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Kondensation

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Tropfen bilden (ab)

tropfen_eichenblatt_img_326Die Natur wiederholt ewig
in weitere Ausdehnung
denselben Gedanken;
darum ist der Tropfen
ein Bild des Meeres.

Friedrich Hebbel (1813 – 1863) Weiterlesen

Wenn sich der weiße Nebel lichtet…

Wenn-sich-der-Nebel-lichtetAuf den ersten Blick mag der Gegensatz zwischen moderner Energietechnik und natürlicher Nebelbildung ins Auge fallen. Doch der Zusammenhang zwischen den Windsystemen, aus denen die Windkraftanlagen gespeist werden und der Kondensation von Wasserdampf, der sich hier als Nebel niedergeschlagen hat, ist tiefgreifender als es auf den ersten Blick zu sein scheint. Denn die Windsysteme werden letztlich dadurch angetrieben, dass von der Sonne erwärmte Luft mitsamt dem Wasserdampf von der Erdoberfläche aufsteigt und durch absinkende kalte ersetzt wird.

Multiplizierte Durchsicht – kopfstehend

tropfenstreifen_rvAuf den beschlagenen Fensterscheiben verdichtete sich die Feuchtigkeit hier und da zu Wassertropfen, die beim Hinuntergleiten dunklere, duchsichtigere Spuren hinterließen. Durch einen dieser Guckstreifen sah Sperber, dass sich die Lippen des alten Mannes bewegten.

Anne Weber. Tal der Herrlichkeiten. Frankfurt 2012 Weiterlesen

Die Nadelarbeit des Winters

raureif_nadeln_dsc07825brvSelbst die vom letzten Jahr übriggebliebenen, vertrockneten Blätter einer Buche erstrahlen in neuem Glanz, wenn der Winter sie mit feinen Eisnadeln schmückt. Diese filigranen und gegen Berührung sehr sensiblen Kunstwerke der Natur entstehen zum einen dann, wenn die Temperatur einige Grade unter Null liegt und die Wasserdampfkonzentration sehr hoch ist (relative Feuchte über 90%). Weiterlesen

Hat sich die Luft zu weit ausgedehnt?

trockeneis_img_4761_rv»Die Luft hat sich zu weit ausgedehnt, darum wird sie nie ein Saphir.«

Friedrich Hebbel (1813 – 1863) Weiterlesen

Gespinste als Lichtfänger

Weihnachtsbaum_DSC03110arvWar hier ein Verpackungskünstler am Werk? Oder haben fleißige Spinnen ihren Weihnachtsbaum schon geschmückt?
Die Urheber dieser Gespinste, die Spinnen, werden weder an das eine noch an das andere gedacht haben, sondern an Insekten, die sie in diesem ansonsten unsichtbaren Netzwerk zu fangen gedenken. Nach einer kühlen und feuchten Herbstnacht, haben sich Tautropfen an den Spinnfäden niedergeschlagen, an denen seinerseits das Licht gestreut wird und die Fäden auf diese Weise sichtbar macht: Weiterlesen

Rätselfoto des Monats November 2016

130_tropfen_rvFrage: Wie kommt es zu dieser künstlerisch anmutenden Struktur?

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Erklärung des Rätselfotos des Monats Oktober 2016

Frage eines Kindes: Warum hebt er nicht ab?

Antwort: Keine dumme Frage, denn das Kind weiß, dass wenn es seinen Ballon loslässt, dieser sich unwiederbringlich in die Luft erhebt. Aber eine kleine, sehr grobe Überschlagsrechnung zeigt, dass die Befürchtung des Kindes völlig unberechtigt ist.
Man kann leicht abschätzen, ob die Bedenken des Kindes berechtigt sind. Ein Latexballon mit 30 cm Durchmesser hat ein Volumen von etwa 14 Liter. Ein Liter Luft wiegt 1,2 g. Ersetzt man die Luft durch Helium, das 0,18 g pro Liter wiegt, so ist der Ballon pro Liter ungefähr 1 g, also insgesamt 14 g leichter. Da die Latexhülle etwa 4 g wiegt, so ergibt sich eine Tragkraft von 10 g. Wenn man also 1/10 einer Tafel Schokolade (100 g) dranhängt, würde der Ballon in etwa schwerelos sein. Um genügend schnell aufsteigen zu können, darf man nur einige Gramm (vielleicht 3 Gramm) weniger dranhängen. Es bliebe eine Tragkraft von 7 g. Ein Mensch mit einer Masse von 70 kg würde erst aufsteigen, wenn er an einer Traube von 10000 Ballons hinge.
Das ist viel, wie man sich an der Größe der Traube klarmachen kann, die sich ergäbe, wenn man die kugelförmigen Latexballons kugelförmig zusammenbände, was natürlich nur näherungsweise gelänge, hier aber angenommen wird, um eine einfache Abschätzung machen zu können.
Das Volumen der großen Kugel wäre 10000 mal so groß wie das eines einzelnen Ballons, wenn man davon ausginge, dass die Kugeln ohne Zwischenraum aneinander lägen. Aber das ist nicht realisierbar. Man schafft es höchstens, die Kugeln bei kleinstmöglichen Zwischenräumen aneinanderzupacken. Das wäre – wenn ich mich nicht verrechnet habe – bei einer „unendlichen“ Kugelpackung des Raumes mit einem Füllgrad von 74% möglich. So käme man auf einen Kugeldurchmesser von 7,14 m; in Wirklichkeit wäre es also noch mehr.
Bei Folienballons – mit solchen haben wir es auf dem Foto zu tun – ist die Situation noch ungünstiger. Da der Ballon bei etwa gleichem Volumen ca. 10 g wiegt, würde der Rest kaum noch für eine Nutzlast reichen. Daher reicht ein relativ kleine Masse, um die Ballontraube am Abheben zu hindern. Man gibt meist noch etwas Masse hinzu, um auch gegen normale Windböen gewappnet zu sein.

 

 

Ein trockenes Loch im Tröpfchenbelag

visualisierung_luftstrom_dsWenn ich in der kalten Jahreszeit in den ausgekühlten Wintergarten gehe und die Tür zur warmen Wohnung geöffnet lasse, finde ich nach kurzer Zeit den im Foto dargestellten Anblick vor. Die Fenster sind beschlagen. Nur eine kleine Öffnung erlaubt einen ungetrübten Durchblick. Weiterlesen

Räteselfoto des Monats März 2016

Rauringe_KondensstreifenEin Flugzeug bläst Rauchringe. Wie kommt es zu diesen Deformationen der Kondensstreifen?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Wellenförmige Eiskante

Kondensstreifen mit Nebensonne

Nebensonne-im-KondensstreifKondensstreifen entstehen durch Kondensation oder Kristallisation von Wasserdampf in den Abgasen von Flugzeugen der auf diese Weise sichtbar wird. Denn an den Wassertröpfchen bzw. Eiskristallen wird das Sonnenlicht gestreut und dadurch auch in unsere Augen abgelenkt, wodurch wir die Streifen als wolkenartige Gebilde wahrnehmen. Kondensstreifen sind genau genommen nichts anderes als langgezogene Wolken und verhalten sich im negativen wie im positiven Sinne so. Weiterlesen

Kondensstreifen tragen zur Erderwärmung bei

Schöne-Kondensstreifen2Unter bestimmten meteorologischen Bedingungen hinterlassen Flugzeuge Kondensstreifen. Das was man als weiße oder bei Sonnenauf- und –untergang gelb bis rötliche Spuren am Himmel sieht, sind vor allem Wassertröpfchen und Eiskristalle, die durch Kondensation und Kristallisation (Resublimation) des Wasserdampfes in den Abgasen entstanden sind. Das klingt harmlos, weil dadurch die anderen klimaschädlichen Bestandteile der Abgase, wie sie auch bei anderen Verbrennungsvorgängen entstehen, aus den Blick geraten. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats November 2015

118_Clevere-Spinne-November

Was ist physikalisch interessant an diesem Spinnennetz?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Bewegte Farben

 

Mit einem Purzelbaum auf die Welt kommen

Popcorn

In: Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft  5  (2015), S.46 – 47

Wenn sich Maiskörner bei hohen Temperaturen auf einen Schlag in Popcorn verwandeln, kann nur noch eine High-Speed-Kamera das Geschehen erfassen.

»Hier finden die Metamorphosen,
die dem Ovid so am Herzen lagen,
ein weiteres Betätigungsfeld.«
Michel Onfray (geb. 1959)

PDF: Mit einem Purzelbaum auf die Welt kommen

Rätselfoto des Monats April 2015

111_Halo_kondensstreifen_scWelche physikalisch interessanten Phänomene sind zu sehen?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Stall-in-Flammen

Tropfen an Härchen

Tropfen an Grashalmen

Die Stängl sind mit rauen, kurzen Härchen bedeckt…
und die Wassertropfen sind an ihnen hängen geblieben.
Virginia Woolf

 

Rätselfoto des Monats Juli 2014

102_Farbige Tropfen am FlugzeugfenserEin Blick durch ein Flugzeugfenster. Welche physikalischen Vorgänge haben hier Spuren hinterlassen?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Kugeltropfen_hydrophil_hydrophob

Am Gras ein Gala=Thau

Gala-Thau

Am Gras
ein
Gala=Thau
Arno Schmidt

Rätselfoto des Monats Mai 2014

100_Nebelbildung am PropellerWoher stammen die Streifen im Bereich des Propellers?

Erklärung des Rätselfotos des Monats April: Umkehrspiegel fürs Badezimmer

Bilderflut im Spinnennetz

Tau-im-Spinnennetz1aManchmal gab es morgens einen Nebelschleier…, einen weißen Dunst, der von der Erde aufstieg. Wo er auf die Sonne vom Himmel traf, hingen die Tautropfen in den Spinnennetzen, mit krummen, umgekehrten Spiegelbildern der weißen Bäume und des feuchten Grases und des eigenen Gesichts. Als würden bei der Begegnung zwischen dem Wasser von der Erde und dem Feuer vom Himmel kleine, kugelförmige Unversen geboren. Und irgendwo in der wortlosen Schönheit dieser krummen Spiegelwelten konnte man sich wegen des Bürstenschnitts wiedererkennen.

Peter; Hoeg. Der Plan von der Abschaffung des Dunkels; Reinbek 1998

Lass knacken!

SchlichtiLass-knackenng, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 3 (2014), S. 42-43

Ob in knackenden Gelenken, Reagenzgläsern oder Heizungsrohren: Flüssigkeiten können durch geräuschvoll implodierende Gasbläschen auf sich aufmerksam machen.

»Ach, bitte doch, knacke nicht mit den Fingern,
ich kann das nicht ausstehen«, sagte sie.
Leo N. Tolstoi (1828 – 1910)

PDF: Lass knacken

Verräterische Tröpfchenmuster

Tropfen an FensterSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 44/11 (2013), S. 52 – 53

Auf welchen Wegen fließt Luft an Fenstern entlang? Das lässt sich herausfinden, indem man die Tröpfchenmuster auf einer beschlagenen Scheibe analysiert.

Unentwegt lösten sich Wassertropfen
an der beschlagenen Fensterscheibe;
wie langsam sich verzweigende Blitze
leuchteten die klaren Farben des Wintertags in ihren Bahnen auf, ein zähes Durchdringen der Wirklichkeit.
Thomas Lehr (*1957)

PDF: Verrräterische Tröpfchenmuster

Wolken – wie mit dem Messer geschnitten: Hole punch

WolkenlöcherSchlichting, H. Joachim: Wolken – wie mit dem Messer geschnitten. In: Spektrum der Wissenschaften 44/7 (2013) 56 – 57

Ein Flugzeug, das durch Wolken aus unterkühlten Tröpfchen fliegt, kann eine Kettenreaktion an Kristallisationsprozessen auslösen. Es entsteht ein „hole punch“.

Es ist einfach genug: ein Problem entsteht dort, wo ein Loch ist,
im Verständnis, in der Begründung, im Erinnern.
Schwieriger indes: das Geheimnis solcher Leere zu durchdringen,
ohne den gestörten Zusammenhang erst recht zu durchlöchern.
Christiaan L. Hart Nibbrig (*1944)

PDF: Wolken – wie mit dem Messer geschnitten

Heiße Physik in der Sauna

Schlichting, H. Joachim. In: Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 66/4 (2013) 196-200Sauna

Über die physikalischen Vorgänge in der Sauna und ihre Wirkungen auf ihre Insassen herrschen erfahrungsgemäß sowohl bei Laien als auch bei Studierenden der Physik oft unangemessene und teilweise abwegige Vorstellungen. Dies wird zum Anlass genommen, wesentliche Aspekte der erstaunlichen thermodynamischen Abläufe beim Saunagang qualitativ und auf elementare Weise quantitativ zu beschreiben.

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

Impulserhaltung beim Putt-putt-Boot

DSCF3465rvDas Putt-putt-Boot saugt Wasser und stößt es wieder aus. Warum sollte es sich dann von der Stelle bewegen? Eine verbreitete Antwort besteht darin, dass die unterschiedliche Form der Wasserjets beim Ausstoßen und Einsaugen einen unterschiedlich starken Impuls übertragen würden. In einem kürzlich erschienenen Artikel haben wir im Anschluss an Publikationen von Alejandro Jenkins darauf hingewiesen, dass aus ganz anderen Gründen in der Phase des Einsaugens kaum Impuls auf das Boot übertragen wird. Dazu gab es einen Leserbrief und unsere Antwort, die im folgenden PDF-Dokument eingesehen werden können.

PDF:  Antrieb des Putt-putt-Bootes

Grenzen des Wachstums

Clip_130Schlichting, H. Joachim: Spektrum der Wissenschaft 44/1 (2013), S. 68-69

Die Tröpfchenverteilung auf beschlagenen Glasscheiben ist immer noch für eine Überraschung gut.

Unentwegt lösten sich Wassertropfen
an der beschlagenen Fensterscheibe;
wie langsam sich verzweigende Blitze leuchteten
die klaren Farben des Wintertags in ihren Bahnen auf,
ein zähes Durchdringen der Wirklichkeit.
Thomas Lehr (geboren 1957)

PDF: Grenzen des Wachstums

Warum wir in der Sauna überleben

H. Joachim Schlichting. In: Spektrum der Wissenschaft 43/11 (2012),
S. 74-75

Schweiß kühlt. Doch genau dann, wenn er uns in der Sauna in wahren Sturzbächen am Körper herabströmt, erhitzt sich in Wahrheit der Körper.

Denn es wäre ein Fluidum möglich,
das alle hinzudringende Wärme
durch Verdampfung verlöre.
Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799)

http://www.spektrum.de/alias/schlichting/warum-wir-in-der-sauna-ueberleben/1165736

Fährtensuche am Himmel

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/4 (2010), S.32

Von Kondensstreifen, Nebelfäden und Wirbelschleppen: warum nicht nur heiße Abgase kalte Spuren hinterlassen

http://www.spektrum.de/alias/schlichting/faehrtensucheam-himmel/1023398

’ne Perl in jeder Primel Ohr

Schlichting, 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)

Des Raureifs Glanz im Sonnenlicht

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 37/6 (2006) 295

Es ist erstaunlich, wie die Natur Ränder und Begrenzungen auf unterschiedliche Weise hervorzuheben vermag. Im Winter können wir wieder verfolgen, wie Raureif und Eisnadeln die Ränder von Blättern verzieren. Wie kommt es zu diesem Effekt?

PDF: Des Raureifs Glanz im Sonnenlicht

Wenn alles auf einen Punkt zuläuft

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 35/4, 193 (2004).

Häufig sieht man Kondensstreifen von Flugzeugen, die alle in dieselbe Himmelsrichtung verlaufen und am Horizont scheinbar zusammenkommen (Abbildung 1). Diese künstlichen Wolken geben einerseits Hinweise auf die meteorologischen Bedingungen in großen Höhen. Andererseits lässt sich einfach abschätzen, in welcher Höhe die Flugzeuge fliegen.

PDF: Wenn alles auf einen Punkt zuläuft

Der Kaffeekugelschreiber oder das Liebesthermometer

Ucke, Christian; Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 26/4, 192-193 (1995).

Auch Temperamentsmesser oder gar baromètre d’amour wird dieses Spielzeug genannt. Jedoch weder Temperament noch Temperatur können damit bestimmt werden.

PDF: Der Kaffeekugelschreiber oder das Liebesthermometer

Der trinkende Storch – eine Verdunstungskraftmaschine

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik 41/2, 22 (1992).

Vor uns steht ein zauberhafter schwarzer Vogel mit langem Hals und rotem Kopf der Spezies technischer Spielzeuge [1 – 8]. Bevor wir uns daranmachen, ihm physikalisch zu Leibe zu rücken und sein Verhalten dadurch zu „entzaubern“, wollen wir ihn einige Zeit in Aktion erleben…

PDF: Der trinkende Storch – eine Verdunstungskraftmaschine

Implodierende Getränkedose

Schlichting, H. Joachim. In: Naturwissenschaften im Unterricht – Physik 39/10, 18 (1991).

Wie kann man eine entleerte Getränkedose ohne Gewaltanwendung zermalmen? Eine Möglichkeit besteht darin, daß sich ein Schüler mit einem Fuß auf die (aufrecht stehende Dose ) stellt. (Er darf sich dabei z.B. an der Wand abstützen. Die Dose erweist sich normalerweise als so stabil, daß sie unter dieser Belastung ganz bleibt. Es genügt aber, wenn ein zweiter Schüler z.B. mit einem Lineal leicht gegen die seitliche Wandung der Dose drückt und dadurch eine kleine Einbeulung hervorruft. Es kommt augenblicklich zur Katastrophe: Die Dose wird unter dem Gewicht des Schülers „förmlich“ plattgedrückt (siehe [1]).

PDF: Implodierende Getränkedose

Physikalische Phänomene am Dampf-Jet-Boot

Schlichting, H. Joachim; Rodewald, Bernd. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik 39/8, 19 (1990).

Die Renaissance der Blechspielzeuge hat auch ein kleines Spielzeugboot wieder verfügbar gemacht das besonders in der Nachkriegszeit weit verbreitet war. Dieses – von uns so genannte – Dampf-Jet-Boot, zuweilen auch mit Putt-putt-Boot bezeichnet, erweist sich als äußerst interessant für den Physikunterricht…

PDF: Physikalische Phänomene am Dampf-Jet-Boot

Wenn Luft Druck macht… Freihandversuche zum Thema: Luftdruck

Schlichting, H. Joachim. Naturwissenschaften im Unterricht– Physik 38/5, 39 (1990).

Die im folgenden beschriebenen Versuche sind nicht neu. Ich habe sie zum Teil selbst irgendwann einmal vor allem in älterer Literatur zum Thema Freihandversuche gefunden. Dennoch kann ihre Zusammenstellung für den einen oder anderen hilfreich sein und als Quelle zur Auflockerung des
Unterrichts dienen. Um die Nähe zur lebensweltlichen Erfahrung aufrechtzuerhalten, habe ich meine Diktion erlebnisbetont gehalten.

PDF: Wenn Luft Druck macht… Freihandversuche zum Thema: Luftdruck