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Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Diese Kategorie enthält 107 Beiträge

Der vornehme Schein eines Käfers

Auf diesen grün-blau irisierenden Grünen Scheinbockkäfer (Oedemera nobilis) stieß ich, als ich mir das Innere von Mohnblüten ansehen wollte. In einer Körpergröße von 12 mm und ebenso langen Fühlern strahlte er mir seine Strukturfarben entgegen. Diese Farben werden nicht durch Pigmente hervorgerufen, sondern entstehen durch einen „Eingriff“ der nanometer feinen Strukturen des Panzers und der Deckflügel des Käfers, die aus durchsichtigen Chitinebenen bestehen. Die an den verschiedenen Ebenen reflektierten Lichtwellen überlagern sich im Auge des Betrachters und verstärken oder schwächen bestimmte Wellenlängen (Farben) des weißen Lichts, so dass der im Foto zu sehenden Farbton entsteht. Da sich die Lichtwege je nach der Einfallsrichtung ändern, sieht man aus verschiedenen Blickwinkeln leicht zwischen grün und blau changierende Farbtöne, was als Irisieren empfunden wird. (Ausführlicher wird die Farbentstehung für die Goldfliege beschrieben).
Die Deckflügel des Scheinbockkäfers verjüngen sich nach hinten hin und sehen aus wie die Frackschöße eines altertümlich gekleideten vornehmen Mannes. Dadurch wird die „scheinbare“ Eleganz des Tierchens ebenso unterstrichen wie die metallisch spiegelnden Knickerbocker. In der Welt der Insekten passen Frack und Knickerbocker offenbar zusammen. Der Schein im deutschen Namen des Käfers trifft also im doppelten Wortsinn zu: als farbiger Lichtschein und als das aufwändige Bemühen, durch ein raffiniertes Outfit (vulgo: Körperbau) den Schein zu wahren. Schön ist der Scheinbockkäfer trotzdem und sympatisch ebenfalls. Immerhin ließ er sich ohne Probleme ablichten.

Solitonen am Strand

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 7 (2021), S. 74 – 75

Jede von der Bewegung geschaffene Gestalt
erhält sich mit der Bewegung

Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

Im Watt sind bei auflaufendem Wasser vereinzelte, flache Wellen zu beobachten. Sie sind erstaunlich stabil: Ihre Form und Geschwindigkeit bleiben über weite Strecken und sogar bei Zusammenstößen erhalten. Das liegt an einem nichtlinearen Rückkopplungsmechanismus.

Wer sich an die Nordseeküste begibt, um die Flut im Watt zu erleben, sollte sich einfinden, kurz bevor das Wasser aufläuft. Dann erstreckt sich vor den Augen ein bis zum Horizont reichendes Gebiet aus Schlick, weitgehend trocken und nur von einzelnen Pfützen durchsetzt. Plötzlich ändert sich über das gesamte Sichtfeld der Farbton des Watts: das Wasser kommt. Es dauert nicht lange, bis sich ein breiter, nur wenige Zentimeter hoher Wasserfilm in Richtung Ufer schiebt. Sobald dort die letzten Lücken geschlossen sind, steigt der Pegel allmählich, und das größte Spektakel scheint vorbei zu sein.

Die Wellen durchdringen einander, ohne ihre Form und Geschwindigkeit zu verändern.

Doch wieder ändert sich nach einiger Zeit die Situation unversehens, wenn über das inzwischen 10 bis 20 Zentimeter hohe Wasser einzelne Wellen auf das Ufer zulaufen (siehe obere Fotos). Sie sind merkwürdig stabil und durch nichts zu bremsen. Sogar beim Aufprall auf die Böschung gehen sie nicht wie normale Wellen plätschernd verloren, sondern sie werden am Ufer gewissermaßen reflektiert und laufen zurück zum Meer. Dabei behalten sie ihre Gestalt bei. Selbst, wenn sie auf ihrem Rückweg auf weitere einlaufende Fronten stoßen, durchqueren beide einander einfach. Im Bereich der Begegnung summieren sich kurzfristig die individuellen Höhen (siehe Foto »Unbeirrbar«).

Es ist erstaunlich, dass die Wellen über lange Entfernungen hinweg und ohne erkennbaren äußeren Antrieb so stabil bleiben. Aus dem Alltag kennen wir normalerweise ein ganz anderes Verhalten. Wirft man etwa einen Stein in einen See, erzeugt das lokal eine Aufwölbung des Wassers, ein so genanntes Wellenpaket. Es weitet sich über die Oberfläche aus und geht währenddessen in ein wohlgeordnetes System einzelner Ringe über (siehe unteres Foto). Dabei eilen solche mit größerer Wellenlänge, das heißt mit weiter voneinander entfernten Bergen, denen mit kleinerer voraus. Die Geschwindigkeit hängt von der Wellenlänge ab. Darum läuft ein Wellenpaket im Wasser auseinander; die Erscheinung heißt Dispersion. Wegen ihr sollten kompakte Erhebungen eigentlich in einzelne Bestandteile zerlegt werden, und die Hügel dürften nicht so unbeeindruckt und klar abgegrenzt weitermarschieren wie die am Strand beobachteten Einzelgänger.

Nach einem Steinwurf zerfließt die Aufwölbung des Wassers in ein System konzentrischer Wellen.

Bei der Erscheinung im Watt kommt aber neben der Dispersion ein weiterer Mechanismus zum Tragen. Der flache Untergrund bremst die Basis des Wellenpakets. Darum bewegt sich der Kamm vergleichsweise schneller und die Welle wird steiler. Das kennen wir in anderer Form von Wellen, die auf die Meeresküste zulaufen, schließlich vornüber kippen und sich brechend überschlagen. Wenn jedoch der aufsteilende Einfluss nicht zu stark ist, sondern exakt so groß ist wie die zerstreuende Dispersion, bleibt das Wellenpaket in Form und Geschwindigkeit erhalten. Das ist gerade im extrem flachen Watt der Fall. Die nach außen sichtbare Stabilität ist kein statisches Phänomen, vielmehr ein dynamisches: In dem Maß, wie die Wellen eines Pakets infolge der Dispersion auseinanderlaufen sollten, werden sie durch Wechselwirkungen mit dem Boden komprimiert. Damit diese Rückwirkung das Auseinanderlaufen gewissermaßen einholen kann, muss sie stärker als linear agieren, also nichtlinear.

Historisch sind Wissenschaftler auf die Zusammenhänge nicht etwa durch Beobachtungen im Watt gestoßen – vermutlich ist der Vorgang hier zu unscheinbar –, sondern in einem ganz anderen Kontext. 1834 beobachtete der britische Ingenieur John Scott Russell, wie ein Boot mit hoher Geschwindigkeit von Pferden durch einen Kanal gezogen wurde. Als die Tiere und damit das Boot plötzlich anhielten, setzte das vor dem Bug zusammengeschobene Wellenpaket seinen Weg alleine fort. Kilometerweit trieb es mit unveränderter Form und gleichem Tempo den Kanal entlang.

Anschließend untersuchte Russell mit eigenen Experimenten das Phänomen eingehend und stellte weitere Unterschiede zu gewöhnlichen Wellen fest. Beim in den See geworfenen Stein transportieren die Ringwellen entlang ihrer Ausbreitungsrichtung kein Wasser, obwohl es den Anschein haben mag. Vielmehr bleiben die bewegten Flüssigkeitsportionen lokal begrenzt auf kreisförmigen oder elliptischen Bahnen. Nicht so bei den einsamen Wellenpaketen: Sie reißen das sie erfüllende Wasser mit sich. Russell konnte zeigen, dass in einem von dem Paket durchquerten Kanal das hintere Ende um die der Aufwölbung entsprechende Wassermenge höher stand als das vordere. Die Wellenpakete verhalten sich in mancher Hinsicht quasi wie Teilchen. Heute heißen sie daher Solitonen – in Analogie zu den aus der Mikrophysik bekannten Vertretern wie Protonen und Elektronen.

In der Natur sind Solitonen möglicherweise nicht nur in harmloser Gestalt zu beobachten. Einige Wissenschaftler vermuten, die Einzelgänger könnten bei zerstörerischen Tsunamis in Erscheinung treten. Für entsprechend große Wellenpakete würden küstennahe Bereiche des Ozeans wie Flachwasserbecken wirken und unaufhaltsame Wasserberge auftürmen – analog zum Watt, nur in einer ganz anderen Größenordnung. Allerdings wird die Ansicht nicht allgemein geteilt, weil die Dimensionen der mittlerweile dokumentierten Tsunamis nicht zweifelsfrei zur Theorie der Solitonen zu passen scheinen.

Wellenphänomene sind nicht nur auf Wasser beschränkt. Sie treten an vielen weiteren Stellen auf, und im Lauf der Entwicklung der neuzeitlichen Physik wurden Solitonen auch in Bereichen wie der Optik entdeckt. So spielen sie heute bei der Datenübertragung in Glasfaserkabeln eine wichtige Rolle. Die aus mehreren Wellenlängen bestehenden Lichtpulse laufen in Glas normalerweise durch Dispersion auseinander. Darauf passend abgestimmte nichtlineare Effekte können der Verbreiterung der Impulse exakt entgegenwirken und die Signalqualität und -reichweite deutlich verbessern.

Originalpublikation

Impressionen aus der Krummhörn 7 – Wirbel

Nicht jeder Wirbel macht Wirbel. Diese bedrohlich aussehenden Wolkenformation löste sich genauso sang- und klanglos auf wie sie entstanden war. Unsere Eile, ein Dach über den Kopf zu bekommen, war unbegründet. Ein Meteorologe hätte es uns gleich sagen können. Aber da war keiner…

Die Sonne spinnt…

…jedenfalls mischt sie sich ins Spinnennetz ein und scheint die zentralen Stellen des Netzes wegzubrennen. Das ist natürlich eine Täuschung, die auf eine physiologische Überforderung bei der menschlichen Wahrnehmung (Irradiation) und eine technische Überforderung bei der Kamera (Blooming) zurückzuführen ist. Interessanterweise führt das zu parallelen Wirkungen mit der Folge, dass das Foto in etwa dasselbe zeigt, was auch das Auge sieht.
Die Sonne nützt sogar der Spinne, indem sie dazu beiträgt, das Netz von den nächtlichen Tautropfen zu befreien. Dadurch wird das Netz wieder weitgehend unsichtbar (wie man bereits jetzt an einigen scheinbar fehlenden Teilstücken erkennen kann) – eine Voraussetzung dafür, dass die Insekten nicht sofort ein materielles Hindernis erkennen und der Spinne ins Netz gehen.
Auf diesem Foto beeindruckt aber besonders, dass die Spinne auch ohne etwas von physikalischen Zusammenhängen zu verstehen die Elastizität der Schilfblüte für ihre Zwecke ausnutzt. Indem sie ihre Fäden zwischen der gebeugten Blüte und dem übrigen Halm spannt, wird das Netz umgekehrt durch die rückwirkenden Kräfte des über die schwerkraftsbedingte Neigung hinaus gebogenen Halms straff gehalten. Das erspart ihr aufwändige Spannvorrichtungen, wie sie ansonsten oft benötigt werden. Ähnlich clever handelte die Spinne, die ein aufgewölbtes Blatt zum Spannen nutzte.

Eine benetzte Pusteblume am Morgen…

Eine auffallend schöne Pusteblume gewährt Einblick in ihr Inneres, weil sich wie auch immer eine Öffnung im weißen Ball gebildet hat. Abgesehen von der durch die radial angeordneten Samen samt ihrer Gleitschirme gegebenen schönen Struktur zeigt sich diese in einem filigranen Tröpfchengewand. In der kühlen Nacht hat die relative Luftfeuchte die 100%-Marke überschritten, sodass sich der überschüssige Wasserdampf verflüssigte. Das passiert aber nicht einfach so – es müssen kleine Keime vorhanden sein, an denen Wassertropfen ihren Ausgang nehmen. Damit ein Tropfen entsteht, beginnend mit einem fast unendlich kleinen Radius, muss ein fast unendlich großer Druck aufgebracht werden. Wenn aber eine geeignete winzigen Fläche, ein Keim, vorhanden ist, die als Teil des sich bildenden Tropfens fungiert, sind entsprechend geringere Drucke nötig, und die Tropfenbildung schreitet zügig voran. Das ist hier an den zahlreichen kleinen Verästelungen der Schirmchen bis tief ins Innere des luftigen Balls geschehen und führt zu einer interessanten Tröpfchentextur, die den ästhetischen Reiz der benetzten Pusteblume ausmacht. In dem Maße, wie sich die Sonne blicken lässt und die Temperatur, wieder ansteigt, verdampfen die Tröpfchen wieder. Die Schirmchen nehmen ihr gewohntes Aussehen an und sind damit wieder bereit zum Start…

Einige haben diesen Beitrag gestern bereits gestern Nacht gesehen. Ich hatte ihn aus Versehen publiziert, obwohl er noch nicht ganz fertig war. Ich bitte dies zu entschuldigen.

Wasserstrahlen zwischen Oszillation und Zerfall

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 6 (2021), S. 66 – 67

Wohl ist alles in der Natur Wechsel,
aber hinter dem Wechselnden ruht ein Ewiges.

Johann Wolfgang von Goethe (1749–1832)

Flüssigkeiten, die flach aus einem Auslass stürzen, pendeln zwischen zwei Zuständen hin und her. Sie verdrillen sich und gehen schließlich in einzelne Tropfen über.

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Baumunikum mit Ausblick

Dieser Baum hat als Sämling das Glück gehabt, an einer steilen Abbruchkante aufzuwachsen. So konnte er so aufwachsen, wie es wohl durch welche natürlichen oder unnatürlichen Umstände auch immer in seinen ersten Lebensjahren festgelegt wurde: Wenn man die auf dem Foto nicht zu sehenden Verbindungen zwischen den einzelnen Stämmen mitzählt gehen sechs Verzweigungen aus einer Wurzel (einem Samenkorn?) hervor und man sehe und staune erreichen auch das Erwachsenenalter. Da war kein Förster, der auf die spätere Verwendung als Nutzholz achtend, für die frühe Beseitigung dieser Missgeburt sorgte. Entweder hatte er Höhenangst und hat sich deshalb nie an die schätzungsweise 30 bis 40 m steil abfallende Kante herangewagt oder wegen der Unzugänglichkeit von Erntefahrzeugen dem Standort keine weitere Aufmerksamkeit gewidmet. Für den Wald ist es eine Bereicherung. Nicht nur, weil der Baum wachsen kann wie er will, sondern auch weil die in Nutzwäldern oft anzutreffende Uniformität der Pflanzungen durch originelle Abweichungen aufgelockert wird.

Ich habe mich ein Stündchen in die aus den Stämmen fast ergonomisch geformte Liege gelegt und die aus Einsamkeit, Vogelgezwitscher und durch die jungen Blätter gefiltertem grünem Licht zusammengemischte Stimmung auf mich wirken lassen – bis die verwöhnten Glieder auf die mir bekannte immer aufdringlicher werdende Weise einen Abbruch dieser Art Ruhepause erzwangen.

Nachwachsende Puzzles

Wer hat das Puzzlespiel erfunden? Antwort: Die Bäume, vor allem die Platanen. Hier nahmen die Spielzeugmacher ihre Ideen her. Jedenfalls kann ich mir das lebhaft vorstellen. Und wisst ihr, was das Tolle an diesen natürlichen Puzzles ist? Sie sind nachhaltig, weil sie nachwachsen.

Natürliche und naturschöne Wohnhöhlen

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Der Paranusseffekt ohne Paranuss

Es kullert, bullert, rollt und rüttelt,
Wird auf und nieder durchgeschüttelt,
Bis das geplagte Element
Vor Angst in Groß und Klein sich trennt.

frei nach Wilhelm Busch

Der Paranuss-Effekt* geht auf die Erfahrung zurück, dass z.B. in einer Müslimischung die größten Bestandteile, wie Nüsse, Früchte… meist obenauf liegen. In amerikanischen Mischungen sind das meistens die Paranüsse (Brazil nut). Dies ist nicht etwa darauf zurückzuführen, dass man diese Teile zuletzt in die Tüten gefüllt hat. Vielmehr haben sie sich durch die Erschütterungen während der Transportwege dorthin verlagert.
Der Effekt lässt sich leicht selbst nachvollziehen, wenn man ein Marmeladenglas u.Ä. etwa bis zur Hälfte mit vielen kleinen und wenigen großen Teilen (z.B. Plastikkugeln oder auch Nüssen) füllt und durch Auf- und Abbewegung schüttelt. Die großen landen schließlich oben.
Der Effekt kommt dadurch zustande, dass beim Schütteln kurzfristig kleine Hohlräume zwischen den Teilen entstehen. Die kleinen Teile können leicht hineingeraten, die großen Teile sind dafür zu groß, sodass sie bei jedem Auf und Ab ein Stück weiter angehoben werden und schließlich oben landen.
Sind die großen Teilchen jedoch wesentlich schwerer (größere Dichte) als die kleinen so tritt der Effekt nicht auf oder es passiert sogar das Gegenteil (umgekehrter Paranusseffekt). Auch andere Einflüsse wie die unterschiedliche Form, Oberflächenbeschaffenheit u.Ä. können zu anderen Resultaten führen. Genaueres siehe hier.


* A. Rosato, K. J. Strandburg, F. Prinz, R. H. Swendsen: Why the Brazil Nuts Are on Top: Size Segregation of Particulate Matter by Shaking (Phys. Rev. Lett. 58/10, 1038 (1987))


Vulkanlandschaft von oben

Jedenfalls ist das der spontane Gedanke, der mir in den Sinn kommt, wenn ich diese Negativversion einer in der Sonne angeschmolzenen Asphaltschicht betrachte. Offenbar entspricht es unserem Bedürfnis, Strukturen ohnen erkennbaren Sinn einen solchen zu unterlegen. Selbst in Ausstellungen abstrakter Kunst erwische ich mich immer wieder dabei, sinnhafte Strukturen zu erkennen. Das Unbekannte und Namenlose wird uns leicht zum Numinosen und dagegen wehrt sich offenbar etwas in uns.

Schräge Lichtsäule

Gestern Morgen bei Sonnenaufgang erhob sich am Horizont eine prominente Lichtsäule (Foto). Sie stand oberhalb der Sonne, auch wenn diese hier nicht mehr zu sehen war, nachdem ich von einer höheren in eine tiefere Position gegangen war. Aus der jetzigen Beobachterposition befindet sich die Sonne unterhalb des Horizont. Diese Lichtsäule weist eine Besonderheit auf, die ich bisher so noch nicht beobachtet habe – sie ist schief. Wie so oft in solchen Situationen hatte ich meinen Fotoapparat nicht dabei und musste mit dem Handy und den entsprechenden Qualitätseinbußen Vorlieb nehmen. Doch ehe ich soweit war, machte sich die Lichtsäule daran, sich klanglos zu verdünnisieren. Ich erwischte fotografisch nur noch einen Zipfel des Eindrucks, der mich vielleicht eine Moment zulange gefangen gehalten hatte.
Wie bereits anlässlich früherer Beobachtungen von Lichtsäulen skizziert wurde (z.B. hier und hier und hier und hier), kommen sie durch senkrecht sinkende, waagerecht ausgerichtete, hexagonale Eisplättchen zustande, an deren Unterseite das Sonnenlicht spiegelnd reflektiert und ins Auge des Betrachters oder ins Objektiv der Kamera gelangt. Nach dem Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel dürften jedoch nur die Plättchen, die den passenden Winkel haben, sich also auf einer ganz bestimmten Höhe befinden, dafür in Frage kommen. Doch dann wären sie wegen der Winzigkeit des Effekts wohl kaum zu sehen. Entscheidend für die Sichtbarkeit der Säule sind vielmehr schwankende Bewegungen, die die sinkenden Plättchen während des Sinkens um die Waagerechte ausführen. Auf diese Weise sieht man auch Licht von höher oder tiefer gelegenen Plättchen (siehe Grafik), sodass insgesamt der Eindruck einer vertikalen Lichtsäule entsteht.
Das erinnert an das Schwert der Sonne (Lichtbahn, Glitterpfad) auf dem welligen Wasser bei tiefstehender Sonne, das ja auch durch die Abweichungen der Reflexion des Sonnenlichts auf dem Wasser entsteht, indem viele Wellenflanken, deren Winkel ein wenig von der Waagerechten abweichen, Licht in die passende Richtung reflektieren. Bei spiegelglatter Wasseroberfläche würde man indessen nur an einer Stelle die reflektierte Sonne sehen. Das Schwanken der Plättchen ist im Übrigen auch für andere Haloerscheinungen zum Beispiel für die Untersonne und Nebensonne verantwortlich.
Eine konkrete Anschauung vom Verhalten eines einzelnen sinkenden Eisplättchens kann man sich beispielsweise dadurch verschaffen, dass man eine Spielkarte waagerecht ausgerichtet zu Boden fallen lässt. Auch sie schwankt während des Falls ein wenig um die Horizontale.
Eine Lichtsäule ist normalerweise senkrecht oberhalb und manchmal auch unterhalb der Sonne oder einer anderen Lichtquelle zu sehen. Im vorliegenden Fall (siehe Foto) ist die Säule leicht schräg orientiert. Für diese Ablenkung aus der Vertikalen vermute ich starke Winde, die die die Fläche der Eiskristalle mit in der Höhe steigender Windstärke im Mittel in eine „Schräglage“ versetzen. Außer dem Wetterbericht, der für den Beobachtungsbereich von stärkeren Winden spricht, kann ich für diese Vermutung nur auf vergleichbare frühere Beobachtungen verweisen:*
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* K. Lenggenhager. Seitlich verschobene, umschriebene Halostücke,schräig ovaler Halo und schräge Lichtsäulen Arch. Met. Geoph. Biokl., Ser. A, 26,275-282 (1977)

Ketchup Is Not Just a Condiment: It Is Also a Non-Newtonian Fluid

Stories by H. Joachim Schlichting

People [experience] the fluid element to be …
not yet solidified but remaining open to outside influences
.
Theodor Schwenk (1910 – 1986)

Everybody’s favorite red sauce may be thin or thick, depending on how it is handled

Ketchup is famous for being hard to get out of the bottle even when there is plenty of it left. In fact, all liquid foods—from red wine to cooking oil—leave some residue in the container. The reason has to do with the wettability of the container and the viscosity of the substance. Usually the residue is just a thin layer, but ketchup clings in thick layers to the inside of the bottle. If the bottle is still nearly full, merely tilting it or even turning it upside down will only dislodge a little sauce from the neck. Once the ketchup is on your plate, however, it disperses and spreads easily.

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Noch einmal Kristalle…

Wer gedacht hätte, dass die Eiskristalle erst einmal vorbei sind, sieht sich zumindest in unserer Gegend eines Besseren belehrt. Die jungen Blätter sind mit feinen Eiskristallen besetzt und vermitteln alles andere als ein Gefühl des Frühlings. Allerdings muss ich zugeben, dass zumindest die grünen Pflanzen, die einige Grad unter Null vertragen können, auf eine ästhetisch ansprechende Weise veredelt erscheinen. Einige andere Pflanzen ließen ihre Blätter traurig hängen und wie es den Obstblüten ergangen ist, wird sich spätestens bei Bildung der Früchte zeigen.

Der Reif besteht aus vielen kleinen Eiskristallen. Sie bilden sich, wenn die Temperatur sinkt und die maximale Luftfeuchte die absolute unterschreitet. Dabei kondensiert der überschüssige Wasserdampf zu Tautropfen, die bei weiterer Temperaturabnahme des Blattes kristallisieren. Dieses Phänomen hat mit der Tatsache zu tun, dass kleine Körper an einer kalten Umgebung schneller auskühlen als größere.
Der Grund: Kleine Körper haben eine im Vergleich zu ihrem Volumen größere Oberfläche als größere. Die Oberfläche ist aber maßgeblich für die Abgabe von Wärme an die kältere Umgebung. Das kann man sich folgendermaßen klarmachen: die Oberfläche eines Körpers nimmt grob gesagt mit dem Quadrat seiner Größe (Länge, Radius…) das Volumen aber mit der dritten Potenz zu. Und wenn nun der Körper beispielsweise um den Faktor 10 verkleinert wird, so verkleinert sich die Oberfläche um den Faktor 100 und das Volumen sogar um den Faktor 1000. Das Volumen und damit die zum Volumen proportionale innere Energie des Körpers nehmen also um den Faktor 10 stärker ab als die Oberfläche. Daher kühlt der kleinere Körper etwa 10-mal schneller ab als der größere. Diese für den Wärmeverlust wichtige Oberflächen-Volumen-Relation spielt bei der Abkühlung der Blätter eine wichtige Rolle. Die vom Blatt abstehenden winzigen Zacken und Härchen sind besonders klein und geben daher ihre Energie sehr schnell durch Wärmstrahlung ab, sodass vornehmlich an diesen Stellen der Wasserdampf der Luft kondensiert und schließlich kristallisiert.

Die Welt der Blasen

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Sich widersprechende Strömungen

Der Widerspruch ist zwar recht zaghaft und tröpfelt nur so dahin, aber er ist vorhanden und erfolgt sogar in Übereinstimmung mit den Naturgesetzen. Demnach fällt ein waagerecht ausströmender Wasserstrahl nicht einfach senkrecht nach unten, sondern beschreibt eine Wurfparabel. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der waagerecht aus dem Rohr herausströmende, dabei plötzlich den Halt der Röhre verlierende und jetzt nur noch der Schwerkraft ausgesetzte Wasserstrahl nicht einfach stumpf nach unten stürzt, sondern dabei seinen einmal eingeschlagenen waagerechten Weg beibehält.
Doch warum scheint ein Teil des ausströmenden Wassers diesem Prinzip zu widersprechen, indem er genau das Gegenteil von dem tut was wir rein lebensweltlich erwarten und von der Physik sogar gefordert zu werden scheint?
Muss man sich bei so viel Widerspruch noch wundern, dass dieser Strahl sich auch noch weigert als Strahl in Becken zu fallen indem er in einzelne Tropfen zerfällt?
Geht es hier noch mit rechten Dingen zu?

Dreieiniger Baum

Manchmal wird ein Geheimnis erst sehr spät gelüftet. Der auf dem Foto zu sehende Querschnitt eines Baumes, der beim Fällen ans Tageslicht kam, zeigt, dass er aus drei verschiedenen Bäumen hervorgegangen ist. Diese standen so dicht beieinanderstanden, dass sie sich während des Wachstums immer näher kamen, sich schließlich berührten und unter Druck setzten, der darin endete, dass sie zusammenwuchsen. Sie gaben ihre Individualität zugunsten eines dreieinigen Baumes auf. Jedenfalls stelle ich mir das so vor.
Die ursprünglichen drei Individuen kann man an den drei Systemen von Jahresringen erkennen, von denen später in größerer Höhe nichts mehr zu erkennen war.
Schaut man genauer hin, so erkennt man, dass vermutlich noch ein weiterer kleiner Baum in den vereinigten Wachstumsprozess mit einbezogen wurde. Der Farbe nach zu urteilen ist er jedoch im weiteren Wachstumsverlauf abgestorben und wäre bei einem Querschnitt in größerer Höhe wohl nicht mehr zu sehen gewesen.

Ein wenig Farbe ins dunkle Grau

Eine nicht gerade einladende Asphaltstraße sollte durch eine ebenfalls als negativ empfundene Ölspur eher noch unsympatischer wirken. Sieht man allerdings von diesem realen Hintergrund des Fotos ab, so ergibt sich ein Gemälde, in dem eine virtuos zwischen den Graustufen wechselnde Bruchstruktur durch ein schlankes Band lebhafter Spektralfarben herausgefordert und sich insgesamt zu einem ästhetisch ansprechenden Ganzen ergänzt.
Die Natur ist offenbar völlig indifferent gegenüber menschlichen Bewertungen und verfährt in ihren Gestaltungen nach den durch den Zufall herausgeforderten Naturgesetzen: mechanische Belastungen zusammen mit den Wirkungen von Gefrieren und Schmelzen sind für die Bruchstrukturen verantwortlich. Unterschiedliche Geschwindigkeiten beim Verdunsten der Feuchtigkeit bilden die Abstufungen des Asphaltgraus. Denn das Tageslicht ruft bei Nässe dunklere  Farbtöne hervor als bei Trockenheit. In der quer über das Bild laufenden Senke reicht die Feuchtigkeit gerade noch aus, die äußerst dünne Ölschicht zu „tragen“, die durch Interferenz das weitgehend weiße Tageslicht der unterschiedlichen Dicke der Schicht entsprechend koloriert.
Einige Stunden später hatten sich infolge der Verdunstung des Wassers die Farben verzogen, nachdem sich das Öl winzige Tröpfchen bildedend in den porösen Asphalt verzog.

Verschwimmende Konturen im Schneesturm

Es ist als spielte das Wetter noch einmal seine Möglichkeiten zwischen Schnee, Sonne, Wind und Gewitter noch einmal in alter Vielfalt durch. Jedenfalls war der gestrige Tag von diesen Extremen geprägt. Als der Schnee gegen das Fenster prallend und dann – durch Adhäsions- und Oberflächenkräfte gehalten – gebremst an der Scheibe herab rutschte und sich am Fensterrahmen angekommen zu einem unregelmäßigen kristallenen Gitter staute, kamen Strukturen in den Blick, die man dem Wetter gar nicht zugetraut hätte (siehe Foto). Durch die unregelmäßig benetzte Scheibe wird das Licht diesen Strukturen entsprechend gebrochen und die durchscheinende Baumkulisse erscheint entsprechend kreativ variiert.

Eine Welt in Aspik…

…nur hart und eiskalt.

Nach einer Woche eisiger Kälte vollzieht sich ein Temperatursprung in die andere Richtung – zunächst die Luft wird wesentlich wärmer. Der Regen fällt auf vereistes Gelände, sodass die Tropfen instantan vor Kälte erstarren. Doch lassen wir Andrzej Stasiuk (*1960) eine ähnliche Situation poetisch beschreiben, er kann es wesentlich besser als ich.

Holunderbüsche, Salweiden und Haselsträucher breiteten sich aus wie Büsche silbriger Wasserpflanzen, die im Wogen der See erstarrt waren. Alles war von Eis bedeckt. Jeder Zweig, jeder kleinste Halm stak in einem durchsichtigen Hemd. Früher, vor sehr langer Zeit, gab es bunte Bonbons in langen Glasröhrchen zu kaufen, die an einer Seite zugekorkt waren. Etwas in der Art: Glasröhrchen, und in jedem ein Pflanzentrieb, eine Weidenrute, sogar die Kiefernnadeln waren einzeln und sorgfältig verhüllt. Der Schlehenbusch, in Eis gegossen, ähnelte einem lebendigen, körperlichen Wesen, vom Röntgenblitz ertappt.
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Ohne Anomalie des Wassers geht es nicht

Als Kind war ich erstaunt, dass man viel mehr Bauklötze in den dafür vorgesehenen Kasten bekam, wenn man sie ordentlich hineinsetzte, jeden an seinen Ort. Irgendwann danach erschien es mir plausibel, weil – so mein Gedanke – jeder Zwischenraum genutzt wird, anders als wenn alles kreuz und quer durcheinander liegt. Ich musste wohl in der Zwischenzeit so etwas wie das Prinzip der Invarianz (nach Jean Piaget (1896 – 1980) ) verinnerlicht haben, dass eine Anzahl von Klötzen immer dasselbe Volumen beanspruchte, egal ob sie ungeordnet und geordnet waren. Im ungeordneten Zustand ist nur mehr oder weniger viel Luft zwischen ihnen. Weiterlesen

Strukturen im gebrochenen Glas

Was hier wie ein filigranes Kunstwert daherzukommen scheint, ist in Wirklichkeit eine durch mechanische Einwirkung zersprungene Glasscheibe, deren Bruchteile nur deshalb an ihrem angestammten Ort bleiben, weil die Scheibe mit einer Sicherheitsfolie ausgestattet ist, die ein Herumfliegen der scharfen Bruchstücke verhindert. Das hat hier offenbar gut geklappt und übt den zusätzlichen Reiz einer ästhetisch ansprechenden Struktur aus.
Außerdem lässt es einige Rückschlüsse auf die Bruchdynamik zu. So lassen sich zum einen lange formatüberspannende Bruchlinien erkennen, die zum anderen durch zahlreich kurze Linien verbunden sind. Die langen Bruchlinien sind durch die punktuelle mechanische Einwirkung entstanden, indem die  Scheibe am Treffpunkt so stark ausgelenkt wurde, dass die damit einhergehende Vergrößerung der Fläche nicht mehr elastisch aufgefangen werden konnte, sondern durch Trennung in einzelne Scheibensegmente erzwungen wurde. Die verbindenden Querrisse zeichnen sich dadurch aus, dass sie meist senkrecht in die langen primären Bruchlinien einmünden. Der Grund dafür ist, dass die Spannung parallel zu einem bestehenden Riss meist maximal ist, sodass ein neuer Riss senkrecht auf den bereits bestehenden Riss gelenkt wird. Daran erkennt man u.A., dass diese sekundäre Brüche zeitlich nach der primären entstanden ist. Weiterlesen

Virtuelle Weihnachtsbäume

Ich denke, dass uns das diesjährige Weihnachtsfest lange in Erinnerung bleiben wird. Wie immer man es gestaltet, es wird anders sein. Ein Virus hat unsere Realität weitgehend in eine Virtualität verwandelt. Das gibt mir die Chance auch den Weihnachtsbaum virtuell auftreten zu lassen und zwar nicht nur einmal, sondern unendlich oft in drei verschiedenen Farben. (Durch Klicken auf Foto vergrößern. Seht ihr ihn jetzt?)
Wie kommt man zu einem solchen fraktalen Gebilde? Man nehme vier Weihnachtsbaumkugeln und füge sie zu einem Tetraeder zusammen. Da diese Konstellation dank der Schwerkraft nicht stabil ist, fixiere man sie mit einem transparenten Klebeband (siehe unteres Foto). Blickt man nun in den Hohlraum zwischen den Kugeln, so tut sich ein unendlich detailliertes Panorama von Reflexionen von Reflexionen… und so weiter ad infinitum auf.
Um nun ganz weihnachtsgemäß noch etwas Farbe in die Angelegenheit zu bringen, stellt man hinter den Kugeln noch einige farbige Kartons auf, so wie es im unteren Foto zu sehen ist. Statt eines Reflexionschaos der im Zimmer herumstehenden Dinge hat man jetzt klare Farben, die mit ihrer Farbe auf den Ursprung der Reflexe verweisen. Dabei dominiert – oh Wunder – die Figur eines Weihnachtsbaums in all seinen Zuständen und Größen bis hin zum unendlich kleinen. Im oberen Ausschnittsfoto steht er in gelber oder besser noch goldener Farbe oben in der Mitte. Er ist umgeben von vielen weiteren Exemplaren. Es sind theoretisch unendlich viele, weil das Reflektieren des Reflektierens…etc. ja zumindest theoretisch nicht aufhört. Um allerdings auf einer endlichen Fläche untergebracht werden zu können, werden sie immer kleiner, schließlich unendlich klein.
In der Physik nennt man solche Strukturen Einzugsbereiche, im vorliegenden Fall sind es sogenannte Wada-Bassins oder Wada-Seen, benannt nach dem japanischen Mathematiker Takeo Wada.

Ich wünsche Euch/Ihnen Frohe Weihnachten und ein paar erholsame Tage zwischen den Jahren. Bleibt/bleiben Sie gesund.

Eismuster auf der Regentonne

In die Röhre zu gucken ist ja eigentlich negativ konnotiert. Schon vor einigen Tagen konnte ich ein Gegenbeispiel bringen. Diesmal haben wir eine Röhre in Form einer Regentonne. Sie ist immer wieder für Überraschungen gut – auch im Winter. Wenn es gefroren hat, schaue ich als erstes in die grüne Tonne. Vor einigen Tagen war sie wieder von einem sehr schönen Eismuster bedeckt – so schön, dass ich nicht wagte Wasser für die Blumen zu entnehmen. Am Vorabend hatte ich die Tonne noch einmal inspiziert und da ahnte ich bereits, dass es am Morgen etwas Schönes zu sehen geben würde. Vom Rand her trieben bereits einzelne lange Eiskristalle über die Wasseroberfläche, so als würden Claims für verschiedene Muster abgesteckt. Ein Ausschnitt der nächtlichen Frostaktivitäten ist im Foto zu sehen.

Eis ist mehr als gefrorenes Wasser

Gefrierendes Wasser und schmelzendes Eis präsentieren sich unter natürlichen Bedingungen in einem überbordenden Gestaltreichtum, der durch die physikalische Beschreibung als Phasenübergänge von flüssig nach fest und fest nach flüssig nur unzureichend erfasst wird. Den jeweiligen äußeren Umständen entsprechend laufen der Kristallisations- und Schmelzprozess meist in Wechselwirkung mit anderen physikalischen Vorgängen ab, die zu sehr komplexen und nicht selten ästhetisch ansprechenden Kompositionen aus Eiskristallen im jeweiligen Kontext der natürlichen Umgebung führen können. Zwischen streng geometrisch aufgebauten hexagonalen Kristallstrukturen und organisch wirkenden floralen Mustern entfalten sich zahlreiche Mischformen, deren Zustandekommen – wenn überhaupt – nur durch detektivische Kleinarbeit physikalisch zu entziffern ist.
In einigen der ausgewählten Fotografien drängen sich Korrespondenzen zwischen Eismustern und organischen Strukturen auf. Es entfaltet sich so etwas wie ein anspielungsreicher, stummer Dialog zwischen zwei Sphären, die wir als völlig verschieden wahrzunehmen gelernt haben. So scheinen sich die Eisblumen am Fenster in ihrem Gestaltreichtum an floralen Mustern zu orientieren und es sieht so aus, als ob die Raureifnadeln am Tannenzweig lediglich die realen Tannennadeln imitierten.
Ich werde über die Wintermonate immer mal wieder ein Foto auswählen das ein interessantes Szenario zwischen Gefrieren und Schmelzen aufzeigt oder einfach nur schön ist. Die unmittelbare Wirkung auf den Betrachter steht im Vordergrund.

 

 

Von Jahresringen und elektrischen Feldern

Wer sich die Visualisierungen von elektrischen Feldern und Potenziallinien vor Augen führt (siehe Grafik), wird vermutlich erstaunt sein über die Ähnlichkeit der Strukturen eines Querschnitts durch einen Baumstamm (siehe Foto). Während die Jahresringe der beiden zu einem Stamm zusammengewachsenen Bäume oder Äste ein und desselben Baums den Potenziallinien entsprechen, erinnern die radial von den Zentren ausgehenden Trockenrisse an Feldlinien von elektrischen Ladungen. Bei gleichnamigen Ladungen stoßen sich die Feldlinien ab.
Auch dieser Sachverhalt findet eine Entsprechung in diesem Baumquerschnitt: Die gleichartigen Stämme stoßen sich in der Tat zunächst ab, bevor sie ihren Frieden finden und nach weiterem gemeinsamen Wachstum schließlich ein gemeinsames Zentrum und damit  einen einheitlichen Stamm ausbilden. Spätestens hier endet die Analogie zwischen zwei völlig verschiedenen Bereichen der Natur.
Es scheint als gäbe es in der Natur nur einen begrenzten Vorrat an Mustern, die in ganz unterschiedlichen Zusammenhängen  auftreten. In der Physik kennt man solche Ähnlichkeiten des Verhaltens in verschiedenen Bereichen, wenn ganz unterschiedliche Systeme quantitativ dasselbe Verhalten zeigen, obwohl ganz andere Wechselwirkungen und andere Unterschiede im Spiel sind. Man spricht dann auch von Universalität.

Sandrippel – Gestalt gewordene Antagonismen

Während die Sandkörner infolge der Erdanziehungskraft stoisch und unnachgiebig nach unten tendieren, werden sie vom Wind der Unberechenbarkeit des Wettergeschehens entsprechend immer wieder aufgescheucht, sodass ein bewegtes Wechselspiel der Kräfte zu jenen wunderschönen Rippelsystemenen führt, die man diesen regellos erscheinenden antagonistischen Wirkungen gar nicht zugetraut hätte. Die Choreografie der tanzenden Sandkörner steht nicht etwa in den Sternen, sondern wird von den Naturgesetzen im Zusammenspiel mit dem Zufall bestimmt. Die Rippel sind keine endgültigen Gestaltungen der Oberflächen der Dünen.Sie sind vielmehr in ständiger Bewegung, auch wenn sich zu Zeiten der Windstille Schüttwinkel einstellen, die in voller Übereinstimmung mit den charakteristischen Merkmalen der Sandkörner eine unerschütterliche Dauerhaftigkeit suggerieren. Zum Glück für den Anblick – bis sich der Wind erneut erhebt und abermals einen Streit mit der Wirkung der Schwerkraft vom Zaune bricht.
Besonders eindrucksvoll finde ich das im Foto abgebildete Rippelszenario, bei dem der obere Teil einiger Rippel wie von einer Walze plattgedrückt erscheint. Die granulare Beschaffenheit des Sandes steht in krassen Widerspruch zum Eindruck, dass es sich hier um eine plastische Masse handeln könnte. Ursache ist ein neu erfachter Wind aus einer anderen Richtung, der mit schmirgelnder Sandlast, die Spitzen der Rippel des Vortages abschleift.

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Dünen halten Abstand

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 10 (2010), S. 79 – 80

Wer widersteht dem Strome
seiner Umgebungen?

Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832)

 Kleine Dünen bewegen sich schneller als große. Dennoch holen die kleinen die großen nicht ein, weil sie durch einen kürzlich entdeckten Strömungsmechanismus auf Abstand gehalten werden. Weiterlesen

Mustergültige Interferenzen

Manchmal zeigt sich die Natur von ihrer experimentellen Seite. Ein in eine Vogeltränke geratenes, zappelndes Insekt macht diese zu einer Wellenwanne*, wie man sie vielleicht noch vom Physikunterricht her kennt. Das Insekt schlägt vergeblich mit den Flügeln, um sich aus dieser bedrohlichen Situation zu befreien. Obwohl ihm sicher nicht dazu zumute ist, erzeugt es dadurch ein ebenso ästhetisch ansprechendes wie physikalisch interessantes Wellenmuster.
Dieses Muster ist die Überlagerung der beiden Wellensysteme, die durch die phasengleich mit konstanter Frequenz wie die Tupfer einer Wellenwanne auf und ab bewegten Flügel hervorgerufen werden. Weiterlesen

Eisblumen am Fenster

„Die Welt ist versteint zu Kristall. Kein Windhauch stört die Toten. Die Pappeln vor dem Fenster starren regungslos. Über allen Grüften liegt Schnee. Aber wenn mein Atemhauch gegen das Fensterglas streicht, welche Wunder brechen hervor in klirrendem Eise! Da ist der ganze Garten wiedererstanden, alle Wälder der Erde. Ähren, Rispen, Farne, Trauben, Schlingpflanzen erscheinen und Blumengesichte wie aus einem Traum. Andeutungen aller unter dem Schnee begrabenen Gestalten.
Und ein wunderlicher Gedanke läßt mich nicht los: Dieses ist das Zwischenreich zwischen Blumenwelt und Welt der Kristalle.
Ist denn nicht alles Sichtbarwerden von Erscheinungen nur ein zeitweises Festgerinnen oder langsames Gefrieren von Bildern? Und wenn nun hier auf den Anhauch meines Mundes Bilder von Blumen im Fensterglase erscheinen, ist das nicht im Grunde derselbe schöpferische Vorgang, den wir in gedehnterem Zeitmaß und in gewaltigerem Raummaß erleben, wenn das Sonnenlicht die im Erdenstoff steckenden Gebilde zu Sichtbarkeiten gerinnen läßt? Müssen sie nicht alle im wachsenden Weltfrost mählich zu Eis gestarren? Ist nicht dieser Absterbe- oder Verstarrungsvorgang aus dem bildsam Flüssigen zum Festgeronnenen der Lebensvorgang selber?
Wie aber steht das Gestaltgewordene zu dem Vorgang, der zur Gestaltung führt? Oder anders gefragt: Wie steht der Rhythmus, die Musik der Lebensbewegung zu der Formenschöne und Ausgeglichenheit der für das Auge sichtbar gewordenen starren Gebilde?
Wir kennen das Geheimnis der Tonfiguren! Wir wissen, daß Melodie und Harmonie übersetzt werden können in bauliche Gebilde des Auges. Wir wissen, daß jede Farbenstimmung einer Tonstimmung entspricht; jedem Zahlenverhältnis von Farben ein Verhältnis von Tönen. Schon Kepler hat es gelehrt: Die Sternenabstände unseres Planetensystems entsprechen den Klangabständen unserer Tonleiter, und diese wiederum entsprechen den Zahlen der Farbenakkorde in dem für uns sichtbaren Farbenkreis. Die Welt der Formen wäre somit eine geronnene, sichtbar gewordene Welt der Musik …
Was ich hier am Fensterglase erblicke: die Eisblumengefilde, das sind Vorentwürfe oder Erinnerungen aller wirklichen Landschaften; so wie nächtlich geträumte Träume Vorentwürfe oder Erinnerungen aller „wirklich“ genannten Tagesbilder sind. Jede dieser Gestalten, die mein Odem erschafft, kommt auch irgendwo „wirklich“ vor in fernen Zonen oder in der Tiefe eines Meeres. Jede dieser Gestalten aber liegt auch als dunkles Erbwissen oder Erberinnern durchlaufener Lebensläufe, durchtauchter Lebenstiefen in meiner eigenen Seele. Im Fensterglase wird sichtbar alles, was ist, aber auch alles, was ich bin. Es kommt aus mir wie Musik aus der Saite. Es kann sich hineinerlösen in Gestalten der Kunst oder auch in Begriffsgefüge und philosophische Gedanken.
So wäre ich also Musiker und Instrument zugleich? Schöpfer dieser Eisblumenwelt am Fenster und doch nur eines unter Milliarden von Geschöpfen , durch welche Bilderflut und Schöpferhauch rastlos werdend und entwerdend, hindurchströmt. Und auch ich bin nur Bild unter Bildern, für eine Weile festgeronnen, wie hier im Fensterglase die silberne Liane oder der gezackte Tannenwald. Hauche ich heiß gegen die Bilder, so lösen sie sich auf und gerinnen neu, oder Wasser tropft von der Scheibe …
Der tolle Hund hat mich gebissen: die Lebensabkehr, der Weltabwendungsgedanke.
Ich kehre mich ab, lege Holz auf die Flamme im Kamin, träume ins Spiel der Flamme. Und wieder scheint es mir, daß die Bilder alles Lebens feuergewoben vorüberziehen: das brâhma-vidya, die Gestaltenwandelschau!

Ich zünde meine Pfeife an und blicke nach den blauen Wolkenschwaden, und mich durchzuckt ein tröstender Gedanke: „Ich bin jetzt Weltenschöpfer. Ich rauche hier in meinem Stübchen Weltgeschichte.“ Diese graublaue Karawane, das sind die Scharen Alexanders. Und jetzt kommt die Völkerwanderung. Jetzt jagen die Hunnen. Und dieser dicke Schwaden sind die Hohenstaufen.
Und ich blase Napoleons Heere und Völkerkriege und Revolution. Rauch alles; verwehender Rauch! Er wird sich niederschlagen am Fensterglas. Und morgen, wenn mein Feuer ausgebrannt ist und Asche den Ofen deckt, dann trösten mich wieder am Fensterglase die Runendenkmale der Eisblumen und die kristallenen Wälder.“ * Weiterlesen

Der angekettete Ring oder: Strukturbildende Verhakung

Das Kunststück ist einfach: Eine in sich geschlossene Kette wird mit der einen etwas gespreizten Hand so gehalten, dass die beiden Halbketten locker dicht nebeneinander herunterhängen. Mit der anderen Hand wird von unten ein Ring über die Kette geschoben. Indem die beiden Teile der Kette den Ring berühren, lässt man den Ring fallen und das Unerwartete tritt ein: Der Ring fällt nicht zu Boden, sondern wird von der Kette gefesselt und bleibt am unteren Ende hängen. Man muss den Knoten in der Kette lösen, um den Ring wieder frei zu bekommen. Die mit etwas Übung leicht durchzuführende Aktion steht in keinem Verhältnis zur Unglaublichkeit des Ergebnisses. Wie die nebenstehenden Bilder einer Slow-motion Fotoserie* zeigen, ist hier jedoch keineswegs Zauberei im Spiel sondern knallharte Physik. 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

Volcanes diminutos en la playa

H. Joachim Schlichting. Investigación y Ciencia 6 (2019) Curiosidades de la física

Las mareas pueden provocar la formación de agujeros y pequeños montículos en la superficie de la playa. El fenómeno obedece al flujo del aire a través del sistema capilar que esconde la arena.
Cuando baja la marea y el agua se retira, la zona más alejada de la orilla queda repleta de agujeros y pequeñas protuberancias cónicas. El fenómeno se debe al flujo del aire por los capilares que forma la arena bajo la superficie.
En algunas playas, cuando caminamos sobre la zona del terreno que durante la bajamar se encuentra alejada del agua, a veces parecerá que estemos andando sobre algodones. Nuestros pies se hundirán profundamente en la arena y podremos comprobar que, al contrario de lo que suele ocurrir mucho más cerca de la orilla, allí no se ha creado una superficie firme.
Más aún, en esas partes blandas del terreno podremos ver con frecuencia un buen número de agujeros, así como verdaderas protuberancias, como si se tratase de pequeños volcanes. Y si tomamos del suelo un puñado de arena, con cuidado para no aplastarla, nos encontraremos con una especie de «espuma»: una estructura salpicada de cavidades de distintos tamaños. ¿A qué se debe este fenómeno?

Capilares subterráneos
Si observamos el fenómeno durante varios días, podremos comprobar que la responsable de esta filtración de aire a través de la arena es la marea. La arena consta de granos de forma irregular que solo se tocan en algunos puntos, por lo que dejan entre medias un sistema de capilares interconectados. Cuando el agua se filtra desde arriba, desplaza con su peso el aire contenido en esos capilares. Sin embargo, este no podrá escapar indefinidamente hacia abajo, ya que antes o después se encontrará con el nivel freático del agua subterránea, la cual ya habrá llenado los espacios vacíos inferiores. Así pues, cuando sube la marea, el agua empuja el aire y lo dirige hacia arriba (véase la ilustración).
Lo anterior hace que aumente la presión del gas, ya que los estrechos capilares oponen resistencia a la circulación. Se trata de un fenómeno parecido al que tiene lugar cuando intentamos expulsar el agua de una jeringuilla que contiene en su interior una burbuja de aire: el pistón comprimirá la burbuja de manera considerable. Expuestas a una presión semejante, las delgadas corrientes de aire que circulan bajo el suelo se unirán tan pronto como entren en contacto y, antes o después, prorrumpirán en la superficie.
Cuando eso ocurre, aparecen agujeros en algunos sitios del suelo y, en otros, pequeños abultamientos cónicos, los cuales se formarán siempre que la capa superior posea partes herméticas (y que, por tanto, impidan el paso del aire). Ambas estructuras dan lugar a la «espuma de arena» que mencionábamos al principio, y cuando baje la marea podremos verla con claridad. Si seccionamos cuidadosamente los conos con un cuchillo, nos convenceremos de que realmente existen cavidades bajo las protuberancias.
Cuando sube el nivel del mar, a veces es posible apreciar la manera en que el rítmico ir y venir de las olas inunda los agujeros y los deja libres de nuevo. Justo en el borde del agua, donde la profundidad es de tan solo unos pocos centímetros, pueden verse cómo salen burbujas de los agujeros anegados. La bajada de la marea vuelve a drenar el sistema capilar, ahora lleno, y las grandes cavidades. Ello reduce la presión y hace que se absorba aire; entretanto, a veces aparecen nuevos agujeros.

Filigrane Sanddächer in der Wüste

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

Spirale 8 – der Natur abgeschaut

Für mich ist die Spirale ein Symbol des Lebens.
Ich glaube, die Spirale ist dort, wo die Materie aufhört zu sein und beginnt, etwas Lebendiges zu werden.
Meine Spirale ist keine geometrische Spirale, sie ist eine biologische Spirale, die nicht mit dem Zirkel nachgemessen werden kann. Sie hat Ausbuchtungen, Widerstände und Partikel in der Mitte und an den Rändern. Meine Spirale wächst vegetativ.

Friedensreich Hundertwasser (1928 – 2000) Weiterlesen

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