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Virtuelle Welten unter dem Fußboden

juliacanaria021a.jpgSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 42/2 (2011), S.53-54

Das Phänomen der spiegelnden Reflexion ist uns weniger vertraut, als wir denken. Gelegentlich tritt es sogar mit Schattenbildern in Konkurrenz

http://www.spektrum.de/alias/schlichting/virtuelle-welten-unter-dem-fussboden/1057466

Schneemuster auf Pflastersteinen

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 42/1 (2011), S. 47

Fällt Schnee auf ein Steinpflaster, so zeichnet er die Fugen und Steine nach. Doch während er in einem Fall auf den Steinen schmilzt, bleibt er im anderen Fall auf ihnen liegen. Welcher physikalische Mechanismus sorgt für dieses unterschiedliche Verhalten?

Den erstgenannten Fall sehen wir im oberen Foto. Hier zeichnet der Schnee die Fugen zwischen den Steinen nach und schmilzt auf den Steinen. Entscheidend für das Zustandekommen dieses merkwürdigen Ordnungsphänomens ist eine Art Nichtgleichgewichtssituation. Der Boden und die darauf ruhenden Pflastersteine haben noch eine Temperatur über dem Gefrierpunkt. Demgegenüber ist die Lufttemperatur so niedrig, dass der Schnee zumindest noch einige Zeit erhalten bliebe, wenn er genügend gut vom Rest der Welt thermisch isoliert wäre. Diese Bedingung ist in den teilweise mit Luft gefüllten Fugen zwischen den Pflastersteinen weitgehend erfüllt. Die relativ geringe Wärmeleitfähigkeit der Luft verzögert den Transport von thermischer Energie vom Boden zum Schnee derart, dass dieser nicht so schnell den Schmelzpunkt unterschreitet.
Ganz anders ergeht es dem Schnee auf den Pflastersteinen. Diese speichern im Vergleich zur Luft relativ viel thermische Energie (besitzen verhältnismäßig große Wärmekapazität). Diese können sie wegen ihrer ebenfalls im Vergleich zur Luft großen Wärmeleitfähigkeit schnell an den Schnee abgeben. Der Schnee schmilzt infolgedessen zu einem kleinen Rinnsal zusammen, der gerade einmal zu einer Benetzung der Steine führt.
Dass der Schnee nicht einfach die Fugen ausfüllt und sich auf diese Weise ebenfalls der thermischen Energie der Steine aussetzt, ist dem flockigen Aufbau des Schnees zu verdanken. Er überbrückt die Fugen großzügig und bildet daher ein Luftpolster unter sich.
Diese Eigenschaft macht sich auch an anderen Stellen bemerkbar. An der linken Seite im oberen Foto sind zwei Stellen zu sehen, an denen Gras aus den Fugen herausgewachsen und locker mit Schnee bedeckt ist. Dort fehlt der Kontakt zum relativ warmen Boden ebenso wie im Falle der angrenzenden Wiese (oben rechts im Bild), die aus demselben Grund mit Schnee bedeckt ist. Das Fugenmuster des Schnees bleibt jedoch nur so lange erhalten, wie die Steine noch relativ warm sind. Haben sie erst einmal Temperaturen unter dem Nullpunkt angenommen, so bringen sie den Schnee nicht mehr zum Schmelzen. Diese Situation zeigt das untere Foto. Der im Kontakt mit den Pflastersteinen geschmolzene Schnee hat diese nach einiger Zeit so weit abgekühlt hat, dass der nachfolgende Schnee liegen geblieben ist. Dies lassen die etwas erhöhten Schneelinien über den Fugen erkennen.

Tunken für Fortgeschrittene

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/12 (2010), S.32-33

Sind beim Tunken von Keksen physikalische Vorgebildete gegenüber reinen Empirikern im Vorteil?

Abbé Montret tauchte zwei Kekse auf einmal in sein Glas und schnappte sie gierig auf, bevor sie sich in der Flüssigkeit auflösten und im Glas verschwinden konnten.
Pascal Quignard (*1948)

http://www.spektrum.de/alias/schlichting/tunken-fuer-fortgeschrittene/1050043

Hinter Gittern

Hinter_GitternSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/11 (2010), S. 42-43

Ein benetztes Sieb trübt kurz den Durchblick – wer sich beeilt, kann trotzdem allerhand entdecken.

Die alte biologische Verwandtschaft
zwischen dem Erkenntnistrieb und dem Spieltrieb …
Hans Blumenberg (1920 – 1996)
Doch jetzt höre, wie leicht und wie rasch sich die Bilder entwickeln
Und wie beständig ihr Strom von den Dingen her fließt und sich ablöst …
Durs Grünbein (* 1962)

http://www.spektrum.de/alias/schlichting/hinter-gittern/1044863

Freihandexperimente zwischen Schulexperimenten und Alltagsphänomenen.

Schlichting, H. Joachim. In: Köster, Hilde; Hellmich, Frank; Nordmeier, Volkhard (Hrsg.): Handbuch Experimentieren. Hohengehren: Schneider Verlag 2010; S, 131 – 153

Freihandversuche ermöglichen einen spielerischen und explorativen Zugang zu Gegenständen und Phänomenen. Auf der motorisch-affektiven Ebene können auf diese Weise die physischen Eigenheiten des Materiellen insbesondere seine Widerständigkeit erfahren werden, was als eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung experimentellen Geschicks und eines Gefühls für das Machbare anzusehen ist.

Hoch hinaus

Hochspannung_P1050771Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/10 (2010), S. 30-31

Vögel sind auch nur Menschen

Konrad Lorenz (1903 – 1989)

Vögeln, die auf Hochspannungsleitungen rasten, sollte eigentlich nichts geschehen. Doch das ist nur die halbe Wahrheit.

Natürlich gibt es eine einfache Erklärung dafür, dass Vögel unbeschadet auf Hochspannungsleitungen sitzen können. Die meisten von uns werden sie auch kennen. Warum aber sitzen die Tiere auf manchen Leitungen lieber als auf anderen? Warum scheint es eine Obergrenze der Spannung von 60-Kilovolt zu geben, welche die Vögel gerade noch tolerieren? Und warum achten sie auf einen Mindestabstand, wenn sich ein dritter Ankömmling zwischen zwei Sitzende drängt?
Während in Deutschland meist Erdkabel die Oberleitungen verdrängt haben, wurde die elektrische Energie in früheren Zeiten noch durch Freileitungen in die Häuser transportiert. Sie bestanden aus Strom führenden, nicht isolierten Drähten, und zum gewohnten Bild einer ländlichen Idylle gehörte es, dass die Vögel darauf wie Noten auf Notenlinien saßen. (Diese ergaben allerdings keine nennenswerte Melodie; Ausnahmen wie die unten angegebene bestätigen die Regel.). Dass den Vögeln ihr Sitzplatz nichts anhaben kann, war also Teil der Alltagserfahrung und darum wenig überraschend.
Sollte man sich aber nicht vielleicht doch darüber wundern, dass die Vögel keinen elektrischen Schlag bekommen?Wer im Haushalt eine stromführende Leitung berührt, wird Teil eines Stromkreises. Denn seine Füße sind mit dem Fußboden und dieser wiederum ist mit der Erde verbunden, die als Neutralleiter zum Kraftwerk fungiert. Dann kommt es unter anderem auf den Widerstand zwischen Erde und Füßen an: Ist er zu klein, kann der durch den Körper fließende Strom lebensgefährlich werden.
Vögel auf Freileitungen stehen indessen nicht in Kontakt mit der Erde. Damit ihnen ein Stromschlag droht, müssten sie schon zwei stromführende Leitungen, zwischen denen eine Spannung besteht, gleichzeitig berühren oder auch zwischen die Leitung und den erdverbundenen Strommast geraten. Kleinen Vögeln passiert dies selten, große jedoch erleiden vor allem aufgrund ihrer Flügelspannweite immer wieder tödliche Stromschläge. Die häufigste Todesursache für Weißstörche, so der Naturschutzbund Deutschland, sind Unfälle an Mittelspannungs-Freileitungen.
Im Großen und Ganzen aber dürften die Tiere nicht wählerisch bei ihrem Sitzplatz sein. Begeben wir uns also, auch wenn dies heutzutage einige Geduld erfordert, auf Ausschau nach Vögeln, die auf Hochspannungsleitungen rasten. Was sehen wir? Die fernen schwarzen Punkte haben keineswegs auf einer x-beliebigen Leitung Platz genommen.
Hochspannungsleitungen nutzen nicht nur die Erde als ″Rückleitung″ zum Kraftwerk, sondern außerdem einen zusätzlich mit der Erde verbundenen Neutralleiter. Dieser ist meist auf der Spitze der Hochspannungsmasten angebracht und, anders als die stromführenden Leiter, nicht durch Isolatoren von den Masten getrennt (siehe Abb. 2). Und tatsächlich: Genau hier, also auf dem Neutralleiter oder den Streben des eisernen Fachwerks der Masten, scheinen die Vögel mit Vorliebe zu sitzen. Haben sie mit den stromführenden Leitungen vielleicht doch unangenehme Erfahrungen gemacht?
Wenn sie die Leitungen im ″Sitzen″ mit beiden Füßen berühren, befindet sich zwischen diesen ein kurzes Leitungsstück. Könnte der Spannungsabfall bereits hier so groß sein, dass der über die Beine durch den Körper geleitete Strom zumindest zu unangenehmen Empfindungen führt? Nein, denn um Energieverluste gering zu halten, werden die Leitungen meist aus einer Eisenseele und darum gewickeltem Aluminiumdraht hergestellt. Der elektrische Widerstand dieser Leitungen ist so gering, dass zumindest auf sehr kurzen Strecken so gut wie keine Spannung abfällt. Es muss also andere Gründe geben, weshalb die Vögel den stromführenden Leitungen aus dem Wege gehen.
In der ornithologischen Literatur finden sich dazu sehr differenzierte Aussagen. Axel Donges von der Naturwissenschaftlich-Technischen Akademie in Isny berichtet, dass sich Vögel oberhalb einer durch die Kabel übertragenen Maximalleistung von etwa sechzig Kilowatt  nicht mehr auf Leitungsseilen aufhalten. Experimente mit Tieren in Gefangenschaft zeigten zwar, dass sie je nach Art auch höhere Spannungen akzeptieren. Die höhere Toleranz etwa von Brieftauben oder Staren dürfte sich allerdings auf ihre im Vergleich zur freien Natur geringeren Wahlmöglichkeiten zurückführen lassen.
Tatsächlich ist der durch die Leitungen fließende Wechselstrom von starken elektromagnetischen Wechselfeldern umgeben. So misst man an der Oberfläche der Leiter elektrische Feldstärken von bis zu 1500 Kilovolt pro Meter (kV/m) und magnetische Feldstärken von acht Millitesla. Nach heutigem Kenntnisstand gehen von magnetischen Feldern zwar keine nennenswerten Wirkungen auf den Organismus der Vögel aus. Das elektrische Wechselfeld jedoch macht sich durch gleich zwei Effekte bemerkbar. Zum einen lassen bereits Felder ab einer Stärke von fünf Kilovolt pro Meter die Behaarung von Säugetieren und die Federn von Vögeln vibrieren. Zum anderen wirkt der elektrisch leitfähige Vogelkörper, selbst wenn es nicht zum Kontakt mit dem Leiter kommt, wie eine Antenne. Durch kapazitive Ankopplung gerät er also unter Spannung, sodass elektrische Ströme fließen. Je nach Größe des Vogels erreichen sie einige hundert Mikroampère, auf die dann auch dessen Sinnesrezeptoren ansprechen. Mindestens einer der beiden Effekte wird von den Vögeln offenbar als unangenehm empfunden.
Vögel sind ″auch nur Menschen″, hatte einst der Verhaltensforscher Konrad Lorenz formuliert. Da stellt sich natürlich die Frage, ob Menschen auch Vögel sind, zumindest in der Hinsicht, dass sie ebenfalls ein Sensorium für elektrische Wechselfelder besitzen. Tatsächlich scheint es Menschen zu geben, die sich durch die Wirkungen von Wechselfeldern beeinträchtigt fühlen, weshalb nicht nur die Hochspannungsleitungen in der Nähe von Häusern, sondern auch die Stromleitungen in den Häusern selbst unter dem Stichwort Elektrosmog kontrovers diskutiert werden.
Eine weitere interessante Beobachtung kann gelingen, wenn man die Vögel bei ihrem Kommen und Gehen auf den Leitungen beobachtet: Sie nähern sich einander nur bis zu einem bestimmten Mindestabstand. Lässt sich eines der Tiere zwischen zwei bereits sitzenden Artgenossen nieder, so rückt meist derjenige zur Seite, dem der Neuankömmling zu nahe zu kommen droht. Versucht ein Vogel sich zwischen zwei andere zu drängen, die schon so dicht sitzen, dass der Mindestabstand in jedem Fall überschritten wird, werden manchmal sogar die übernächsten Nachbarn aktiv, um die Situation bereits präventiv zu normalisieren. Die hirnphysiologischen Mechanismen der Abschätzung des für sichere Starts und Landungen nötigen Sicherheitsabstands sind im einzelnen noch nicht geklärt. Da fallen einem natürlich eine ganze Menge Parallelen ein. Eine davon hat Petr Seba untersucht: Statistisch gesehen erzeugen Vögel beim Hinsetzen und Menschen beim Parken ihrer Autos dasselbe Lückenmuster. Menschen, so darf man schließen, sind also auch in dieser Hinsicht nur Vögel.

Literatur:

Sitzende Vögel als Melodiegeber: http://www.basicthinking.de/blog/2009/09/09/netzkunst-wenn-voegel-den-ton-angeben
Unfallgefahren durch Freileitungen: http://www.storchennest.de/de/index_storchenwelt_gefahren.html
Donges, Axel: Setzen sich Vögel wirklich auf Hochspannungsleitungen. MNU 53(6), S. 354, 2000. (dort weitere Literatur)
Seba, Petr: Parking and the visual perception of space. J. Stat. Mech., L10002, 2009.

 

Die Energie der platzenden Kirsche

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/7 (2010), S.32 – 33

Was einer reifen Frucht den Kragen platzen lässt, könnte bald zu unserer Energieversorgung beitragen.

Kirschen haben es nicht leicht. Selbst wenn die Blüten des Kirschbaums nicht erfroren sind und bestäubt wurden, kann ihnen noch in der Endphase langanhaltender Regen zu schaffen machen. Wenn die Wassertropfen zu lange an der Haut der Kirschen anhaften, platzt ihnen schließlich „der Kragen“ (siehe oberes Foto). Die so entstehenden Einschnitte ins Fruchtfleisch sind ein Einfallstor für Schädlinge, insbesondere Pilze, die in den meisten Fällen dafür sorgen, dass die Kirsche ungenießbar wird. Weiterlesen

Nur kurz ist der Blick in die Ferne

HorizontblickSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/6 (2010), S.33

Der Horizont ist dort, wo sich die von einem Schiff hinterlassene Bläschenspur im Unendlichen verliert? Von wegen.

http://www.spektrum.de/alias/schlichting/nur-kurz-ist-der-blick-in-die-ferne/1030797

Sphärische Irrwege

Flokon_FarbenSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/5 (2010), S.35

Zu Kreisen mutierende Linien, sich bewegende Muster und aufscheinende Farben ein Parfümflakon
stellt die Gesetze der geometrischen Optik zur Schau.

http://www.spektrum.de/alias/schlichting/sphaerische-irrwege/1026696

Optische Marginalien – Phänomene im Trinkglas

Weinglas_totaleSchlichting, H. Joachim. In: Erb, Roger; Grebe-Ellis, Johannes (Hg.): Alles, was der Mensch ernstlich unternimmt, ist ein Unendliches. Physikalische Miniaturen. Berlin: Logos Verlag 2011, S. 157- 166

Auch wenn Georg Christoph Lichtenberg zu bedenken gibt, »wie oft ein Glas Wein ein System erzeugt« und damit auf die kreativen Möglichkeiten anspielt, die vom Genuss gewisser Getränke ausgehen können, interessierten uns hier die eher nüchternen Möglichkeiten eines physikalischen Blicks ins Glas. Es sollte deutlich werden, dass oft gerade die Randphänomene, die man meist als
»Dreckeffekte« übersieht oder beiseite lässt, zu interessanten physikalischen Untersuchungen und Einsichten führen und Physik und Alltag in eine kreative Verbindung bringen können.

Farbige Moirémuster als Naturphänomen

Moire_IMG_1030a.jpgSchlichting, H. Joachim; Suhr, Wilfried. In: Physik in unserer Zeit 41/3 (2010) 41 – 43

Ringwellensysteme auf der Wasseroberfläche eines Swimmingpools können unter bestimmten Bedingungen farbige Ringe hervorrufen, die sich als ein Moiré-Muster erweisen. Es entsteht aus einer Überlagerung der Ringwellen mit deren Projektion auf dem Boden des Pools. Moiré-Effekte sind im technisch-wissenschaftlichen Alltag häufiger beobachtbar – in der Natur dagegen selten.

PDF: Farbige Moirémuster als Naturphänomen

Magnetische Taschenspielertricks

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 10 (2009), S. 38

Warum Magnete abgebrannte Streichhölzer anziehen, hingegen von Kirschen als abstoßend empfunden werden.

Um in der Lehre vom Magnetismus weiter zu kommen,
müßte man Magnete machen,
die sich zu gewöhnlichen verhielten,
wie Herschels großes Teleskop zu einem Taschen-Perspectiv.

Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799)

Zu Beginn des Zeitalters des Elektromagnetismus vermutete Georg Christoph Lichtenberg die Existenz verborgener magnetischer Phänomene, die nur deshalb verborgen blieben, weil die damaligen Magnete zu klein waren. Er behielt Recht, denn große, also vor allem starke Magnete sollten in der Folgezeit wesentlich helfen, das Verständnis der elektromagnetischen Kräfte zu erweitern. Heute sind »Supermagnete« im Miniaturformat aus Neodym-Eisen-Bor (NeFeB) für jedermann erschwinglich, etwa bei supermagnete.de. Sie lassen uns einen Hauch des Zaubers wiederentdecken, der, wie Lichtenberg schrieb, den Anfängen innewohnte, »da der Magnet selbst (…) nur den Taschenspielern diente«. Jetzt können wir nämlich feststellen, dass ein Streichholz mit einem dunklen Köpfchen, das sich sonst nicht weiter um Magnete schert, plötzlich daran haften bleibt, sobald sein Kopf abgebrannt ist.
Wie kann das sein? Die Angelegenheit erweist sich als raffiniert. Zwar ist Eisenoxid, Fe2O3, von Anfang an im Streichholzkopf vorhanden. Allerdings ist es paramagnetisch, also nur dann magnetisch, wenn ein äußeres Magnetfeld einwirkt. Sein magnetisches Moment ist aber offenbar zu klein, als dass es sich vom Magneten zu einer sichtbaren Reaktion veranlassen ließe. Einer Idee Michael Worbs’ zufolge entsteht während der Verbrennung jedoch möglicherweise Magnetit, Fe3O4, denn schließlich ist auch Schwefel mit im Spiel: 6FeO+ S -> 4 FeO+ SO. Das ferrimagnetische Magnetit – in ihm sind die Elementarmagnete so ausgerichtet, dass sich ihre magnetischen Momente zum Teil aufheben, eine Richtung aber überwiegt – besitzt ein viel größeres resultierendes Moment als Fe2O3 und kann die Gewichtskraft des Hölzchens durch seine Anziehungskraft kompensieren.
Diese Idee stützt der Befund, dass ein nicht verbranntes Streichholzköpfchen durchaus reagiert, wenn man es nämlich in winzige Bruchstücke zerkleinert. Hält man über die Teilchen nun einen Supermagneten, so springen sie ihn an wie Flöhe und bleiben haften.
Woher aber dieser Sinneswandel? Dank der Verkleinerung des Volumens (das mit der dritten Potenz sinkt) nimmt die Gewichtskraft stärker ab als die Fläche (nur mit der zweiten Potenz), die den Magneten berührt. Da die magnetische Anziehungskraft wiederum mit der Fläche, genauer: der Zahl der magnetischen Feldlinien, variiert, nimmt sie weniger stark ab als die Gewichtskraft – das zerbröselte Zündmaterial wird schließlich getragen.
Befestigt man zwei Kirschen an den Enden eines an einem Faden hängenden Stäbchens und bringt dieses sorgfältig ins Gleichgewicht, lässt sich auch mit diesen zaubern. Nähert man einer von ihnen nun einen Supermagneten an, wird sie abgestoßen. Von der anderen Seite kommend kann man die Kirschenschaukel auch wieder abbremsen und sie in die umgekehrte Richtung treiben. Schuld ist allein das in den Früchten reichlich vorhandene diamagnetische Wasser: Denn ein Diamagnet erzeugt unter dem Einfluss eines Magneten ein das Feld schwächendes Gegenmoment. So tut die Kirsche das Klügste, was sie tun kann: Sie wehrt sich gegen das Eindringen der Magnetfeldlinien, indem sie flüchtet.

Literaturhinweis: Worbs, M.: »Du, Papa, warum sind Streichhölzer magnetisch?« In: Praxis der Naturwissenschaft 58(4), S. 45 – 46, 2009.

Quételet’s fringes due to scattering by small spheres just above a reflecting surface

Suhr, Wilfried; Schlichting, H. Joachim. In: AQuetelet_auf_dem_Teepplied Optics 48/26 (2009) 4978-4984

In various everyday situations, a characteristic interference pattern can be observed on water surfaces. This pattern can be divided into two overlapping components: a corona and a system of Quételet’s rings, often with only a section of these visible in the form of fringes.We attribute this phenomenon to thin films of small spheres located just above the reflecting water surface. Due to differences in the optical arrangement, explanatory models applicable for conventionally produced Quételet’s rings are not transferable. We present a compatible mathematical model and some obvious analogies in order to explain the occurrence and properties of this phenomenon.

PDF: Quetelet’s fringes due to scattering by small spheres just above a reflecting surface

Helle Streifen – blaue Schatten

Helle StreifenSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 8 (2009), S. 42

Es ist nur ein Brückengeländer im Sonnenlicht. Erst wer genauer hinsieht, durchschaut die Regeln des Licht- und Schattenspiels.

Zum Dank dafür, daß das Licht sie bescheint,
werfen die Dinge Schatten.
Friedrich Hebbel (1813 – 1863)

Fällt er oder fällt er nicht?

gasblasen_img_0941Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 7 (2009), S. 38

»Ich wollte es nicht glauben, als ich zum ersten Mal sah,
wie der Strohhalm aus meiner Sodadose aufstieg …«
Howie

Ein Trinkhalm im Sprudelglas steigt auf, weil sich kleine Gasblasen an ihn heften. Weiterlesen

Trübe Aussichten? Nicht nur!

LichtschattenSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 6 (2009), S. 42

Beim Blick unter Ljubljanas Brücken zeigt sich ein faszinierendes Wechselspiel diffuser und spiegelnder Reflexion.

Kein glänzender und durchsichtiger Körper kann auf sich den Schatten
irgendeines Gegenstandes aufweisen,
wie man am Schatten der Brücken über den Flüssen sieht,
welche man nur sehen kann, wenn das Wasser trüb ist …
Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

’ne Perl in jeder Primel Ohr

TautropfenSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 4 (2009), S. 29

Die leuchtenden Wassertropfen, die früh am Morgen auf Gras, Blättern und auch Schafwollfäden zu finden sind, verdanken sich der Physik der kleinen Dinge.

Die Neigung der Menschen,
kleine Dinge für wichtig zu halten,
hat sehr viel Großes hervorgebracht.
Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799)

Schnell und schmerzlos – Physik am Morgen

Schlürfen_IMG_5971Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 3 (2009), S. 32

Über eine nicht ganz gesellschaftsfähige, aber physikalisch hochinteressante Methode, heiße Getränke zu kühlen.

Der Mensch kann … nach allen Arten [trinken].
Er saugt an der Mutter-Brust schon und beständig
wenn er ordentlich stark trinkt, den Tee schlurft er
mit erweiterter Brust ein, und wenn er aus einer
Bouteille mit einem engen Hals trinkt, so gießt er.
Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799)

Im Kaffeesatz lesen

Spektrum der Wissenschaft 1 (2009), S. 30

Nur ein leidiger Kaffeefleck? Von wegen: Die ausgeprägten Ränder offenbaren nichts weniger als ein universelles (Potenz-)Gesetz

Sehen Lernen – Vom alltäglichen Anblick zum physikalischen Durchblick

Schlichting, H. Joachim. In Physik Journal 7_8/9 (2008)  70 – 74

Physikalische Erkenntnis macht Altbekanntes zu einer neuen Realität, indem sie es aus einer neuen, der physikalischen Perspektive vor Augen führt. Die Physik
zeigt uns nicht nur das, was wir noch nicht kennen, sondern auch das, was wir kennen, wie wir es nicht kennen. So lassen sich auch dem Alltäglichen faszinierende physikalische Aspekte abgewinnen. Auf diese Weise kann man Schülerinnen und Schüler zu einer Auseinandersetzung mit der Physik auch außerhalb des Unterrichts motivieren und zu einer dauerhaften
Verankerung des Gelernten beitragen.

PDF: Sehen lernen – Vom alltäglichen Anblick zum physikalischen Durchblick

Farbenprächtige Sonnentaler auf dem Wasser

Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 6 (2008), S. 302

Während normale Sonnentaler so alltäglich sind, wie die Sonne, die sich in ihnen abbildet, muss man schon etwas Glück haben, um farbige Sonnentaler auf einer Wasseroberfläche zu erblicken. Dann können auch die physikalisch hoch interessanten Quételet-Ringe ausschnittsweise sichtbar werden, die durch eine Schicht von Goldglanzalgen auf der Wasseroberfläche hervorgerufen werden. (Die erstmalige Erklärung des Phänomens findet man hier). Weitere Beiträge zu Quételet-Ringen auf dieser Webseite befinden sich hier und hier).

PDF: Farbenprächtige Sonnentaler auf dem Wasser

Ein tiefer Blick ins Glas – Alltagsphänomene als Zugang zur geometrischen Optik

Schlichting, H. Joachim; Suhr, Wilfried. In: Unterricht Physik 19/105_106 (2008) 12 – 16

Trinkgläser spielen im Alltag eine wichtige Rolle. Es ist daher geradezu unvermeidlich, dass unsere Netzhäute beim Blick ins Glas von optischen Phänomenen belichtet werden und einmal mehr den leicht daher gesagten Ausspruch „Physik ist überall“ illustrieren. Doch in den meisten Fällen steht keiner hinter den Netzhäuten, der diese Phänomene als solche wahrnimmt.  Darin kommt der auf den ersten Blick merkwürdig erscheinende Sachverhalt zum Ausdruck, dass das Alltägliche für die Lernenden wie eine Tapete zur vertrauten Ausstattung ihrer Lebenswelt gehört und daher fraglos akzeptiert wird. Vertrautes führt aber weder zu einer Intensivierung der Wahrnehmung noch macht es neugierig (worauf auch?), so dass es von sich aus zu keinen  Fragen und dadurch nahe gelegte Untersuchungen herausforderte.

Hinzu kommt ein weiteres Problem: Alltagsgegenstände sind keine physikalischen Objekte. Im Unterschied etwa zu Geräten der physikalischen  Lehrmittelsammlung, die einzig zu dem Zweck konzipiert und hergestellt werden, ohne Umschweife einen physikalischen Zusammenhang  hervorzubringen, sind Alltagsgegenstände zunächst physikalisch völlig indifferent und alles andere als auf einfache Weise physikalisch zugänglich. Ihnen muss der physikalische Aspekt erst einmal abgerungen werden. Das setzt aber voraus, das Alltägliche aus einer unvertrauten, neuen Perspektive
zu betrachten. Diese stellt sich nicht von selbst ein und muss eingeübt werden.

PDF: Ein tiefer Blick ins Glas – Alltagsphänomene als Zugang zur geometrischen Optik

Wie passt die Sonne durch ein Loch?

Schlichting, H. Joachim. In: Experimente mit Sonnentalern in der Natur und im Klassenzimmer Grundschule 3 (2008) S. 25-27

Einen kindgerechten Umgang mit einem optischen Phänomenen bietet eine Unterrichtseinheit zum Thema Sonnentaler. Wenig Theorie und viele Experimente machen Gesetzmäßigkeiten des Lichts erfahrbar und regen zu sonnigen Entdeckungen an.

PDF: Wie passt die Sonne durch ein Loch?

Die Welt im Tröpfchen

Schlichting, H. Joachim: Physik in unser Zeit 3 (2008), S. 152

Auch feucht-regnerische Tage können Ihren Reiz haben. Zum Beispiel dann, wenn sie auf Fensterscheiben Wassertropfen entstehen lassen, die die Umwelt abbilden – was man freilich erst bei genauem Hinsehen entdeckt.

PDF: Die Welt im Tröpfchen

Die Welt hinter den Spiegeln

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 39/2 (2008) 98

Real- und Spiegelwelt sind normalerweise gut auseinander zu halten.
Doch manchmal kann ein ungewöhnlicher Kontext zu irritierenden
Situationen führen.

PDF: Die Welt hinter den Spiegeln

Räumliche Porträts in Glas

Ucke, Christian; Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 39/1 (2008) 34 – 35

Leistungsstarke Laser gravieren das Bild von Objekten dreidimensional in Glas. So sind realistisch wirkende Porträts möglich, von denen nicht nur ein ästhetischer Reiz ausgeht, sondern auch das Erstaunen darüber, wie wohl das Porträt in den soliden Glasblock hineinkopiert worden ist. Außerdem bietet die Rückansicht des Porträts den verblüffenden Hohlmaskeneffekt.

PDF: kann beim Autor angefordert werden (schlichting@uni-muenster.de)

Der alltägliche Kontext – am Beispiel eines optischen Phänomens

Schlichting, H. Joachim . In:  Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule 57/1 (2008) 39 – 41

Ein wesentliches Motiv des „Lernens im Kontext“ besteht in der Steigerung der Motivation der Lernenden. Es wird erwartet, dass durch Einbettung von physikalischen Fragestellungen in einen für sie bedeutungsvollen Rahmen die Bereitschaft wächst, sich damit auseinander zu setzen. Solche Kontexte werden seit einigen Jahren in der fachdidaktischen Literatur diskutiert (z.B. [1] – [3]).
Im vorliegenden Beitrag soll auf ein Problem des „Lernens im Kontext“ aufmerksam gemacht und am Beispiel eines lebensweltlichen Kontexts illustriert werden, das unseres Erachtens bislang zu wenig Beachtung gefunden hat: Wie kommt man zu physikalischen Fragen?
Ein den Lernenden vertrauter Kontext ist nicht schon deshalb interessant und fragwürdig, weil er vertraut ist. Erst dadurch, dass er in einer unvertrauten Perspektive dargestellt wird, kann daraus ein Phänomen werden, das Neugier und das Bedürfnis nach einer Erklärung auslöst, die schließlich in eine physikalische Erschließung des Phänomens einmünden. Dazu wird eine alltägliche Situation als Rätsel inszeniert, indem bei einer (optischen) Spiegelung ein auffälliger Symmetriebruch vor Augen geführt wird, der weder aus  vorwissenschaftlicher noch aus physikalischer Sicht zu erwarten ist.

PDF: Der alltägliche Kontext am Beispiel eines optischen Phänomens

Wellenringe auf der Wasseroberfläche lassen tief blicken

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 39/1 (2008) 46 -47

Ob ein Stein oder ein Tropfen auf eine Wasseroberfläche fällt, macht insofern keinen Unterschied, als in beiden Fällen Systeme von Ringwellen entstehen. Und doch „erzählen“ die Ringe in beiden Fällen eine etwas andere physikalische Geschichte.

PDF: Wellenringe auf der Wasseroberfläche lassen tief blicken

Coloured rings on dusty surfaces- On natural phenomena in the everyday life world

Schlichting, H. Joachim. In: Journal of the Physics Education Society of Japan Supplement 2008 (Proc. of the International Conference on Physics Education 2006), p. 253 – 258

An everyday life phenomenon is described, which – from the physical point of view – turns out to be a nontrivial optical effect produced by the interaction of light and matter. The coloured rings – so called Quételet’s rings – are presented as an example to develop a physical view for the everyday life world. The aesthetical aspects of the phenomenon are expected to contribute to a kind of reenchantment of the world by means of physics. Besides to this general goal the phenomenon itself is shown in different contexts, demonstrated by a simple experiment and physically explained by a simple model.

PDF: Coloured rings on dusty surfaces- On natural phenomena in the everyday life world

Bilder einer Brille als Hohlspiegel

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 38/6 (2007) 305

Hält man eine Brille vor eine Leuchte, so kann man interessante optische Phänomene beobachten. Diese liefern Informationen über die Beschaffenheit der Brillengläser – und des Brillenträgers.

PDF: Bilder einer Brille als Hohlspiegel

Coloured rings produced on transparent plates

Suhr, Wilfried; Schlichting, H. Joachim. In: Physics education 42/6 (2007) 566 – 571

Beautiful coloured interference rings (so called Quételet’s rings) can be produced by using transparent plates such as window glass. A simple model explains this effect, which was described by Newton but has almost been forgotten.

PDF: Coloured rings produced on transparent plates

Physik des Fahrradfahrens – Moderne Zentauren

Schlichting, H. Joachim; Suhr, Wilfried. In: Physik in unserer Zeit 38/4 (2007) 184 – 188

Nun rollt sie wieder – die Tour de France. Für uns ein guter Anlass, die Physik des Radfahrens zu beleuchten. In einer mehrteiligen Serie beschäftigen wir uns mit Themen wie Leistung und Energetik, der Stabilität und den beiden natürlichen Feinden des Radfahrers: Berge und Wind.

PDF: kann beim Autor angefordert werden (schlichting@uni-muenster.de)

Fahrradfahren – Mit Pedalkraft gegen Berge und Wind

Suhr, Wilfried; Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 38/4 (2007) 294 – 298

Warum sparen sich die Favoriten eines Radrennens ein gegenseitiges
Kräftemessen für die Bergetappen auf? Und wieso fürchten sie den Wind gerade beim Einzelzeitfahren? Was aus Sicht der Physik dafür spricht, zeigen Modelle der Fahrwiderstände.

PDF: kann beim Autor angefordert werden (schlichting@uni-muenster.de)

Eine schwebende Lichtkugel in einer Kugelleuchte

Hohlspiegellampe001brvSchlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 38/2 (2007) S. 96 – 97

Gläserne Kugelleuchten können zu Hohlspiegeln werden und von den im Innern befindlichen Lampen reelle, frei schwebende Bilder erzeugen. Dem unvorbereiteten Beobachter erscheint ein solches Bilder wie ein glühendes Plasma, das bei der Bewegung des Beobachters über der realen Lampe zu wabern scheint.

Eine nackte Glühlampe ist zwar nicht ganz kugel- sondern eher birnenförmig, aber auch in ihr kann man ein reelles Bild des Glühfadens finden. Suchen Sie es, solange es die alten Birnen noch gibt.

PDF: kann beim Autor angefordert werden (schlichting@uni-muenster.de)

Ich sehe was, was du nicht siehst

KarosserieSchlichting, H. Joachim. In: Die Grundschulzeitschrift 20/199/200) (2006), 12-14

Die größte Sehenswürdigkeit, die es gibt,
ist die Welt – sieh sie dir an.

Kurt Tucholsky

Es spricht vieles dafür, im Sachunterricht der Grundschule von lebensweltlichen Situationen und Alltagsgegenständen auszugehen. Da das Alltägliche für die Lernenden wie eine Tapete zur selbstverständlichen natürlichen Ausstattung ihrer Lebenswelt gehört, wird es im Allgemeinen fraglos akzeptiert. Daher gibt Vertrautes weder Anlass zu Neugier (worauf auch?), noch fordert es „von sich aus“ zu Fragen heraus, die sich lohnten, untersucht zu werden.

In manchen Fällen genügt es, die Anomalie eines vertrauten Phänomens zu entdecken oder darauf aufmerksam gemacht zu werden, um etwas wie zum ersten Mal zu sehen. Wenn man (nicht nur Schülerinnen und Schüler!) auf die oft extrem deutlichen Spiegelungen auf der Karosserie eines PKW’s aufmerksam (gemacht) wird, ist meist das Erstaunen darüber, dass man es nicht schon früher und von selbst in der Deutlichkeit gesehen hat, in der man es jetzt sieht, noch größer als das Erstaunen über das Phänomen selbst.

 

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