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Physik im Alltag und Naturphänomene

Diese Kategorie enthält 641 Beiträge

Der weltgrößte Kaltwasser-Geysir aus dem Geist des Sprudelwassers

Vor kurzem hatte ich die Gelegenheit, den größten Kaltwasser-Geysir der Welt beim Ausbrechen und anschließenden Zusammenbrechen zu beobachten – und das aus nächster Nähe. In Andernach am Rhein ist dieses mit etwas menschlicher Nachhilfe zustande gekommene Naturschauspiel mehrmals am Tage zu erleben.
Anders als die bekannten Geysire in Island und anderswo, die mit Wasserdampf angetrieben werden, bezieht dieser Kaltwassergeysir seine Energie im Wesentlichen aus der Tendenz von Kohlenstoffdioxidgas, CO2, sich in Wasser aufzulösen. Weiterlesen

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Neun Himmel um den großen Stein Erde

Stein_Wellen_rvWie um einen Kiesel, den, wenn man ihn in einen See wirft, auf der Wasseroberfläche konzentrische Kreise umgeben, ordnen sich neun Himmel um den großen Stein Erde.

Weber, Anne (*1964); Besuch bei Zerberus; Suhrkamp Verlag, 2004. Weiterlesen

Der junge Mond am Sommerabend

An einem dieser warmen Sommertage genießen wir die abendliche Abkühlung und erleben den Sonnenuntergang, der zu dieser Jahreszeit wieder hinter einem Wald stattfindet. Wenn dann wie auf dem Foto der gerade einmal zwei Tage alte junge Mond der Sonne hinterher eilt, sieht man unmittelbar, wie diese Mondsichel zustande kommt. Jedenfalls wurde einer der Anwesenden ganz ruhig und plötzlich meinte er, dass er nunmehr verstehe, wie die Mondphasen zustande kommen. Weiterlesen

Manche Schmetterlinge treiben wie Blätter auf einem Fluss (2)

Schmetterlinge in den Tropen aus der Gruppe Haeterini driften dicht über den Boden mehr als dass sie fliegen „wie Blätter auf einem Fluss“ (Philip DeVries). Dabei nutzen sie den zum Beispiel von Landungen eines Flugzeugs bekannten Bodeneffet aus. Wenn Flugzeuge landen, wird der Luftspalt zwischen Boden und Hinterkante der Flügel immer kleiner. Dadurch wird Luft gestaut, wodurch der Druck wächst und einen größeren aerodynamischen Auftrieb erzeugt. Das Flugzeug driftet dann gewissermaßen auf einem Luftissen, das sich mit ihm mitbewegt. Um diesen Effekt der Energieeinsparung noch zu optimieren, haben die Schmetterlinge verlängerte abgeschrägte Vorderflügel.
Wie in diesem Fall wird die Erklärung natürlicher Vorgänge oft mit Hilfe von einfacher durchschaubaren technischen Vorgängen veranschaulicht. Umgekehrt wird das so der physikalischen Beschreibung zugänglich gemachte Verhalten der Natur als Vorbild für die Verfeinerung entsprechender technische Verfahren herangezogen. Man spricht dann von Bionik oder genauer von Biometrik.

Das Foto zeigt allerdings nur einen Zitronenfalter, der es sich an einer Distelblüte gut gehen lässt.

Solare Wäschetrocknung und reflexive Bleichung

Dieser aus meiner Kindheit noch vertraute Anblick ist heute selten und damit zu einem Fotomotiv geworden. Obwohl wir ins Zeitalter der regenerativen Energiequellen einsteigen (müssen) ist uns der solare Wäschetrockner offenbar nicht mehr gut genug.
Die Szenerie zeigt darüber hinaus noch ein schönes Phänomen. Während die direkte Sonneneinstrahlung die bunten Farben der Wäschestücke gewissermaßen wegbleicht, werden diese durch die Reflexion im Wasser wieder zurückgeholt. Weiterlesen

Wege 8: Hängebrücken der besonderen Art

haengebruecke_schnecke_dscf02Lerne Schnecken zu beobachten.
Joseph Beuys

Schnecken gehen (mir) über alles (im doppelten Wortsinn). Sie beschäftigen mich als Hobbygärtner zwangsläufig, beeindrucken mich als Wissenschaftler und faszinieren mich als Beobachter von Alltagsphänomenen mit einem Blick für das Schöne. Sie machen mich dem Motto von Joseph Beuys entsprechend zum Künstler.
Bereits in früheren Beiträgen bin ich auf die Schnecken zu sprechen gekommen (zum Beispiel hier und hier und hier). Weiterlesen

An der Wurzel des Regenbogens

Springbrunnen_FarbenWo der Regenbogen auf die Erde trifft, soll bekanntlich ein Schatz zu finden sein. Ist er auch, aber anders als man denkt.
Als ich an einem sonnigen Tag am Springbrunnen saß, war mir als ob in den herunterfallenden, von der Sonne durchstrahlten Tropfen – kurz bevor sie auf die Wasseroberfläche des Teichs fielen – Farben aufleuchteten. Es war ein Eindruck, keine Gewissheit. Ich machte einige Fotos und konnte mich dann am Bildschirm davon überzeugen, dass der Eindruck nicht getrogen hatte. Ich sah zahlreiche bunte Lichtpfeile. Es waren die Spuren leuchtender Tropfen, die infolge der endlichen Belichtungszeit der Kamera etwas in die Länge gezogen wurden. Zunächst dachte ich, dass es sich um Fragmente des (normalen) Regenbogens handelte, die ich hier aufblitzen sah. Dann wurde mir aber klar, dass die Sonne bereits zu hoch stand, um noch im passenden Winkelbereich zu sein.
Woher kommen also diese Farben? Schaut man sich die Anordnung der Farben genauer an, so zeigt sich, dass sich nach oben hin eher die Blautöne zeigen, nach unten die Gelb- und Rottöne. Bei einem Regenbogen hätte es umgekehrt sein müssen. Bei diesem Gedanken wurde mir klar, dass dies nur für den normalen Regenbogen, den Regenbogen 1. Ordnung, gilt. Unter größerem Winkel ist noch der Regenbogen 2. Ordnung zu erwarten, der meist vergessen wird, weil er aufgrund einer zusätzlichen Reflexion in den Wassertropfen wesentlich lichtschwächer ausfällt und daher oft nicht zu sehen ist. Und außerdem ist bei diesem Bogen wegen der weiteren Reflexion die Farbreihenfolge umgekehrt: Blau außen, Rot innen. Mit anderen Worten, ich sah tatsächlich Fragmente des Regenbogens, allerdings des Bogens 2. Ordnung.
Zwar sind nicht die leuchtenden Tropfen direkt zu sehen, sondern nur ihre Lichtspuren, die sie während der endlichen Belichtungszeit auf dem Camerachip hinterlassen. Das macht die Sache nicht unbedingt unrealistischer. Denn auch unsere Augen sehen bewegte Vorgänge teilweise verschmiert. So nehmen wir Regentropfen meist als Fäden wahr, was wohl zu der Redensart geführt hat: „Es regnet Bindfäden“. Die in die Länge gezogenen leuchtenden Tropfen haben sogar einen Vorteil. Sie entfalten das punktuelle Farbphänomen zu einer größeren Sichtbarkeit. Ohne dies hätte ich die Farben wohl gar nicht wahrgenommen.
Teilweise kann man sogar das ganze Farbspektrum sehen, das dem durchlaufenen Winkelbereich des Tropfens entspricht (siehe unten rechts).
Die pfeilartige Zuspitzung der Lichtspuren ist übrigens auf den Kameraverschluss zurückzuführen, der beim Schließen den Lichtstreifen gewissermaßen abschnürt.

Die ebenfalls zu sehenden Blasen befinden sich auf der Teichoberfläche. Sie werden durch größere Tropfen hervorgerufen, die beim Sturz ins Wasser einen Hohlraum hervorrufen, in dem durch das über ihm wieder zusammenlaufende Wasser, eine Luftportion eingeschlossen wird, die dann als Halbblase zur Oberfläche steigt. Normalerweise platzt eine Blase mit einer reinen Wasserhaut sofort wieder. Da das Teichwasser aber teilweise durch tensidartig wirkende Stoffe biologischen Ursprungs entspannt wird, ist ihnen eine gewisse Lebenszeit beschieden. Man kann auf der Halbblase zumindest schemenhaft die komplexe Spiegelung der ganzen Umgebung sehen.

Zugleich diffus und spiegelnd

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 8 (2017), S. 64 – 65

Wer bei Reflexionen nur an Spiegelbilder denkt, übersieht leicht das Licht, das raue Oberflächen ungerichtet zurückwerfen. Meist treten beide Erscheinungen gemeinsam auf.

In dem, was sich mir so als Raum des Lichts darstellt,
bedeutet Blick immer ein Spiel
von Licht und Undurchdringlichkeit.
Es geht stets um ein Spiegeln
Jacques Lacan (1901–1981) Weiterlesen

Reflexion und Lichtbeugung in den Haarbüscheln der Distelsamen

Nach der Mondfinsternis kommt hier die partielle Sonnenfinsternis der besonderen Art. Und das haben wir den Disteln zu verdanken. Denn diese beginnen in diesen Wochen damit, ihre Samen für den Start ins Ungewisse vorzubereiten. Einige Blüten stehen zwar noch in der vollen Pracht ihres Distelpurpurs, eifrig besucht von allerlei Insekten, andere lassen bereits die Weißhaarigkeit durchschimmern und viele Blüten sind bereits „explodiert“, indem sie ein Übermaß an Samen hervorquellen lassen, die jeweils an einer Art Gleitschirm hängen, mit dem sie bei der nächsten Gelegenheit und günstigem Wind auf Reisen zu neuen Ufern gehen. Weiterlesen

Der Blutmond von dunklen Bäumen gesäumt

Da die Medien voll sind von Beschreibungen und Visualisierungen der soeben abgelaufenen einzigartigen Mondfinsternis, beschränke ich mich auf einen Schnappschuss des Naturereignisses. Und mit zwei Strophen eines Gedichts von Johann Wolfgang von Goethe möchte ich an die oft übersehene poetische Seite des Mondes erinnern. Weiterlesen

Ein Pentagon im Garten

Polygone findet man in der Natur in den unterschiedlichsten Kontexten. Dabei kommt dem Sechseck eine besondere Bedeutung zu. Vor diesem Hintergrund finde ich es immer wieder eindrucksvoll, wenn manche Pflanzen es geradezu herausschreien, dass es auch andere regelmäßige Polygone gibt, zum Beispiel das Fünfeck oder auch Pentagon (vom altgriechischen πεντάγωνον). Ein Beispiel ist die Blüte des Zucchini, die mit einem konkaven Fünfeck in knalligem Gelb auf sich aufmerksam macht.
Als Nutzpflanze, bei der man es hauptsächlich auf die gurkenförmigen Früchte absieht, hat sie es außerdem schwer, den Blick des Menschen von Gemüse auf Schönheit zu wenden, auch wenn dies häufig sehr naheliegt und eine gegenseitige Wertsteigerung bewirken könnte.
Der „kleine Kürbis“, wie die Pflanze in der aus dem Italienischen stammenden Bezeichnung heißt, lässt die Fünfe aber manchmal auch gerade sein, indem er auch mal vier- und sechsstrahlige Blüten zu besten gibt.
In der Hoffnung, dass dieser Aspekt des Pentagons auch ein wenig gegen Politikverdrossenheit helfen möge :), empfehle ich, einfach mal die großen Blätter der Zucchini zu lupfen und die oft halbverborgenen Blüten in all ihrer Schönheit in Augenschein zu nehmen.

Disteln – wehrhaft und filigran

Als Kind konnte ich Disteln nicht leiden, weil sie mich so manches Mal leiden ließen. Ihre Dornen sind nicht ganz ohne und das nicht ohne Absicht. Denn sie wollen sich nicht fressen lassen. Wer will das schon. Aber ich kann schwören, dass ich nie eine solche Absicht gehabt habe.
Dadurch dass biologisches Gewebe zu einer Spitze mit einer winzigen Fläche verjüngt wird, übt es bereits bei verhältnismäßig geringen Kräften, sehr große Drücke aus. Denn der Druck, mit dem der Dorn beispielsweise auf die Haut eines gefräßigen Tieres oder die Arme eines unvorsichtigen Kindes wirkt, ist gleich dem Quotienten aus Kraft und Fläche und daher bei gegebener Kraft umso größer, je kleiner die Fläche der Dornenspitze ist.
Die auf diesen physikalischen Gegebenheiten beruhenden negativen Kindheitserfahrungen haben den Blick für die Schönheit der Distel lange verstellt. Wenn ich an die Mariendistel denke, zeigt sich die Schönheit bereits darin, dass der korbförmige Blütenstand mit einer zwar rauen aber nahezu perfekten Kugelform beginnt, aus deren Oberfläche nach einem gleichzeitig ästhetisch ansprechenden und ökonomisch perfekten System die Dornen sprießen.
Später verschlanken sich diese Körbe und lassen die purpurfarbenen bis violetten Blütenblätter hervortreten, die besonders bei Bienen, Hummeln und Schmetterlingen beliebt zu sein scheinen. Jedenfalls war es kaum möglich,  eine Blüte ohne Insektenbesuch zu fotografieren (oberes Foto).
Anschließend sieht es so aus, als sei es mit der Ästhetik vorbei. Die Farben verblassen, die Hülle vertrocknet. Doch nach einiger Zeit scheint der Korb geradezu zu explodieren und lässt eine Unmenge an glänzend weißen, filigranen Federkronen hervorquellen, die jede mit einem glänzend dunklen Samenkorn versehen ist. An der Menge dieser flockigen Gebilde kann man bereits erkennen, dass sie eine sehr geringe Dichte haben müssen, um aus dem verhältnismäßig kleinen Volumen hervorzugehen.  In der Tat bestehen sie hauptsächlich aus Luft und einigen sehr leichten verzweigten Härchen. Durch diese Aufbauschung einer geringen Masse zu einem großen Volumen sind der Luftwiderstand und der Auftrieb groß, sodass schon ein kleiner Windhauch ausreicht, die Samenkörner weit fortzutragen.

Himmelsschauspiel während einer Bahnfahrt

Auf einer Bahnfahrt in den Abendstunden bot sich mir während zwei Stunden ein faszinierendes Schauspiel am westlichen Abendhimmel dar. Zunächst traten erste Zirren auf; teilweise gingen sie aus Kondensstreifen von Flugzeugen hervor. Dann tauchte die Sonne, die es plötzlich mit dem Untergehen sehr eilig zu haben schien, in diese Bewölkung ein und machte die Betrachtung wesentlich angenehmer. Sie war aber nicht allein, zu beiden Seiten zog sie im selben Abstand zwei Nebensonnen mit sich herab. Es sah aus als würde sie diese an der Leine führen. Im angloamerikanischen Sprachraum ist daher auch von sundogs, Sonnenhunden, die Rede.
Während der Fahrt, boten die Nebensonnen ständig wechselnde Anblicke. Die rasante Entwicklung der Zirrusbewölkung ließ sie in immer neuen Gewändern erscheinen sowohl was die Form als auch die Farbe betrifft.
Eine zusätzlicher Reiz, der der Betrachtung auch noch den Charakter eines Versteckspiels verlieh, bestand in der Dynamik meines Beobachtungpostens. Denn dieser war meist nicht in Ruhe, sondern in rasanter Bewegung, mit der folgenden Konsequenz: Je tiefer dieses „Sonnensystem“ sank, desto mehr verschwand es in nicht voraussehbarer Weise hinter Bäumen, Sträuchern und Gebäuden, um plötzlich mehr oder weniger stark verändert wieder aufzutauchen. Manchmal wurde der Anblick durch semitransparente Bäume optisch gesiebt; dann sah man durch diese natürlichen Siebe hindurch farbige Lichtfetzen huschen, die sich kurz danach wieder zu einer imposanten Himmelserscheinung aufrichteten.
Die Zeit verging wie im Fluge und war mehr als ein Ersatz für die vergessene Reiselektüre.

Wer sich dafür interessiert, wie es zu der Naturerscheinung der Nebensonnen kommt, erhält hier eine kurze Information. Häufig verfangen sich die Nebensonnen auch in Kondensstreifen von Flugzeugen.

Wo viel Licht ist, ist starker Schatten

Wenn ich an wolkenbedeckten Tagen unter dem Blätterdach von Bäumen spaziere, werde ich manchmal durch meinen eigenen Schatten überrascht. Es ist zugegebenermaßen ein schattenhafter Schatten, aber er ist reproduzierbar. Er kommt dadurch zustande, dass der helle Himmel ein durch eine Öffnung im Blätterdach ausgeschnittenes Lichtbündel auf den Waldweg schickt, das den Schatten meines Körpers durch eine Verdunklung sichtbar werden lässt, wenn ich durch dieses Lichtbündel hindurchgehe. Weiterlesen

Bodenhaftung vermittels des eigenen Schattens

Schaut man sich diese abendliche Alltagszene etwas genauer an, so entdeckt man, dass eine der Personen beim Überqueren der Straße in einer Grünphase einen Sprung zu machen  bzw. nicht geerdet zu sein scheint. Was ihr fehlt, ist indessen nichts anderes als ihr Schatten. Damit schließt sich diese Szene direkt, an die Geschichte Adalbert Chamissos (1781 – 1838) über Peter Schlemihl* an. So wie der Mann in Grau Peters Schatten im Tausch mit dem Fortunati Glückssäckel übernimmt, so nimmt er ihm damit seine Bodenhaftung, was der Ärmste aber erst merkt, als es zu spät ist. Weiterlesen

Wo steht der Regenbogen

Für manche Schriftsteller werden Naturphänomene oft zur Beschreibung einer bestimmten Situation erwähnt ohne dabei auf Details des Phänomens einzugehen. Nicht so in der Geschichte „Die Toten vom Watt“ von Klaus Modick. Hier liegen alle Fakten auf der Hand: Weiterlesen

Im streifenden Morgenlicht

Als ich gestern Morgen auf den Balkon den neuen Tag begrüßte und über das schräge, in die Jahre gekommene Dach blickte, überraschte mich eine subtile Alltagsästhetik. Nicht nur dass die an sich anthrazitfarbenen Pfannen streifend von der noch tief stehenden Sonne getroffen in schneeweißem Licht erstrahlten, auch die Spinnfäden und Netze wollten nicht zurückstehen und ihren Anteil zum Naturschönen beitragen, indem sie das weiße Sonnenspektrum in alle seine Farben zerlegten. Eingebettet in die erwartungsvolle Ruhe des beginnenden Tages ging von all dem eine Wirkung aus, die in mir ein unaussprechliches Gefühl der Zuversicht und des Vertrauens auslösten.
Glaubt nicht denjenigen, die da behaupten, es sei nur eine Reflexion und Beugung des Lichts.

Der Abend wechselt langsam die Gewänder

Die Wolken werden noch vom farbigen Licht des Sonnenuntergangs beleuchtet, obwohl die Urheberin der Beleuchtung, die Sonne, bereits untergegangen ist. Sie ist – geozentrisch gesprochen – bereits so tief gesunken, dass ihr Licht nicht mehr direkt zu uns vordringt. Nur die hochstehenden Wolken werden noch erreicht und reflektieren diffus das zu Dämmerungsfarben „herabgefilterte“ gelb-orangene Licht in unsere Augen (oberes Foto). Und einige Wolken liegen – entgegen dem Augenschein – so tief, dass sie bereits einen dunklen, lichtarmen Ton angenommen haben. Weiterlesen

Die Unumkehrbarkeit von Ringwellen

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

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

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

Farbige Sonnentaler in der Kirche

Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 4 (2018) S. 204

Die Elemente eines Kirchenfensters wirken wie unterschiedlich geformte und eingefärbte Öffnungen und ihre Projektionen auf dem relativ weit entfernten Kirchenboden nehmen die Form der Lichtquelle an. 

Wenn man die Projektion von Kirchenfenstern mit farbigen Motiven auf dem Boden sieht, erscheint der Anblick zunächst wenig erstaunlich. Erst auf den zweiten Blick wird man sich vielleicht darüber wundern, dass die ursprünglichen Motive kaum zu erkennen sind, weil ihre Details in einem Ensemble runder Farbflecken verschwinden. Weiterlesen

Wasser – Lebenselement

strand_matschen_dsc01758aWer je ein Kind beseligt matschend im Sandkasten oder am Meeresstrand beobachtete, der weiß, daß in diesem glückhaft-tätigen Umgang mit dem wäßrigen Erdenbrei etwas Elementares geschieht. Unter dem Einfluß des Wassers und unter Mitwirkung der kindlichen Hände nimmt die Erde Gestalt an. Weiterlesen

Fußspur im Sand

Eines Tages, da ich gegen Mittag zu meinem Boot ging, gewahrte ich zu meiner großen Bestürzung am Strand den Abdruck eines nackten, menschlichen Fußes, der im Sand ganz deutlich zu sehen war.

Daniel Defoe (1660 – 1731): Robinson Crusoe Weiterlesen

Winzige Tröpfchen ganz groß

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaften 7 (2018), S. 62 – 63

Kleinste Flüssigkeitskugeln entstehen von selbst,
wenn man ihnen nur auf die richtige Weise Energie
zur Verfügung stellt.

Der Sturm fängt das aufsprühende Wasser
auf und treibt es in breiten Nebelgardinen an
der Flutlinie entlang
Harry Mulisch (1927 – 2010) Weiterlesen

Vorsicht, ich bin eine Wespe!

Diese vereint wie radial ausschwärmende Rasenmäher das Huflattichblatt abgrasenden Raupen des Jakobskrautbärs (der im Übrigen ganz anders aussieht: ein eleganter rot-schwarzer Schmetterling und kein Bär!), räumen gründlich ab. Obwohl sie sich eigentlich auf dem giftigen Jakobskraut zu Hause fühlen, nehmen sie hier – offenbar in Ermangerlung desselben – mit der zweitbesten Nahrungsquelle vorlieb. In der Umgebung steht so mancher seines Grüns beraubter Huflattich im monochromen Grau.
Da Raupen vom Jakobskraut auch die Giftigkeit übernehmen, warnen sie immerhin potenzielle Fressfeinde durch ihr Outfit einer schwarz-gelb gemusterten Wespe. Wohl weniger aus Rücksicht auf die Räuber, als vielmehr aus purem Selbstschutz. Was nützt ihnen auch im Magen eines Räubers, dass dieser anschließend auch zugrunde geht? Wespen sind offenbar nicht nur bei Menschen gefürchtet. Die Biologen nennen eine solche Täuschung durch Übernahme fremder Merkmale Mimikry.
Ich finde diese Komposition aus Strukturen und Farben ganz unterschiedlicher Art auf eine bestimmte Weise naturschön. Aber es bleibt ein vager, gefühlter Vorbehalt – aufgrund der dahinter stehenden Schicksale. Bei den schönen Algenmustern ging es mir ähnlich.

Stabilität durch kollektives Stürzen

Brücke

Einfache und anschauliche Vorstellungen zu physikalischen Vorgängen findet man oft außerhalb der Physik, z.B. bei dem Dichter Heinrich von Kleist. In diesem Fall kann man sogar davon ausgehen, dass er mit den physikalischen Errungenschaften seiner Zeit vertraut war.
Bögen und Gewölbe faszinieren auch den Laien dadurch, dass sie sich auf eine nicht sofort zu durchschauende Weise den Gesetzen der Schwerkraft zu entziehen scheinen. Und man ist immer wieder erstaunt, dass unter den Überresten antiker Gebäude oft Bögen und Gewölbe vorzufinden sind, die man naiverweise als am ehesten als sturzgefärdet ansieht.
Auch in der aktuellen Physik der granularen Materie spielt die Gewölbebildung durch Kontaktnetzwerke, die die Kräfte der Partikel zu den Seiten ableiten eine wichtige Rolle.
Vor diesem Hintergrund gewinnen die folgenden Worte von von Kleist eine aktuelle Bedeutung: Weiterlesen

Optische Verwirrungen in Spiegelwelten.

Auf diesem Foto sieht man eine Unterführung, die rechts durch große Glasscheiben begrenzt wird, durch die man in den Vorraum eines Museums blickt – sofern die Scheiben es einen erlauben. Denn Glas hat die hybride Eigenschaft, Licht sowohl durchzulassen als auch zurückzuwerfen: spiegelnd zu reflektieren. Weiterlesen

Virtuelle Krümmungen

Ich sitze seit längerem in der Bahn, schaue zum Fenster hinaus und lass die Gedanken spielen. Es stellt sich jener angenehme Bewusstseinszustand des Dösens ein, bei dem innere mit äußeren Eindrücken zu traumartigen Szenerien verschmelzen. Das schnurgerade, durch den Zugbetrieb glatt geschmirgelte Nachbargleis, das nur durch Weichen, Abzweigungen u.a. Dinge unterbrochen wird, zieht sich wie ein sicheres Geländer durch das schläfrige Bewusstsein. Weiterlesen

Eine stachelige Angelegenheit

Ausgerechnet auf einer Diestel lässt sich die Holzwespen-Schlupfwespe nieder, so als wollte sie sich mit den noch im Wachstum befindlichen Stacheln der Pflanze messen. Der lange nach hinten ragende Stachel ist zwar in Wirklichkeit ein Legebohrer, aber notfalls setzt das Tierchen ihn auch zur Verteidigung ein. Ein „Bohrstich“ damit soll ganz schön schmerzhaft sein. Und was wäre auch eine Wespe, wenn sie nicht stechen könnte. Mit dem Bohrer vollbringt das Weibchen der Holzschlupfwespe eine unglaubliche Aktion. Weiterlesen

Rippelpisten im urbanen Raum

In diesen Tagen wurden die Straßen in unserer Gegend „ausgebessert“, indem sie eingeteert und anschließend reichlich mit Split bestreut wurden. Man überlässt jetzt den AutofahrerInnen die Arbeit, unfreiwillig diese Teilchen in den geteerten Untergrund einzuwalzen. Wenn dann zwei oder drei Wochen vergangen sind, wird der nicht befestigte Rest des Splits mit einer Fegemaschine wieder „eingesammelt“. Was die AutofahrerInnen von dieser Aktion vor allem mitbekommen, sind die an die Innenwände der Kotflügel prasselnden Teilchen, die von den rotierenden Rädern hochgeschleudert werden und dass sie in dieser Zeit wegen der eingeschränkten Bodenhaftung und der damit verbundenen Schleudergefahr nur mit einer Geschwindigkeit von 30 km/h fahren dürfen. Weiterlesen

Sonnentaler als Maßstab

Als ich gegen Mittag gemächlich mit dem Fahrrad unter diesem kathedralenartig hohen Gewölbe entlangfahre, ist es fast so als würden mich naturheilige Gefühle überkommen. Aufgespannt wird dieses lichtdurchflutete grüne Dach durch Buchen, die sich in großer Höhe wie ein Baldachin vereinigen. Wie hoch mag das grüne Gewölbe wohl sein? 15 Meter? 20 Meter? Wozu lange herumraten. Die Hinweise auf die Höhe liegen hier doch auf der Straße in Gestalt von ellipsenförmigen Sonnentalern, die wegen der hochstehenden Sonne und perspektivischen Verkürzung fast kreisförmig sind. Ich schätze den (kleineren) Durchmesser auf 30 cm ab. Da das Verhältnis von Sonnenentfernung zu Sonnendurchmesser 108 beträgt und gleich dem Verhältnis der Entfernung des Sonnentalers vom Loch im Blätterdach zum Durchmesser des Sonnentalers ist, muss ich nur noch die 30 cm mit dem Faktor 108  (naja wegen der groben Schätzung genügt der Faktor 100) multiplizieren und komme auf einen Wert von 30 Meter. 30 Meter! beeindruckend! Es sind aber auch die größten Sonnentaler, die ich bislang vor das Objektiv bekommen habe. Wird das zu toppen sein?

Wer sich für den physikalischen Hintergrund dieser Abschätzung interessiert, schaue sich einen früheren Aufsatz an. Und wer sich über die Sonnentaler etwas genauer informieren möchte, kann das hier tun. Weitere Beiträge zu Sonnentalern im engeren und weiteren Sinne findet man hier und hier und hier und hier.

 

La economía energética de la bicicleta

Schlichting, H. Joachim. Investigación y Ciencia Mayo 2018Nº 500, p. 85 – 87

Ningún animal aprovecha la energía con tanta eficiencia como las personas cuando nos desplazamos… siempre y cuando lo hagamos sobre dos ruedas.

Los orígenes de la bicicleta se remontan a la «máquina andante» de Karl von Drais, inventor alemán que, en 1817, concibió el precursor del hoy popular vehículo de transporte. Aquel ingenio carecía de propulsión a pedales, pero, aun así, ya avanzaba más rápido que los coches de caballos y mucho más de lo que es posible a pie. Con las bicicletas corrientes de hoy en día, un adulto medio puede viajar cuatro veces más rápido que caminando a buen ritmo. En otras palabras: las personas usamos nuestra energía muscular de manera mucho más eficiente cuando vamos en bicicleta.
Para investigar este medio de locomoción desde un punto de vista puramente físico y compararlo con otros, podemos comenzar considerando la potencia de un ciclista. Esta se obtiene al multiplicar su velocidad por la suma de las distintas fuerzas de resistencia que debe superar. Tales fuerzas se deben principalmente a la interacción con el suelo y con el aire circundante. El suelo hace que el ciclista experimente la llamada resistencia a la rodadura. Esta es en gran medida independiente de la velocidad y resulta proporcional al peso conjunto del ciclista y su vehículo. Dicha proporcionalidad se expresa a través de una constante que depende de la fricción entre el neumático y el pavimento: el coeficiente de rozamiento. No podemos cambiar la superficie de la carretera, pero sí reducir bastante el rozamiento si elegimos las ruedas adecuadas.
Como el rozamiento por rodadura también resulta proporcional al peso, cuanto menor sea la masa del ciclista, menos esfuerzo tendrá que hacer. Además, eso también le favorecerá en las subidas, dado que en ellas hay una componente del peso que se opone al movimiento. Sin duda, el empleo de materiales ligeros en la fabricación del vehículo también ayudará. Pero, dado que quien más contribuye a la masa total es el propio ciclista, una estrategia mucho más ventajosa consiste en montar en bicicleta más a menudo y adelgazar con ello. Solo en el ciclismo profesional, donde cuentan las décimas de segundo, vale la pena asumir el coste que supone recurrir a la tecnología para eliminar cada gramo superfluo del velocípedo.
En la magnitud constante de la fuerza de rozamiento por rodadura incluimos —por lo general, tácitamente— las pérdidas por rozamiento que se producen al transferir la energía muscular a la rueda motriz, dado que esta cantidad tampoco depende apenas de la velocidad. En cualquier caso, las pérdidas en las bielas, la cadena y los rodamientos de las bicicletas modernas son relativamente pequeñas, siendo el rendimiento de entre el 90 y el 95 por ciento. Esto debemos agradecérselo sobre todo a los rodamientos de bolas, los cuales reemplazan el deslizamiento, que produce grandes pérdidas y desgaste, por la rodadura, lo que nos permite ahorrar energía. Su invención a mediados del siglo XIX dio un notable empujón al desarrollo de la bicicleta.

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Deutsche Version: Konkurrenzlos sparsam

Lichtwege

Ich gehe durch einen langen Gang in einem Universitätsgebäude und entdecke nach vielen Jahren zum ersten Mal, dass manche Türen von einem Lichtfleck erhellt werden, deren Ursache sich nicht auf Anhieb erschließt. Eine Lichtquelle ist zunächst weit und breit nicht zu sehen. Doch dann entdecke ich, dass der schmale Spalt zwischen Tür und Boden bei der gegenüberliegenden Tür  hell erleuchtet ist. Indem ich die Tür öffne, kann ich mich davon überzeugen, dass die Sonne durch die der Tür gegenüberliegende Fenster hindurch schräg auf den Boden strahlt und auch den Streifen unter dem Spalt ein Stück weit beleuchtet. Weiterlesen

Die ästhetische Seite der Algenblüte

Die Welt wäre wesentlich einfacher, wenn das Schlechte mit dem Hässlichen und das Gute mit dem Schönen einherginge. Das ist aber oft nicht der Fall, wie im vorliegenden Beispiel der Algenblüte. Die Wasseroberfläche eines Gewässers ist teilweise mit einem grünen Belag bedeckt, dem durch leichte Strömungen und Aktivitäten von schwimmenden Tieren ein ästhetisch ansprechendes Muster aufgeprägt wird. Weiterlesen

Aeolische Formen im Sand

In der Wüste oder wüstenartigen Sandlandschaften ist man oft von der organischen, nicht selten an geometrische Formen erinnernden Gestaltung der Dünen fasziniert. Wohnt der Natur eine dem menschliche Kunstempfinden entsprechende Tendenz inne, die selbst im rein Anorganischen, im trockenen Sand, der in seiner Schlichtheit und weitgehender Abwesenheit von Wechselwirkungskräften zwischen seinen Teilchen kaum zu unterbieten ist, zu ästhetisch ansprechenden Mustern führt? Weiterlesen

Oben hydrophob, unten hydrophil

Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 49/3 (2018), S. 151

Weil die Oberseite der Blätter bei einigen Pflanzenarten Wasser abweisend und die Unterseite benetzbar ist, kommt es zu unterschiedlichem Verhalten von Wassertropfen. Weiterlesen