Drehimpuls

Wirbel allenthalben

Ich bin immer wieder von Strukturen begeistert, die in völlig unterschiedlichen Kontexten vorkommen. In diesem Blog habe ich das Thema schon öfter angesprochen und dokumentiert. Trotzdem möchte ich hier noch einmal zwei Wirbel aus völlig anderen Bereichen und von sehr unterschiedlicher Größe zeigen.
Links ein Wirbel, wie man ihn auf einer Seifenblase sehen kann, wenn die dünne Wasserschicht, aus der der Seifenfilm besteht, leicht angeblasen und dadurch verwirbelt wird.
Rechts haben wir ein größeres Wasserbecken als Blickfang etc. in einer Stadt, in dem man Wasser wie im Abfluss einer Badewanne verschwinden sieht, so als wollte es zu guter Letzt noch einen eleganten Kratzfuß hinlegen.

Auf die Spitze getrieben…

Dieses unfassbare Wesen, der Augenblick,
liegt zwischen der Bewegung und der Ruhe
als in keiner Zeit seiend…
Platon, Parmenides 156 e

Die Fotografie liefert uns eine Möglichkeit, zumindest einen Aspekt des Faustischen Wunsches zu realisieren, zu einem Augenblick sagen zu können: „Verbleibe doch,du bist so schön!“ – eine Situation als Bild zu fixieren. Dies ist dann besonders eindrucksvoll, wenn ein Augenblick aus einem schnell ablaufenden Vorgang herausgeschnitten wird, der während der realen Beobachtung gar nicht die Zeit hat, ins wache Bewusstsein zu dringen. Wenn man an einer solchen Performance als Beobachter beteiligt ist, wird einem jedenfalls nicht die komisch wirkende äußerst kurzzeitige Situation auffallen, dass hier der Fahrradfahrer mit dem Vorderrad auf der davon völlig unbeeindruckten Spitze eines Baumes balanciert. Weiterlesen →

Eiskunstlaufen zwischen Physik und Poesie

An Erika erhebt sich kein Haar, an Erika flattert kein Ärmel, an Erika ruht kein Staubkorn sich aus. Ein eisiger Wind ist aufgetreten, und da läuft sie aufs Feld, die Eiskunstläuferin in ihre kurzen Kleidchen und den weißen Schlittschuhen. Die glatte Fläche von allen reicht von einem Horizont zum anderen und weiter! Sirren auf Eis! Die Organisatoren der Veranstaltung haben das richtige Tonband verlegt, so daß diesmal keine Musicalpotpourris ertönen, und das unbegleitete Flirren der Stahlkufen wird immer mehr zu metallisch-tödlichem Schaben, ein kurzes Aufblitzen, ein für alle unverständliches Morsezeichen am Rande der Zeit.  Weiterlesen →

Physik des Karussellkreisels – Doppeltes Drehspiel

Christian Ucke, Hans Joachim Schlichting. Physik in unser Zeit 51/3 (2020). S. 138-140

Kreisel müssen nicht unbedingt mit der Spitze auf einer festen Unterlage rotieren. Im hier vorgestellten Spielzeug bringen zwei hängende Kreisel durch eine raffinierte Reibungskopplung eine drehbar gelagerte Stange in Rotation, indem diese Drehimpuls von den Kreiseln übernimmt.

Der in der Abbildung 1  gezeigte Karussellkreisel besteht aus einem Ständer mit einer konkaven Einbuchtung oben, einer Haltestange sowie zwei daran angehängten Kreiseln. Die klassischen, per Hand anzudrehenden Holzkreisel enthalten in der Achse einen dünnen, zylindrischen Magneten, dessen ebene Stirnfläche mit dem Kreiselstiel oben abschließt. Die Haltestange hat mittig einen kurzen Stift mit einer kleinen Stahlkugel von ungefähr 2 mm Durchmesser am Ende, der in der konkaven Einbuchtung frei drehbar lagert. 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 konstruktiven Rolle des Fallens

Als ich in einer Dünenlandschaft Sandrippel fotografierte, fiel mir eine runde Objektivschutzkappe aus der Hand und machte sich rollend davon (zum Vergrößern auf Bild klicken). Angetrieben durch den über die Dünen streichenden Wind rollte sie über den welligen Untergrund der Sandrippel und hinterließ eine interessante Spur. Vor die blitzschnell zu entscheidende Alternative gestellt, die Spur zu fotografieren und möglicherweise der Kappe verlustig zu gehen oder die Verfolgung sofort zu starten, entschied ich mich für ersteres. Weiterlesen →

Physik mit dem Fingerkreisel Fidget

Ucke, Christian; Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 48/6 (2017) S. 293 – 295

Der kürzlich in Mode gekommene Fingerkreisel Fidget erlaubt ein selten unmittelbares Erfühlen von Kreisel­kräften. Darüber hinaus lassen sich einige Experimente zur Kreiselphysik machen. Weiterlesen →

Ein irritierend rotierender Globus

Ucke, Christian; Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 42/5 (2017), S. 246 – 250

Ein auf einem feststehenden Dreibein befindlicher Globus dreht sich lautlos und scheinbar ohne äußere Energiezufuhr. Dahinter steckt eine ingeniöse Kombination von Hightech- Materialien und Geräten mit bekannten mechanischen und optischen Effekten, die sich erst nach und nach erschließt. Weiterlesen →

Grenzenloses Vertrauen zur Drehimpulserhaltung

Ein ruhender Gegenstand wird oft als Inbegriff von Stabilität angesehen. Ein Stuhl mit vier Beinen steht unverrückbar auf dem Boden. Erst wenn Bewegung ins Spiel kommt, wenn man beispielsweise mit dem Stuhl kippelt, wird die Situation instabil und es kann zu spektakulären Um- bzw. Unfällen kommen.
Es kann aber auch umgekehrt sein, nämlich dass ein bewegter Gegenstand stabiler gegen solche Umfälle ist als ein ruhender. Eindrucksvolle Beispiele dafür sind der Kreisel und das Fahrrad. Beim Kreisel ist es die Drehimpulserhaltung, die den rotierenden Kreisel daran hindert, einfach so umzufallen, wie er es täte, wenn er in Ruhe wäre. Beim Fahrrad hält sich hartnäckig das Gerücht, dass auch hier die Drehimpulserhaltung (der rotierenden Räder) entscheidend ist. Sie spielt allerdings nur eine untergeordnete Rolle. Wichtiger ist der Einfluss der Trägheit (genau genommen ist auch das „Ausweichen“ des Kreisels ein Trägheitseffekt, aber der ist hier nicht gemeint.). Unter Trägheit verstehen wir die in vielen Situationen anzutreffenden Eigenschaft von Gegenständen, im Zustand der Ruhe oder geradlinig gleichförmigen Bewegung zu verharren, solange keine äußere Einwirkung erfolgt. Wenn ein Ball in Ruhe ist, so muss ich eine Kraft aufwenden, ihn in Bewegung zu setzen. Wenn es dann aber in Bewegung ist, „möchte“ er auch in Bewegung bleiben und wenn ich ihn fange und damit wieder zur Ruhe bringe, muss ich abermals Kraft aufwenden, um ihn zu bremsen. Weiterlesen →

Manchmal hilft nur Trägheit

Schlichting, H. Joachim, Ucke, Christian: In: Physik in unerer Zeit 44/5 (2013), S. 240-242

Was auf den ersten Blick wie ein simples Geduldsspiel erscheint, ist in Wirklichkeit ein raffiniertes physikalisches Spielzeug: die Kugelwippe. Was mit Geduld nur sehr schwer zu erreichen ist, gelingt mit einem physikalischen Trick.

PDF: Kann beim Autor angefordert werden.

Der einfachste Elektromotor der Welt

Schlichting, H. Joachim; Ucke, Christian. In: Physik in unserer Zeit
35/6, 272-273 (2004).

Hängt man einen Zylindermagnet und eine Schraube an den einen Pol einer Batterie und verbindet den anderen Pol leitend mit dem Magneten, so gerät dieser in schnelle Rotation. So entsteht wohl der einfachste und am schnellsten herstellbare Elektromotor.

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

Der gebremste Fall – eine physikalische Entzauberung

Schlichting, H. Joachim. In: Erschienen in: Physik in der Schule 31/10, 342, (1993)

Was passiert, wenn man ein Schlüsselbund in der im Bild dargestellten Weise an einem über einen Stab gelegten Faden hält, und dann losläßt?
Die übliche Erwartung ist, dass das Schlüsselbund zu Boden fällt. Dabei wird unterstellt, dass der Einfluß des im Vergleich zum Schlüsselbund leichten Streichholzheftchens zu vernachlässigen ist.

Der Gebremste Fall