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Kondensation

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Rätselfoto des Monats Februar 2020

Warum ist einer der Kondensstreifen rot? Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Dezember 2019

Wie kommt es zu diesem farbigen Kranz um … ja, um was nur? Lichtspiel zum 1. Advent allein lasse ich als Antwort nicht gelten.


Erklärung des Rätselfotos des Monats November 2019

Frage: Wie kommt es zu den Nebelstreifen?
Antwort: Bei dieser Art Kondensstreifen handelt es sich um sogenannte Wirbelschleppen. Sie zeigen sich manchmal kurz nach dem Start oder vor der Landung. Dann nämlich fährt der Jet die Landeklappen aus der Tragfläche (die korrekter als „Auftriebshilfen“ bezeichnet werden sollten), wodurch sich deren Anstellwinkel vergrößert und damit die aerodynamische Auftriebskraft auf eine größere Fläche wirkt. So gelingt das Abheben auch bei verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeiten.
Auf diese Weise entsteht ein enormer Druckunterschied zwischen Ober- und Unterseite der Tragflächen, der an ihren Seiten zu Ausgleichsströmungen von unten nach oben führt. Weil gleichzeitig die Luft von vorn nach hinten strömt, kommt es zu einer zopfartigen Aufwicklung der Strömungsfäden. Und weil der Druck in der Luftströmung stark abnimmt, sinkt die Temperatur schlagartig – nicht anders als bei einem gerade geöffneten Ventils eines Autoreifens. Denn für die mit der Druckabnahme verbundene Ausdehnung benötigt die Luft Energie, die sie aus dem Reservoir ihrer inneren (thermischen) Energie abzapft. Der Vorgang läuft nämlich so schnell ab, dass es zu lange dauern würde, bis durch Wärmeleitung Energie aus der weiteren Umgebung herangeschafft würde. Durch die Abnahme ihrer inneren Energie kühlt sich die Luft lokal stark ab. Und wenn dann auch noch die absolute Wasserdampfkonzentration größer ist als die maximale Wasserdampfkonzentration bei dieser niedrigen Temperatur, kondensiert der überschüssige Wasserdampf zu Wassertröpfchen: Es kommt also zur beobachteten Nebelbildung.
Die Wirbelschleppen unterscheiden sich von den normalen Kondensstreifen auch noch durch einem interessanten Nebeneffekt: Sie treten immer paarweise mit gegenläufigem Drehsinn auf, sodass sich der Gesamtdrehimpuls zu Null summiert.
Nebelfäden über den Tragflächen treten bei genügender Luftfeuchte manchmal auch in voller Reiseflughöhe über die Tragflächen strömend auf. Sie verdanken sich dem starken Druckabfall über den Tragflächen und führen bei den ohnehin schon sehr tiefen Temperaturen die Kondensation überspringend zur Resublimation des Wasserdampfs zu feinen Eiskristallen.

 

Spinnennetze als indirekte Beleuchtung

O sieh das Spinnennetz im Morgensonnenschein,
Wie es vom Tau noch voll kristallner Tropfen hängt!
Im leichten Winde wiegt es seiner Perlen Pracht,
Die in den silbergrauen Maschen hier und dort
So flüchtig sich wie sanft und zierlich eingeschmiegt.
Sieh, so ist alles Glück. So hängt es flüchtig sich
In unsrer Tage schwankendes Gespinst,
Und es erschauert unter seiner köstlichen Last
Des Majaschleiers weltdurchwallendes Geweb*

An manchen Morgen in dieser Zeit, wenn es gerade hell geworden ist, scheint die vertraute Landschaft der Krummhörn verändert. Überall an den Feldrändern, den schilfgesäumten Schloten und Kanälen blitzen hell leuchtende Spinnennetze in den verschiedensten Formen auf. Sie sind nicht erst heute dort, aber sie werden erst jetzt sichtbar, weil die kühlen Nächte für reichlich Tau sorgen, der sich besonders in den Spinnennetzen niederschlägt. Diese Wassertropfen sind so klein, dass sie das Licht wie Nebeltropfen in alle Richtungen streuen und die ansonsten aus verständlichen Gründen nahezu unsichtbaren Spinnennetze zu einer erstaunlichen Sichtbarkeit verhelfen. Sie scheinen aus sich heraus zu leuchten.

 


*Christian Morgenstern (1871 – 1914)

Die schönen Muster des Herbstes

Zu den schönen Mustern des Herbstes zähle ich auch das im Foto dargestellte Gebilde.
Aufgrund der kühlen Herbstnächte kommt es vermehrt zur Taubildung im Gras und anderswo. Als ich vor ein paar Tagen barfuß über den morgendlichen Rasen stapfte, kam dieses einem Miniatur-Kneipp-Gang gleich. Dabei entdeckte ich im Gras Nester mit solchen schönen Tropfenmustern, die es wert waren noch einmal hin und her zu kneippen, um den Fotoapparat zu holen. Weiterlesen

Ein Schauspiel mehrerer Hole-punch Clouds vor dem abendlichen Fenster

Vorgestern Abend  konnte ich vom Fenster meines Arbeitszimmers aus ein seltsames Himmelsschauspiel beobachten. Der Himmel war von einer Altocumulus stratiformis Bewölkung bedeckt und öffnete sich an einer Stelle, wobei eine strähnenförmige Wolke aus dem entstehenden Wolkenloch herauszuströmen schien (oberes Foto). Ich wurde an das bereits früher beobachtete Phänomen, der sogenannten Hole- punch Cloud, erinnert und ich vergewisserte mich bei der Wetterexpertin Claudia Hinz, dass ich mich nicht täuschte. Wie dort bereits beschrieben fällt die bizarre Wolkenformation gewissermaßen aus dem gleichzeitig entstehendem und – wie ich diesmal über eine längere Zeitspanne beobachten konnte – sich vergrößerndem Loch auf die Erde. Sie erreicht diese jedoch nicht, weil die Eiskristalle, aus der sie besteht, vorher sublimieren, also in Wasserdampf übergehen. Weiterlesen

Tropfenvorhänge im Spinnennetz

Hier hat die Spinne sich einiges eingefangen, auf das sie vermutlich keinen großen Wert legt – Tautropfen. Dadurch ist das Netz einigermaßen durcheinander gebracht worden, indem  einige Abschnitte des spiralförmigen Fangfadens* mitbenachbarten „verklebten“ und damit relativ große Durchfluglöcher für potenzielle Beutetiere geschaffen wurden. Für mich ist es allerdings ein richtiger Hingucker: Im Licht der Sonne vor dem frisch grünen Hintergrund sind diese Symmetriebrüche eher eine ästhetische Bereicherung. Weiterlesen

Physik am Flugzeugfenster

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 8 (2019) S. 52 – 53

Doch still, was schimmert
durch das Fenster dort?

William Shakespeare (1564–1616)

Über den Wolken herrschen außerhalb des Flugzeugs dramatisch andere Temperaturen und Drücke als in der Kabine. An den Scheiben, die beide Reiche voneinander trennen, kommt es zu eindrucksvollen optischen und thermodynamischen Phänomenen. Weiterlesen

Geröstetes Brot hinterlässt Feuchtigkeitsspuren

Als ich eine Scheibe heißen, gerösteten Brots auf ein rustikales Brettchen legte und nach kurzer Zeit zur Seite schob, sah ich erstaunt, dass es einen ziemlich feuchten Abdruck hinterlassen hatte.
Merkwürdig. Sollte das der Hitze ausgesetzte Brot nicht vielmehr noch trockener sein als vor dem Rösten?
Physik sei Dank ging alles mit rechten Dingen zu. Bei höherer Temperatur ist die maximale Feuchte (also die Konzentration von Wasserdampf in der Umgebung, die nicht überschritten werden kann, ohne dass der dann überschüssige Dampf kondensiert) größer als bei niedrigerer Temperatur. Weiterlesen

Eisvögel

Was hier wie die stilisierte Skizze von zwei Eisvögeln oder vielleicht nur wie ein abstraktes Schwarz-Weiß-Gemälde aussieht, ist die Eisschicht einer zugefrorenen Wasserpfütze. Die hellen Bereiche künden vom darunterliegenden Hohlraum, der durch das Versickern des Wassers entstanden ist und in dessen feuchter Atmosphäre sich eine Reifschicht unterhalb der zunächst transparenten Eisschicht gebildet hat. An den kleinen Kristallen wird das Licht streut wodurch die Transparenz verschwindet. Lediglich die dunklen Streifen sind gefrorene Wasserwülste über die eine Verbindung mit dem stark gesunkenen Wasserspiegel oder bereits mit dem Erdreich besteht.

Hole punch – Eine aufgeschlitzte Wolke

An einem kalten Wintermorgen entdeckte ich kurz vor Sonnenaufgang in einer flachen Schicht von Altocumuluswolken eine längliche Scharte, die einen Durchblick auf darüber liegende, bereits von der Sonne erhellte blaue Himmelspartien erlaubte. Es sah aus, als wäre ein Wolkenstreifen durch dieses Loch gleichsam hindurch gesackt. Er hing im orangenen Licht der aufgehenden Sonne und wurde seiner luftigeren Konsistenz entsprechend von diesem Licht geradezu durchglüht. Dieser Streifen hatte die typische luftige und strähnige Konsistenz von Cirruswolken (was auf dem Foto allerdings nicht gut zu erkennen ist. Aber wie man – denke ich – sehen kann, liegt dieses Wolkengebilde noch unterhalb der Altocumulusschicht. Ein schönes – aber auch kompliziertes Phänomen, das letztlich auf den Einfluss des Homo Faber zurückgeht. Wer es genauer wissen will, muss sich den folgenden Text ansehen.

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Kalte Fenster – Geburtsstätte für Wassertröpfchen

Als wir in das ausgekühlte Ferienhaus ankommen, können wir uns während des Bemühens die Zimmer warm zu bekommen, zwischenzeitlich schon einmal über ein Kunstwerk freuen (siehe Foto), das in dem Maße auf den Fensterscheiben Gestalt annimmt, wie im Zimmer die Temperatur steigt.
Durch die Tröpfchen hindurch schimmert die Struktur einer aus einzelnen Holundersträuchern bestehenden Hecke, die ihre Blätter verloren haben.
Die Gesamtstruktur dieser Büsche lächelt uns tausendfach kopfstehend in den einzelnen Tropfen entgegen. Denn diese verhalten sich wie kleine Sammellinsen. Sie bilden die Büsche auf unsere Netzhäute ab – kopfstehend. Weiterlesen

Nasses Gras ist mehr als das

tautropfen_fruehling_img_018Über viele Jahre
und unter großen Kosten
reiste ich durch zahlreiche Länder,
sah die hohen Berge,
die Ozeane.
Nur was ich nicht sah,
war der funkelnde Tautropfen
im Gras gleich vor meiner Tür

Rabindranath, Tagore (1861 – 1941)

Reifeis

Blick auf eine dünne Eisschicht einer zugefrorenen Wasserpfütze. Unter der Schicht ist das Wasser inzwischen weggesickert. Im so entstandenen Hohlraum haben sich in der frostigen Nacht Reifkristalle abgesetzt, die je nach der Struktur der Verunreinigungen der Unterseite der Eisschicht zu völlig unterschiedlichen Kristallisationsmustern geführt haben. Sie erinnern eher an eine moderne Grafik als an das Ergebnis natürlicher Vorgänge.

Eisige Kreise

Diese nur wenige Millimeter dicke, nach außen hin glatte Eisschicht bedeckt eine Wasserpfütze. Weil das Wasser teilweise im Boden versickert ist, hat sich ein Hohlraum zwischen Wasseroberfläche und der Unterseite der Eisschicht gebildet. Infolge der Sonneneinstrahlung am Tage kondensiert Wasser an der Unterseite der Eisschicht und läuft zu größeren Tropfen zusammen. Bevor sie herabfallen, gefrieren sie in der Nacht zu Eisnoppen, die hier die Größe einer 2-Euro-Münze angenommen haben. Die übrige Fläche der Unterseite wird durch die Bildung einer dünnen Reifschicht bedeckt, an der das Licht gestreut und infolgedessen der Durchblick getrübt wird.

Herbstschönheit im Tröpfchengewand

Als vor ein paar Tagen die morgendliche Sonne die vertrocknenden und verfaulenden Pflanzen beschien, fiel mein Blick zufällig auf eine kleine Insel im Licht. Eine Wildblume scheint sich hier gegen das allgemeine Klischee des grauen Herbstes zu stemmen, indem sie sich nicht nur mit frischen Blüten schmückt, sondern auch mit den Tautropfen der vergangenen Nacht herausputzt. Weiterlesen

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

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