dieses Abbild kontinuierlichverändert. Weiterlesen

Täuschung und Enttäuschung

Was sich hier sich als Holzstamm darstellt, ist es nur zum Teil, wie ein Blick aus einer etwas anderen Perspektive zeigt. Es ist ein alter Zaunpfahl verlängert durch seinen Schatten. Hätte man das sehen können? Vielleicht, wenn man die scheinbare Durchdringung des Schattens durch Gräser bemerkt hätte.
Ich selbst habe zunächst einen längeren Pfahl gesehen und bin erst auf das Phänomen aufmerksam geworden, als ich im Vorbeigehen aus dem Augenwinkel zu sehen vermeinte, wie der scheinbar solide Pfahl im oberen Drittel abknickte. Weiterlesen

Aeolsorgelmusik am frühen Morgen

Es ist ein wenig windig auf dieser morgendlichen Wanderung durch die Krummhörn. Wind ist hier fast immer, davon zeugen zahlreiche Windkraftanlagen, die die natürlichen Luftströme auf technische Weise visualisieren und ihnen dabei auch noch Energie abnehmen. Aber es gibt auch die eher unspektakulären, leisen Töne, die – wie einst die Sirenen Odysseus betörten – mich zu einer Brücke locken, aus dessen Richtung die außerirdisch klingende Musik kommt. Weiterlesen

Der Traum und das tiefschwarze Schild des Klatschmohns

Hat man übrigens beachtet, daß die roten blutenden Mohnblumen immer ein merkwürdiges tiefschwarzes oder blaues Feld tragen, einen Schild, der oft so groß wird, daß die ganze Blüte wie Nacht und Dunkel scheint? Manche Mohnblüten entfalten sich zu breiten, flachen Tellern, darauf die Bienen ihre Speise aufgetragen bekommen, denn ich kenne keine Blume, die so gern von Bienen aufgesucht wird. Andere Mohnblumen wirken genau wie schlanke Flammen, ganz vertikal, in strengen zielfesten Linien. Wieder andere sehen wie Wasserdolden aus oder Kugelköpfe. Es gibt keine Form und keine Farbe, die bei diesen Traumgeschöpfen nicht sichtbar würde. Weiterlesen

Schilf in der Vase

Von weitem sieht es so aus, als habe hier jemand Blumenvasen mit frischen Schilfhalmen aufgestellt. Bei näherer Betrachtung entdeckt man, dass es sich um Kunststoffrohre handelt, die ein Bauer – aus welchen Motiven auch immer – als Zaunpfähle verwendet hat. Der Vorteil: sie halten ewig, zumindest länger als die bislang verwendeten geviertelten Eichenpfähle.
Bemerkenswert ist daran, wie die Natur mit diesem Fremdköper umgeht – sie bezieht ihn ohne Umschweife in das pflanzlich geprägte Umfeld ein. Ich gehe davon aus, dass Schilfsamen durch die obere Öffnung ins Innere geraten sind und dort Wurzeln geschlagen haben. Mit mächtigem Wuchsimpuls sind die Triebe dann dem Licht in Form eines sonnenrunden Lochs entgegen gewachsen und nun ihre Artgenossen in der Umgebung weit überragend eine Besonderheit darstellen. Ob die Kühe es würdigen wissen?

Am Ende des Regenbogens zweiter Ordnung

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 50/4 (2019), S. 200

Bei aufmerksamer Betrachtung eines Springbrunnens lassen sich in den Tropfen Fragmente eines Regenbogens erkennen, auch wenn die Sonne schon relativ hoch steht.

Am Ende des Regenbogens soll bekanntlich ein Schatz zu finden sein. Ist er auch, aber anders als man denkt. Wenn man an einem sonnigen Tag mit der noch tiefstehenden Sonne im Rücken einen Springbrunnen betrachtet, bekommt man im Gischt der Fontäne zumindest Fragmente eines Regenbogens zu sehen. Mit aufsteigender Sonne sinkt der Bogen und „ersäuft“ meist im Wasser an der Wurzel der Fontäne. Weiterlesen

Der Schmetterling unter den Pilzen

So als wollte der verfaulende Baumstumpf sich vor dem vollständigen Verschwinden noch eine letzte Gracie gönnen, schmückt er sich mit einer zweistufigen Pilzkrone aus kunstvollen, konzentrisch ondulierenden Farbstreifen, Ton in Ton von Gelb über Grün ins Blaue changierend.
Anders herum könnte man auch sagen, der Pilz entfaltet hier seine ganze Schönheit, indem er verfaulendes Holz in kunstvolle Strukturen verwandelt.
Wenn ich es richtig sehe, handelt es sich bei dem Pilz um eine Schmetterlingstramete (Trametes versicolor, auch Coriolus versicolor oder Polyporus versicolor genannt). Sie ist zur Zeit bei uns in den Wäldern (Teutoburger Wald) zu finden.

Physikalische Gedanken zu sonnenbadenden Steinen

Wenn mir jemand sagte, dass im Sand liegende Steine sich ausruhen oder sonnen würden, so fände ich das zumindest ein wenig hergeholt. Wenn man aber einige Steine unterschiedlicher Form und Größe zusammenträgt und in geeigneter Weise zusammenlegt, ist der Gedanke an Ausruhen oder Sonnen nicht mehr von der Hand zu weisen, auch wenn dem Männchen (oder ist es ein Weibchen) schon der kleine Finger der linken Hand abhanden geht. Weiterlesen

Tomatenampel

Gestern entdeckte ich in unserem Garten eine Tomatenampel. Sie funktioniert allerdings umgekehrt wie eine Verkehrsampel. Während diese mit Rot „Halt“ signalisiert, sollte man bei den Tomaten eher vor dem grünen Exemplar halt machen und beim roten zugreifen. Und „Gelb“ bzw. eher „Orange“ funktioniert nur in einer Richtung, es kann nur das „Rot“ ankündigen, nicht das „Grün“.
Arno Schmidt würde hier (mit Recht) fragen:“Na, was geht Dir (denn) durch d’n Täti?“

Das Meer

Grüß‘ mir das Meer,
Silberne Wellen
Rauschen und schwellen,
Schön ist das Meer!

Grüß‘ mir das Meer,
Golden es schäumt‘,
Ob es auch träumet?
Tief ist das Meer.

Grüß‘ mir das Meer,
Glücklich es scheinet
Ströme es weinet,
Groß ist das Meer*


*Friederike Kempner (1836-1901)

Insekten als Pollentransporteure

Wie in einem rosaroten Himmelbett geht die Biene oder welches Insekt sich auch immer hinter dem mit Pollen eingemehlten Outfit verbergen mag, seiner Aufgabe nach. Den Eindruck es mit einem feinen Mehl zu tun zu haben, müssen auch schon die ersten Biologen gehabt haben, die die Pollen benannten. Denn Pollen heißt auf lateinisch sehr feines Mehl, was auf dem Foto auch noch farblich unterstrichen wird. Während jedoch Mehl aus unregelmäßigen Fragmenten besteht, die aus einen Mahlvorgang hervorgehen, haben die Blütenpollen eine oft eindrucksvolle und ästhetisch ansprechende Struktur. Immerhin enthalten sie die männlichen Keimzellen, die dann – in diesem Fall durch Insekten – zu den weiblichen Empfangsorganen gebracht werden, um die Bestäubung und die anschließende Befruchtung zu ermöglichen. Das konnte man zur Zeit der Namensgebung jedoch noch nicht wissen. Mikroskope gibt es erst seit dem 17. Jahrhundert. Weiterlesen

Gefährliche Schräglage

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 7 (2019), S. 52 – 52

Ein kleiner Irrtum am Anfang
wird am Ende ein großer
Giordano Bruno (1548–1600)

Ist ein Sandhaufen zu steil, rutschen Teile von ihm ab. Doch was passiert mit größeren Objekten auf dem Hang? Ob sie am kritischen Winkel stabil liegen oder ins Gleiten geraten, hängt davon ab, wie stark sie den Untergrund deformieren.

Ein größer werdender Sandhaufen wird ab einer bestimmten Neigung nicht mehr steiler. Vielmehr stellt sich ein charakteristischer Schüttwinkel ein, indem oben aufgetürmter Sand hin und wieder in Lawinen niedergeht (siehe Foto …). Sie flachen den Haufen ab, so dass darauf wieder Sandkörner liegen bleiben können, bis der kritische Winkel erneut überschritten wird. In der nichtlinearen Physik spricht man bei solchen Phänomenen von selbstorganisierter Kritikalität. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Juli 2019

Wie kommt es zu den sechs verschiedenen Schattierungen?


Erklärung des Rätselfotos des Monat Juni 2019

Frage: Wie kommt es zu der Karomusterung der Wasseroberfläche?
Antwort: Die Strukturen setzen sich aus senkrechen und waagerechten Streifen zusammen. Die hellen Streifen, die vom Horizont her in Richtung des Betrachters zeigen, kann man rasch den Lücken in den Baumkronen zuordnen. Zu denken gibt nur, warum sie derart in die Länge gezogen erscheinen. Bewegt man sich zudem am Ufer entlang, so scheinen die Streifen mitzulaufen und bleiben auf den Beobachter gerichtet.
Das erinnert an ein anderes Phänomen, das »Schwert der Sonne« im Meer oder auf überfrorenen Schneeflächen. Dieses Ensemble von Lichtreflexen entsteht an allen passend ausgerichteten Stellen, welche die Strahlen der tief stehenden Sonne ins Auge des Beobachters werfen. Im vorliegenden Fall nehmen die hellen Partien zwischen den dunklen Bäumen die Rolle der Sonne ein. Daher gibt es nicht nur eine Lichtbahn, sondern viele.
Die hellen quer zu den Lichtschwertern verlaufenden Streifen verdanken sich stärkeren Störungen der Wasseroberfläche durch lokal wirkende Windböen, durch die die Lichtschwerter durchbrochen werden. Dass diese Störstellen so schmal aussehen, ist auf die perspektivische Verkürzung zurückzuführen. Auf diese Weise bekommt man insgesamt ein nahezu kariertes Muster zu Gesicht.

Sternenhimmel am Flugzeugfenster

Endlich mal ein Sternenhimmel, an dem die Sterne ihre zackige Sternform bewahrt haben. Zwar sieht man auch noch schemenhaft die typischen Spuren von Sternen, die auf Langzeitaufnahmen zeigen, dass sie scheinbar um den Polarstern kreisen – doch damit fällt das schöne Bild auseinander. Denn Fixsterne können nicht gleichzeitig auf demselben Foto fix sowohl in der Bedeutung von fest  als auch von schnell bewegt sein. Weiterlesen

Aus Tau geformte Kugellinsen

Dieses Foto ist auf einem Spaziergang am frühen Morgen entstanden, als das Gras noch mit leuchtenden Wassertröpfchen übersät war. Diese sind das Ergebnis von Kondensationsvorgängen in der vergangenen kühlen Nacht, in der sich überschüssiger Wasserdampf in der Atmosphäre besonders an feingliedrigen Gräsern niedergeschlagen hat und nun dem Vernichtungswerk der aufsteigenden Sonne überlassen wird. Keine zwei Stunden später waren kaum noch Tropfen zu finden: Mit zunehmenden Temperaturen verdunstet die prachtvolle Glitzerwelt wieder zu unsichtbarem Wasserdampf. Weiterlesen

Ein grünes Pferd im Zimmer

Zum Glück war es nur ein kleines Pferd mit ganz normaler Farbe… Heupferde sind eben grün und wesentlich kleiner als Pferde, die Heu fressen. Es hatte sich in mein Zimmer verirrt. Nicht nur dass es hier nichts zu suchen hatte, sondern auch weil es hier nichts zu suchen gab, verscheuchte ich es durch die Balkontür. Denn es gibt hier weder Insekten und deren Larven noch Pflanzen, von denen es sich hätte ernähren können – hoffe ich jedenfalls. Das Pferdchen machte einen Riesensprung auf die Brüstung des Balkons und verharrte in nachdenklicher Position (siehe Foto). Jedenfalls sah es für mich so aus. Es ließ sich nicht so leicht aus der Ruhe bringen, jedenfalls störte es sich auch nicht daran, dass ich aus geringer Entfernung fotografierte. Warum ist das Tierchen grün? Man schaue es sich doch nur vor dem Hintergrund des grünen Weins mit den etwas in Gelbliche changierenden Ästen an, dann hat man die Antwort: Das Heupferdchen wäre perfekt getarnt. Dasselbe gilt natürlich auch für Gras und Heu.
Ist es nicht erstaunlich, dass dieses Tier mit den relativ dünnen Beinchen eine derartige Performance auf die Beine stellt? Was macht seine Stärke aus? Das physikalische Zauberwort heißt #Allometrie. Wer mehr darüber wissen will, sei auf einen früheren Beitrag verwiesen (z.B. hier).

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

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.

Photoarchiv

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