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Experiment

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Franklins Drachen

Benjamin Franklin (1706 – 1790) war ein amerikanischer Erfinder, Drucker, Verleger, Autor, Physiker und einer der Gründerväter der Vereinigten Staaten. Er hat u. A. den Blitzableiter erfunden als Ergebnis seiner Erforschung von elektrostatischen Entladungen. Ausgangspunkt für seine Aktivitäten war die Feststellung, dass diese eine große Ähnlichkeit mit Blitzen aufweisen. Er schrieb: „Wenn elektrifizierte Wolken über ein Land, hohe Berge, große Bäume, hochaufragende Türme, Kirchtürme, Masten von Schiffen, Schornsteine usw. ziehen, dann ziehen diese das elektrische Feuer auf sich, und die gesamte Wolke entlädt sich dort.“* Um dies zu beweisen, schlug er u. A. ein Experiment vor, bei dem mit einem elektrischen Drachen in einer Gewitterwolke Elektrizität gesammelt werden sollte, um die elektrische Natur der Blitze zu beweisen. Es ist allerdings nicht eindeutig belegbar, ob er wie berichtet dieses Experiment tatsächlich mit seinem Sohn durchgeführt hat. Auf jeden Fall wäre es lebensgefährlich gewesen.
Auf dieses Experiment nimmt der Künstler Isamu Noguchi (1904 – 1988) in einer groß angelegten Ausstellung die kürzlich im Museum Ludwig in Köln zu sehen war mit der hier abgebildeten Installation „Memorial to Benjamin Franklin“ Bezug.
Mir hat insbesondere daran der traditionelle Drachen gefallen, den ich in dieser Form als Kind gebastelt habe. Dabei wurde ich aber stets ermahnt, den Drachen weder bei Gewitter noch in der Nähe von elektrischen Leitungen steigen zu lassen.
Der Künstler hat die „Leine“ an der sein Drachengerüst hängt in der symbolischen Form eines Blitzes gestaltet und damit eine originelle Verbindung des Drachens mit dem Blitz hergestellt.


* „As electrified Clouds pass over a Country, high Hills and high Trees, lofty Towers, Spires, Masts of ships, Chimneys &c. as so many Prominences and Points, draw the Electrical Fire, and the whole Cloud discharges there“. Schreiben Benjamin Franklins an John Mitchell vom 29. April 1749 (Memento vom 15. Dezember 2007 im Internet Archive), hier zitiert nach der digitalen Edition der Benjamin Franklin Papers.

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Kugelblitz – ins Allmähliche und Diskursive entfaltet

Bey dem Blitz geschieht Alles in einem Augenblick; nur die nachherigen Beobachter, welche die Reise zu Fuß machen, bringen das Allmähliche und Diskursive erst hinein.*

Der erste deutsche Experimentalphysiker Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799) stichelt mit diesem Satz auf eine für seinen Humor typische Weise gegen die eigene Zunft. Seine Aussage gilt insbesondere für die moderne Physik, in der mit großem Aufwand über extrem kurze Vorgänge monatelange und ggf. noch längere Untersuchungen durchgeführt und seitenlange Abhandlungen verfasst werden, die sich beispielsweise im Femtosekundenbereich abspielen.
1 Femtosekunde „dauert“ 0,000000000000001 Sekunden (1 fs =10-15 s).

Nebenbei: Ist der Text von Sprache und Geist her nicht sehr modern?

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Was macht die Schönheit der Sonnentaler aus?

Schau diese Sonnentaler. Liebevoll betrachtet er das Lichtspiel. – Ist es die Natur in ihrer Kunstmässigkeit, die ihre Schönheit ausmacht, und ist nicht die Technik ihre notwendige Bedingung? (…) Die kreisrunde Form verdanken sie den gebündelten Strahlen, die, gezwungen durch eine winzige Öffnung im Blattwerk, die Sonne abbilden – nach dem Prinzip der Camera obscura, für die der Physiker zuständig ist. Weiterlesen

Natürliche Aufzeichung von Wellen

Blickt man über ein Gewässer, so ist es oft schwierig, den Wellengang im Wasser zu erkennen. Denn Wasser ist transparent und strukturlos. Aber Wasser reflektiert auch spiegelnd die Umwelt. Sofern diese genügend strukturiert ist, sehen wir auf dem Wasser ein mehr oder weniger detailliertes Muster, das im vorliegenden Fall auch noch durch seinen Farbenreichtum besticht.
Das Muster kommt dadurch zustande, dass die Wellen den unterschiedlichen Reflexionsrichtungen der gekrümmten Oberfläche entsprechend das Licht in unterschiedliche Richtungen schicken, was zu einer neuen Zusammensetzung vorher zumindest stückweise einheitlicher Flächen führt.
Daraus erkennt man zwar, dass das Wasser wellig ist, aber nicht in welcher Weise genau. Dafür das zu erkennen ist in der vorliegenden Situation auch gesorgt. Denn auf dem Wasser spiegeln sich drei vertikale Säulen, deren Reflexe die Wellenform an drei verschiedenen Stellen nachzeichnen.

Man kann also das Foto entweder als eine naturschöner Malerei ansehen oder als eine natürliche Experimentalsituation, die Auskunft über das Wellenverhalten des Gewässers liefert.

 

Bewegungen aus dem Fluge heraus

Eben ruft Tine mich, um mir etwas Merkwürdiges zu zeigen. Sie steht am offnen Fenster und liest ihre Rolle durch – die der Clara in Maria Magdalena, die morgen ist – da fliegt eine Schwalbe vorbei, entleert sich ihres Überflusses und so, daß es mitten ins Zimmer fliegt!*

Ganz so schlimm wie in dieser Tagebuchnotiz von Friedrich Hebbel (1813 – 1863) war es bei uns nicht. Das Fenster war verschlossen und der Schiss war nur auf der Scheibe gelandet – allerdings trotz erheblichen Dachüberstands (siehe Foto). Weiterlesen

Fallen durch Rollen – Fall 4

Wenn alle Körper gleich schnell fallen, dann genügt die Untersuchung eines einzigen Gegenstands um festzustellen, wie schnell etwas fällt. Schon die Erfahrung, daß ein aus größerer Höhe fallendes Objekt gefährlicher ist als eines, das aus niedrigerer Höhe fällt, zeigt, daß die Geschwindigkeit während des Falls zunehmen muß. Die Frage, in welchem Maße sie zunimmt, war zur Zeit Galileis eine große Herausforderung. Denn der freie Fall ist normalerweise mit Geschwindigkeiten verbunden, die jenseits des menschlichen Reaktionsvermögens liegen. Außerdem standen Galilei keine geeigneten Uhren zur Verfügung.
Ein weiterer großer Einfall, der ebenfalls zum Meilenstein für die neuzeitliche Physik und zum weiteren Problemfall für das Lehren und Lernen von Physik werden sollte, kam Galilei in dieser Situation zur Hilfe. Er fand wesentliche quantitative Aussagen zum Fallgesetz durch Kugeln, die er eine schiefe Ebene herunterrollen ließ (siehe Foto). Mit der schiefen Ebene gelingt es ihm den „Fall“ so zu verlangsamen, daß der eigene Pulsschlag oder das ausfließende Wasser einer Wasseruhr ausreicht, die Geschwindigkeitsänderungen pro Zeiteinheit zu messen. Er arbeitet also mit einer Art Zeitlupe, indem er von der physikalisch falschen, für eine qualitative Bestätigung der Erwartung aber brauchbaren Voraussetzung ausgeht, daß das Fallen durch Rollen ersetzt werden könne.
Durch Verkleinerung der Neigung der Ebene schuf Galilei eine Situation, die der virtuellen Verminderung der Stärke der Gravitationskraft gleichkommt. Die schiefe Ebene gehört damit zur großen Ahnenreihe paradigmatischer Geräte: „Die schiefe Fläche des Galilei, der Perpendikel des Huygens, die Quecksilberröhre des Torricelli, die Luftpumpe des Otto Guericke, und das gläserne Prisma des Newton haben uns den Schlüssel zu großen Naturgeheimnissen gegeben“ (Immanuel Kant. Versuch den Begriff der negativen Größen in die Weltweisheit einzuführen 1968).

Foto: Schiefe Ebene des Galileo  Galilei im Museo de storia della scienca in Florenz.

Löwenzahn und ein wenig Physik

Auch vergilbte Blätter sitzen manchmal noch sehr fest an der Pflanze. Wem das nicht klar ist, dem kann es so gehen wie mir. Ich möchte das Blatt von einer Topfblume entfernen und reiße den ganzen Topf von der Fensterbank. Sicherer ist es, wenn man die Restblume mit einer Hand festhält und das Blatt mit der anderen Hand abzieht. Weiterlesen

Maßvoll – Maß leer

massvollEin Trinkgefäß, sobald es leer,
macht keine rechte Freude mehr.

Wilhelm Busch (1832 – 1908) Weiterlesen

Physikalische Spielereien – Aktiv, kreativ, lehrreich

Physikalische SpielereienSchlichting, H. Joachim; Ucke, Christian. In: Weinheim: Wiley-VCH 2016, ISBN-978-3-527-41108-5
ISBN-13: 978-3527409501

Produktbeschreibung
Joachim Schlichting und Christian Ucke zeigen in diesem reich illustrierten Buch: die Physik hat eine spielerische Seite, die man genießen und von der man gleichzeitig viel lernen kann. In einzelnen Kapiteln zu vier großen Themenbereichen der Physik – Mechanik, Thermodynamik, Elektromagnetismus, Optik – stellen sie ungewöhnliche, überraschende, unterhaltsame physikalische Spielereien und Phänomene vor, von Ketten, die sich von selbst zur Fontäne aufbäumen über merkwürdig anschwellende Töne beim Kaffeetrinken bis zu schwebenden Kreiseln und handgemachten Hologrammen. Manche der beobachteten Effekte beruhen auf recht einfachen physikalischen Prinzipien, bei anderen wiederum muss man weiter in die Tiefe gehen, um sie verstehen zu können. Doch alle physikalischen Spielereien haben eins gemeinsam: es macht einfach Spaß, sich mit ihnen zu beschäftigen, und der Aha-Effekt kommt nie zu kurz! Weiterlesen

Können durch Tun – Freihandversuche zwischen Alltag und Physikunterricht

Weinglas-DoppelabbildungFreihandversuche sind nicht nur kostengünstiger Ersatz für klassische Schulversuche, sondern bieten die Möglichkeit eines eigenständigen, handlungsorientierten Zugangs zur physikalischen Beschaffenheit der Alltagswelt. Schwerpunktmäßig anhand von optischen Phänomenen soll mit Bezug auf Phänobjekte des phaeno gezeigt werden, dass man mit vertrauten Gegenständen zu unvertrauten Einsichten kommen kann, zu denen man durch bloßes Nachdenken wohl kaum gelangt wäre.
Der Schwerpunkt liegt auf optischen Phänomenen.

Vortrag gehalten im Science Center Phaeno in Wolfsburg am 9.10. und am 10.10.2015 um 15:30 Uhr

Für das Können gibt es einen Beweis,
das Tun

Marie von Ebner-Eschenbach

Rechtes Bild: Man blickt durch ein wassergefülltes Weinglas auf ein Wohnhaus und erhält eine aufrecht und eine auf dem Kopf stehende Abbildung.

Erkennen heißt Machen – Freihandversuche im Physikunterricht

Clip_143Schlichting, H. Joachim: In: Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 66/6 (2013), S. 365 – 372

Im Alltag der wissenschaftlich-technischen und natürlichen Welt treten oft Phänomene auf, bei denen es durch unterschiedliche Ursachen bedingt zur Dispersion des Lichts kommt. In vielen Fällen sind die Farben jedoch sehr unscheinbar oder nicht ohne Weiteres wahrnehmbar. Es werden anhand von Beispielen qualitative Methoden beschrieben, wie man sie dennoch auf einfache Weise sichtbar machen kann.

Man begreift nur, was man selber machen kann,
und man fasst nur, was man selbst hervorbringen kann.
JOHANN WOLFGANG VON GOETHE

PDF: Ein Sonderdruck (PDF) der Arbeit  kann beim Autor angefordert werden.

Spiel, Physik und Spaß – Physik zum Mitdenken und Nachmachen

Ucke, Christian; Schlichting, H. Joachim. In: Weinheim: Wiley-VCH 2011, ISBN-10: 3527409505
ISBN-13: 978-3527409501

Produktbeschreibung: Auf den ersten Blick überrascht die inhaltliche, methodische und phänomenologische Verschiedenheit der Themen in diesem anregenden Mitmach-Buch, denn die Auswahl reicht von Spielzeugen im klassischen Verständnis über Designobjekte bis zu interessanten Gegenständen und Phänomenen des Alltags. Aber auch die Zugänge zu den Themen sind unterschiedlich! Mal stehen exploratorische und experimentelle Aspekte im Vordergrund, mal theoretische Grundlagen. Immer geht es aber um die Freude am Spiel, denn „Spiel, Physik und Spaß“ will zum Nachdenken und Mitmachen anregen. Für jedes Alter findet sich etwas: Einiges spricht schon Kinder im Vorschulalter an, anderes ist für Schüler, Studenten oder Lehrer von Interesse, wieder anderes werden ältere Leser als Spielzeug aus ihrer Jugendzeit erkennen. Weiterlesen

Vom Zündholz zur zündenden Idee – Freihandversuche mit Streichhölzern und deren Schachteln

Schlichting, H. Joachim. In: Naturwissenschaften im Unterricht – Physik 57, 26-28 (2000).

Zündholz- oder Streichholzschachteln und ihr Inhalt, die Zünd- oder Streichhölzer, gehören zu den selbstverständlichen Gegenständen des täglichen Lebens. Dass sie nicht nur zum Feuer machen geeignet sind, sondern beispielsweise zum Basteln und zum Spielen, weiß nicht nur jedes Kind. Auch Erwachsene erliegen immer wieder dem kreativen Potential dieser  miniaturisierten Bausteine. Es ist als ob die für die kulturelle Entwicklung der Menschheit entscheidende Idee, die die ursprünglich aufwendige Angelegenheit  des Feueranzündens zu einem kinderleichten „Freihandexperiment“ machte, Ableger in Gestalt einer kaum noch zu überschauende Vielfalt von Legespielen, Puzzles [1] und ingeniösen Konstruktionen mit physikalischem Hintergrund  erhalten habe. Aber auch die Verpackung der Hölzer, die Schachteln, haben sich in zahlreichen Varianten als Bausteine, Behälter u.ä. für Freihandversuche bewährt. Aus der Fülle der Beispiele der „abwegigen“ Verwendung von  Streichhölzern und ihren Schachteln seien im folgenden einige physikalisch interessante Versuche herausgegriffen. Dabei wurde die Auswahl nach dem Gesichtspunkt getroffen, einen möglichst repräsentativen Überblick über die  verschiedensten Verwendungsmöglichkeiten zu geben.

PDF: Vom Zündholz zur zündenden Idee – Freihandversuche mit Streichhölzern und deren Schachteln

Fraktale Strukturbildung in (fast) Freihandexperimenten

Farbfraktal014Nordmeier, Volkhard, Schlichting, H. Joachim. In: Deutsche Physikalische Gesellschaft (Hrsg.): Didaktik der Physik. Vorträge der Frühjahrstagung der DPG Duisburg 1995, S. 434 -339 (ISSN 1430- 564X)

Eine große Klasse von Fraktalen entsteht bei Wachstumsprozessen fernab eines Gleichgewichtszustandes. Weiterlesen

Ein einfaches Simulationsmodell zur Demonstration von Kristallwachstum und Gitterfehlern

KristallwachstumWöhlecke, M; Sohn, G.; Schlichting, H.J. In: Praxis der Naturwissenschaften- Physik 15 (1979), S. 16 – 23

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einem Simulationsexperiment zur Demonstration von Kristallwachstum und Gitterfehlern in realen Kristallen. Mit Hilfe eines von Bragg und Nye vorgeschlagenen Blasenverfahrens werden im einzelnen
a) das Wachstum eines zweidimensionalen Kristalls,
b) statistische Fehler,
c ) das Verhalten der Kristalle bei mechanischer Beanspruchung und
d) die Rekristallisation dargestellt und beschrieben.
Dieses Verfahren ist mit einfachen schulischen Geraten durchführbar und liefert u. E. eine Möglichkeit, die Schüler auf anschauliche Weise mit wesentlichen Grundlagen der Kristallphysik, insbesondere einfachen Vorstellungen über Gitterfehler vertraut zu machen.

PDF: Simulation von Kristallwachstum

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