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Rätselfoto des Monats Oktober 2020

Wie kommt es zu diesen Verzerrungen?

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Rätselfoto des Monats September 2020

Welche physikalischen Vorgänge führen zu diesen Strukturen?


Erklärung des Rätselfotos des Monats August 2020

Frage: Was passiert hier?

Antwort: Das Foto ist an sich nicht manipuliert, es wird hier nur kopfstehend präsentiert, um das Rätsel auf dem Foto noch etwas zu vertiefen. Dreht man das Foto richtig herum, so erkennt man, dass es sich bei den Bäumen um Reflexionen im Wasser handelt. Indem ein Stein ins Wasser geworfen wurde, machten sich von der dadurch bewirkten Störung der Wasseroberfläche Ringwellen auf den Weg zum Ufer. Das durch die Störung erzeugte Wellenpaket enthält anschaulich gesprochen zahlreiche Wellen, die sich nach dem Ereignis nach Wellenlängen sortieren. Die Wellen mit der größeren Wellenlänge haben eine größere Ausbreitungsgeschwindigkeit und eilen denen mit der jeweils kleineren Wellenlänge voraus. Das gibt dem Ringmuster einen ästhetischen Reiz, der allerdings erst dadurch sichtbar wird, dass das von den umstehenden Bäumen auftreffende Licht den Deformationen der Wasseroberfläche entsprechend reflektiert wird.
In der Mitte sieht man den Reflex eines Baumstamms, dessen quer über das Ringsystem verlaufender Reflex dem Auf- und Ab der Wellen entsprechend als Schlangenlinie erscheint. Der Eindruck der schüsselförmigen Vertiefung des Ringsystems ist eine optische Täuschung aufgrund des umgedrehten Fotos. Denn dadurch wird insbesondere die Perspektive umgekehrt.

 

Vielschichtige Umtriebe im Latte Macchiato

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaften 12 (2018), S. 62 – 63

Manche heißen Flüssigkeitsgemische bilden beim Abkühlen physikalisch interessante Strukturen.

Ein Mathematiker ist eine Maschine,
die Kaffee in Sätze verwandelt.
Alfréd Rényi (1921–1970) Weiterlesen

Die schmale Insel der Behaglichkeit

behaglichkei_rvSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 11 (2016), S. 56 – 58

Erkenntnis und Empfindung
gehen immer Hand in Hand
Friedrich Hebbel (1813–1863) Weiterlesen

Das Rätsel von Mpemba

MpembaSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft  9  (2015), S.40 – 41

Sagt Ihnen Mpemba etwas? Hinter dem fremdartigen Namen steckt das ungewöhnliche Phänomen, dass heißes Wasser unter sonst gleichen Bedingungen schneller gefriert als kaltes. Der »Mpemba-Effekt« scheint der physikalischen Intuition zu widersprechen. Und doch ist es so. Das Phänomen ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung, ohne dass bislang eine allgemein akzeptierte Erklärung verfügbar wäre. Wir diskutieren hier eine Lösung des Problems, in der die größeren Strömungsbewegungen im anfangs heißen Wasser entscheidend dafür ist, dass es schneller gefriert als das kalte.

»Wenn das Wasser vorher erwärmt ist,
dann kühlt es schneller ab.«
Aristoteles (384 – 322 v. Chr.)

PDF: Das Rätsel von Mpemba

Paradoxes Verhalten von Wasser

Gefrorenes-WasserIm Januarius 1788. bemerkte ich…,daß gekochtes Wasser, welches sehr warm in ein kleines Zuckerglas gegossen und mit ungekochtem kalten Wasser zugleich der Kälte ausgesetzt wurde, eher gefror als das letztere (Georg Christoph Lichtenberg 1742-1799).
Lichtenberg war nicht der erste, der das auf den ersten Blick merkwürdige Phänomen beobachtete, dass unter bestimmten Bedingungen heißes Wasser schneller als kaltes gefriert. Schon Aristoteles, Bacon und Descartes berichten davon. 1969 wurde das Phänomen wissenschaftlich aufgegriffen, nachdem es der tanzanische Schüler Erasto Mpemba nochmals beschrieben hatte. Nach ihm wurde der Effekt auch Mpemba-Effekt benannt.
Untersuchungen zeigten, dass der Effekt offenbar auch dann eintritt, wenn man einige Versuchsbedingungen ausschließt. Zum Beispiel kann man dafür sorgen, dass die Menge des heißen Wassers bereits vor dem Gefrieren durch starke Verdunstung nicht unter diejenige des kalten Wassers abnimmt. Auch ist es nicht Voraussetzung für das Gelingen des Experiments, dass das heiße Gefäß den Kühlschrankboden antaut und dadurch einen besseren Wärmekontakt beim Gefrieren herstellt. Weiterlesen

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

„Das Meer wird süß, wenn es gen Himmel steigt“ – Das Wetter aus physikalischer Sicht

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in der Schule 36/12, 416-426 (1998).

„Über dem Atlantik befand sich ein barometrisches Minimum; es wanderte ostwärts, einem über Rußland lagernden Maximum zu, und verriet noch nicht die Neigung, diesem nördlich auszuweichen. Die Isothermen und Isotheren taten ihre Schuldigkeit. Die Lufttemperatur stand in einem ordnungsgemäßen Verhältnis zu mittleren Jahrestemperatur, zur Temperatur des kältesten wie des wärmsten Monats und zur aperiodischen monatlichen Temperaturschwankungen. Der Auf- und Untergang der Sonne, des Mondes, der Lichtwechsel des Mondes, der Venus, des Saturnringes und viele andere bedeutsame Erscheinungen entsprachen ihrer Voraussage in den
astronomischen Jahrbüchern. Der Wasserdampf in der Luft hatte seine höchste Spannkraft, und die Feuchtigkeit der Luft war gering. Mit einem Wort, das das Tatsächliche recht gut bezeichnet, wenn es auch etwas altmodisch ist: Es war ein schöner Augusttag des Jahres 1913“ /1/ Mit diesen Worten beginnt Robert Musil seinen berühmten Roman: Der Mann ohne Eigenschaften. Kann man die Diskrepanz zwischen der unmittelbaren Erfahrung des Wetters und seiner wissenschaftlichen Beschreibung besser zum Ausdruck bringen?

PDF: „Das Meer wird süß, wenn es gen Himmel steigt“ – Das Wetter aus physikalischer Sicht

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