Hier bildet ein Fenster ein gegenüberliegendes zweites Fenster durch spiegelnde Reflexion ab. Allerdings tut es das nicht so wie man es von einer ordentlichen Spiegelung erwarten würde. In den gespiegelten Bruchstücken ist kaum das Abbild eines normalen Fensters zu erkennen. Vielmehr wird es total verzerrt dargestellt, obwohl man dem spiegelnden Fenster keine entsprechenden „Anomalien“ ansieht. Sie sind aber da. Denn es handelt sich um ein doppelt verglastes Fenster, das offenbar geringe Deformationen aufweist, die man allerdings ohne diese Abbildung kaum erkennen würde. Die Deformationen – eine der Scheiben ist nach innen, die andere nach außen gewölbt – kommen dadurch zustande, dass im luftdicht abgeschlossenen Hohlraum zwischen den beiden Scheiben ein Über- oder ein Unterdruck herrscht. Da die Spiegelung an der hinteren Scheibe stets etwas lichtschwächer ist, weil bereits ein Teil des Lichts an der vorderen Scheibe reflektiert wurde, kann man einen Unterschied in der Helligkeit des gespiegelten gegenüberliegenden Fensters erkennen. Demnach fungieren die vorderen Scheiben als Wölbspiegel, die hinteren als Hohlspiegel. Daraus lässt sich wiederum schließen, dass zwischen den beiden Scheiben ein größerer Luftdruck als der natürliche äußere Luftdruck herrscht. Und das setzt voraus, dass zum Zeitpunkt der Herstellung des Fensters ein größerer Außendruck vorhanden war als zum Zeitpunkt dieser Fotografie. Daraus folgt entweder, dass der Herstellungsort tiefer gelegen war als das Fenster (höherer Luftdruck). Oder aber zum Zeitpunkt der Aufnahme herrschte wetterbedingt ein sehr niedriger Luftdruck. Auf diese Weise kann ein Fenster eine ganze Geschichte „erzählen“, man muss nur genau hinhören – pardon: hinschauen.
Habe ich das Bild jetzt physikalisch entzaubert? Sicher nicht, denn die zauberhafte Struktur bleibt erhalten. Vielleicht, so denke ich manchmal, wird sie durch die Beschreibung überhaupt erst bemerkt und dadurch bemerkenswert. Ich spreche in solchen Zusammenhängen gerne von einer Wiederverzauberung…
Ein durch eine Spiralfeder zusammengerollter flacher Papierschlauch wird durch Einblasen von Luft entrollt. Sobald der Luftstrom nachlässt, rollt sich der Schlauch durch die Federkraft wieder auf.
Manche werden die Luftrüssel-Tröte noch aus der Kindheit kennen (Abbildung a). Es handelt sich um eine einfache Flöte, die beim Blasen durch einen mechanischen Zusatzeffekt überrascht: Sobald man bläst, dringt die Luft in einen spiralförmig aufgerollten Papierschlauch ein und entrollt diesen auf eine Länge von circa 20 cm. Das soll bewirken, dass andere Menschen nicht allein akustisch durch das überfallartige Tröten erschreckt werden, sondern zusätzlich durch das unerwartete Vorschnellen des Schlauches.
Dem Mechanismus des Entrollens und Aufrollens liegen zwei gegeneinander wirkende Kräfte zugrunde. Im Ruhezustand sorgt eine an den Kanten des luftleeren und in diesem Zustand flachen Schlauchs eingearbeitete feine elastische Spiralfeder dafür, dass er nur gegen die elastische Kraft dieser Feder entrollt werden kann (Abbildung b). (Die ausgebaute Spiralfeder in Abbildung c). Beim Aufrollen des luftleeren flachen Papierschlauchs legt seine äußere Fläche eine längere Strecke zurück als seine innere. Da das unelastische Papier weder gestreckt noch gestaucht werden kann, wird die innere Fläche durch aufgeworfene kleine Falten im Papier verkürzt, während der äußere Rand weitgehend glatt bleibt.
Beim Aufblasen des Schlauchs werden ähnlich wie bei einem Luftballon durch die raumgreifende Blasluft Kräfte auf die starren Papierwände ausgeübt, sodass die Luft im Schlauch unter zunehmenden Druck gerät.
Infolgedessen dringt die Luft zwischen die durch die Spiralfeder eng zusammengepressten Ober- und Unterseiten, sodass diese gegen den Widerstand der elastischen Federkraft auseinander gedrückt werden. Damit ist zwangsläufig verbunden, dass der Schlauch und die Feder entrollt werden. Was hier langsam beschrieben wurde passiert realiter blitzschnell. Bei völlig abgerolltem Schlauch strömt die weiterhin einströmende Luft nunmehr aus der nunmehr entfalteten Öffnung an dessen Ende.
Das bleibt so, solang der erforderliche Luftdruck durch Weiterblasen aufrechterhalten werden kann.
Die Dauer hängt von der Entscheidung der Spielenden ab und wird letztlich vom Lungenvolumen begrenzt. Sobald der Luftstrom und damit der Luftdruck abnehmen gewinnt die rücktreibende Kraft der Spirale wieder überhand. Der Schlauch schnellt in seine aufgerollte Ruheposition zurück und presst dabei die Luft aus sich heraus.
Wenn man beim Zurückrollen einen kleinen Ball in die Papierschnecke klemmt, so kann man diesen beim nächsten Entrollen auf eine Wurfbahn katapultieren. Ein solcher Ballwurf hat ein Vorbild in der Natur. Das Springkraut wirft auf ähnliche Weise seine Samenkörner weit von sich.
Auch einige Schmetterlinge, etwa das Taubenschwänzchen, können ihren Rüssel je nach Bedarf ausrollen und dadurch verlängern und anschließend platzsparend wieder einrollen (Abbildung 2). Ein langer Rüssel erlaubt es ihnen, auch aus sehr tiefen Blütenkelchen Nektar zu saugen. Da er aber sonst, insbesondere beim Flug, hinderlich wäre, wird er platzsparend spiralförmige eingerollt. Der Schmetterling nutzt allerdings keinen Luftdruck, sondern bestimmte Muskeln, die für das Auf- und Entrollen zuständig sind. Wie der Luftrüssel ist auch der Schmetterlingsrüssel im Ruhezustand aufgerollt, bei entspannten Muskeln.
Wer die Luftrüsseltröte erfunden hat, lässt sich wie bei vielen alten Spielzeugen nicht mehr nachvollziehen.
Ich danke Gerhard Mehler für die Überlassung des Fotos vom Taubenschwänzchen in diesem Beitrag.
Diese Blätter sind das Ergebnis eines Prozesses, der sowohl aus künstlerischer als auch aus physikalischer Perspektive betrachtet werden kann. Er spielt in der modernen Kunst unter dem Begriff der Décalcomanie zum Beispiel in der Malerie von Max Ernst eine wichtige Rolle und stellt im Rahmen der Nichtlinearen Physik ein Beispiel des Viskosen Verästelns zweier Fluide dar – hier der Luft und der Ölfarbe.
Dies ist nur ein Beispiel der Phänomene, mit denen wir uns im Rahmen der heute in Neustadt (Weinstraße) stattfindenden ganztägigen Fortbildung zu Kunst und Physik befassen. Die Welt unter physikalischer oder künstlerischer Perspektive zu sehen, ist das Ergebnis eines mehr oder weniger langwierigen Sozialisierungsprozesses. Als maßgebliche kulturelle Aktivitäten tragen umgekehrt u. A. sowohl die Kunst als auch die Physik auf je spezifische Weise zur Ausbildung des Weltbildes der Menschen eines Kulturkreises bei. Es lassen sich vielfältige Wechselwirkungen auf unterschiedlichen Ebenen beobachten. Sich dies an einschlägigen Beispielen bewusst zu machen, ist eines der wesentlichen Anliegen dieser Fortbildung. Des Weiteren wird gezeigt, wie Künstler von jeher bewusst oder unbewusst physikalisches Wissen bei der Realisierung ihrer Werke ausgenutzt und oft Phänomene dargestellt haben, die die Physik mehr oder weniger stark betreffen. Es wird exemplarisch gezeigt, dass die Kenntnis bereits einiger elementarer physikalischen Zusammenhänge die Wahrnehmung von Kunstwerken vertiefen und das Verständnis für Kunstwerke erweitern kann.
Ausschnitt aus der Fensterfront eines Hochhauses in New York (siehe untere Abbildung)
Ansicht eines der Buildings of the Brookfield Place Complex (New York). Das obige Foto ist ein Ausschnitt daraus.
Doppelglasscheiben haben wir einige schöne Anblicke in Form von Lichtkreuzen in Lichtkreisen zu verdanken. Schaut man sich die deformierten Scheiben an, wenn sie von Licht beleuchtet werden, das von einfach strukturierten Objekten ausgeht, kann es zu interessanten Mustern kommen. Diese lassen Rückschlüsse auf die Art der Verformung der Fensterscheiben zu. Wird eine ganze Fensterfront auf diese Weise beleuchtet, so werden oft ästhetisch ansprechende Reflexionsmuster in den Scheiben hervorgerufen, die als Ganzes wie eine überdimensionale Kunstinstallation wirken (siehe Fotos). Im vorliegenden Fall liegt der wie von künstlerischer Hand gestalteten Fensterfront eine gleichartige von der Sonne angestrahlte Fensterfront als „Mustergeber“ gegenüber. Aufgrund der Deformationen der Doppelglasfenster und damit der Spiegelbilder kommt es zu den charakteristischen Verformungen der gespiegelten Elemente. Ihre Wirkung geht vor allem aus der einfachen quadratischen Form und der Vielzahl ähnlich strukturierter Spiegelbilder hervor. Die Variationen eines nicht festgelegten, aber festlegbaren Urmusters zwingen gewissermaßen den Blick, sich in das Labyrinth zu begeben, das hier vom manipulierten Licht gezeichnet wird. Als Ariadnefaden kann – wer möchte – die zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen aufnehmen, um damit zum Urphänomen zu gelangen. Letztlich landet man dann bei so etwas Profanem wie den individuellen Abweichungen bei der Fertigung der Doppelscheiben. Die große Ähnlichkeit in Gruppen benachbarter Scheiben deutet zudem darauf hin, dass diese Scheiben jeweils aus derselben Produktion stammen und unter gleichen Bedingungen entstanden sind.
Zu Beginn der Neuzeit mutierte das Gemälde zum Fenster. Emile Zola sollte später einmal über diesen Wandel sagen: Jedes Kunstwerk ist wie ein Fenster, das auf die Schöpfung hinaus geöffnet ist. Wenn ich so durch die Straßen einer Stadt flaniere, wird für mich umgekehrt so manches Fenster zum Kunstwerk. So auch die in diesem Foto festgehaltenen Fenster. In einem kräftigen Gelbton variieren sie ein abstraktes Gemälde. Jedenfalls kann man es so sehen. In Wirklichkeit liegt folgende Situation vor: Es ist Abend, das helle Gebäude reflektiert diffus das blaue Himmellicht. Die Fenster können mehr, sie reflektieren spiegelnd das vom oberen Stockwerk eines gegenüber liegenden Gebäudes diffus reflektierte Licht eines farbenprächtigen Sonnenuntergangs. Die abstrakte Strukturierung des realen Geschehens verdankt sich der Doppelverglasung der Fenster. Infolge des Unterschieds zwischen dem Luftdruck innerhalb des von den beiden Scheiben gebildeten Hohlraums und dem der Außenwelt mutieren sie zu leicht konkaven und konvexen Spiegeln. Daher erscheinen die abgebildeten Gegenstände nicht nur von jedem der Scheiben auf eigene Weise deformiert, sondern bringen diese deformierten Abbilder auch noch zur Überlagerung mit dem Ergebnis des im Foto festgehaltenen Gemäldes.
Ein buntes Kaleidoskop von Farben und Formen zeigt sich hier in Gestalt von Fensterscheiben. Obwohl die Fenster dicht beieinanderliegen treten die Reflexe in mehr oder weniger unterschiedlicher Weise auf. Die Reflexe des 1., 3. und 10. Fensters (von oben links nach unten rechts gezählt) stimmen in ihrer Grundstruktur weitgehend überein. Entsprechendes gilt für das 4., 5., und das 8. Fenster; auch das 2. und 7. Fenster könnte man dazurechnen. Ganz aus dem Rahmen fallen das 6. und das 9. Fenster, deren Scheiben kaum eine Struktur zeigen, dafür aber eine weitgehend einheitliche tief blaue Färbung. Gemeinsam ist allen Fenstern, dass sie dem Reflexionsgesetz gemäß das Licht von den gegenüberliegenden indirekten Lichtquellen reflektieren. Das ist im Falle der beiden blauen Fenster der blaue Himmel. In allen anderen Fällen handelt es sich offenbar um Teile von Gebäuden, die der Fensterfront von der Sonne beschienen gegenüber liegen. Anders als man es in den meisten Fällen gewohnt ist, sind die gespiegelten Ansichten aber dermaßen verzerrt, dass sie so gut wie nicht zu erkennen sind. Man kann nur erahnen, dass in einigen Fällen ebenfalls Fenster der Ausgangspunkt für das Licht sind. Der Grund für diese Verzerrungen liegt nicht etwa darin, dass es sich um schlecht gefertigte Fenster handelt. Vielmehr erkennt man an ihnen eindeutig, dass wir es mit doppelt verglasten, also modernen Fenstern zu tun haben. Sie sind aufgrund von Luftdruckunterschieden zwischen dem Innenraum der luftdicht verklebten Scheiben und der Außenwelt leicht nach innen oder außen gewölbt und wirken, wie in einem früheren Beitrag ausführlicher dargestellt, ähnlich wie Hohl- und Wölbspiegel. Im vorliegenden Fall dominiert allerdings nur der Reflex einer der beiden Scheiben. Die Verzerrung und damit die Wölbung der Scheiben ist umso größer, je mehr sich die Stärke des Luftdrucks zwischen dem Innenraum der Doppelglasscheiben zum Zeitpunkt ihrer Herstellung und dem Außendruck bei der fotografischen Aufnahme unterscheidet. Die Ähnlichkeit der Verzerrungen der abgebildeten Scheiben weist darauf hin, dass der gleiche Außendruck geherrscht haben muss, die entsprechenden Scheiben also etwa zur gleichen Zeit hergestellt wurden. Dies gilt vermutlich nicht nur für die Scheiben 4, 5 und 8, sondern auch für die Restlichen. Der Unterschied ist vermutlich dem unterschiedlichen Grad der Strukturiertheit der reflektierten Gebäudeteile zuzuschreiben. Unstrukturierte Teile zeigen auch in der Reflexion keine Struktur, wie insbesondere bei den beiden Scheiben zu erkennen ist, die Ausschnitte des blauen Himmel reflektieren. Bleibt nur noch die Frage, warum die beiden blauen Fenster aus der Reihe tanzen und offenbar über das gegenüberliegende Gebäude „hinwegschauen“. Wie am dunklen Schattenstreifen am oberen Rand dieser Fenster zu erkennen ist, stehen sie „Kipp“ und stellen daher einen anderen Einfallswinkel für das einfallende Licht dar als es bei den übrigen Fenstern der Fall ist. Die Kippstellung von Fenstern führt auch in anderen Zusammenhängen zu überraschenden Phänomenen (z.B. hier und hier, hier). Die abgebildete Fensterfront hat also einiges zu „erzählen“ über – die Art der Fensterverglasung, – den Luftdruckunterschied zwischen Ort und/oder Zeit der Herstellung und ihres jetzigen Aufenthalts und – über das Wetter.
In einer äußerlich normalen Pfütze sah ich dieses Muster aus Blasen. Genau genommen sind es keine idealen Blasen, weil sie aus zwei Teilen bestehen, von denen der größere Teil in die Luft ragt und ein kleinerer ins Wasser. Letzteres muss man gar nicht direkt sehen, man kann es erschließen. Denn um eine halbwegs straffe Blase zu sein, muss das Gas im Innern einen höheren Druck haben als der der äußere Luftdruck. Dadurch wird das Wasser entsprechend eingedellt. Die Blasen vereinigen sich hier in Form eines polygonalen Musters. Am liebsten wäre es ein hexagonale Muster geworden, weil dadurch die kleinste Oberfläche bedeckt worden wäre, was der kleinsten Oberflächenenergie entspricht. Denn die Natur tendiert dazu so viel Energie wie unter den jeweils gegeben Bedingungen möglich an die Umgebung abzugaber. Dazu müssten u. A. die Blasen gleich groß sein. Sind sie aber nicht. Und das hat mit ihrem Ursprung zu tun, die Art und Weise, wie sie aufgeblasen werden. Auf dem Grund der Pfütze lagern vermutlich biologisch aktive Substanzen, wie etwa Algen. Diese geben Gase ab, die meist unbemerkt zur Oberfläche aufsteigen und dort allmählich sichtbare Blasen aufblasen. Die Blasen sind von einem weißen Ring umgeben. Auch das sind Blasen – Miniblasen. Sie sind deshalb weiß, weil sich die von ihnen ausgehendne Lichtstrahlen mischen und kein auflösbares Bild im Auge erzeugen. Ähnlich verhält es sich ja mit den transparenten Eiskristallen, aus denen der Schnee besteht, auch er sieht weiß aus. Die Blasen scheinen einen gewissen Abstand zu den Nachbarn zu bewahren. Das sieht aber nur so aus. Denn die Blasen reichen über den durch die Miniblasen gekennzeichneten Bereich hinaus. Sie werden vom Wasser benetzt, das ein stückweit an ihren Wänden hochgezogen wird. Auf dieser konkaven „Kehle“ hocken die von den großen Blasen angezogenen Miniblasen.
Zu besonders kuriosen Phänomenen kann es kommen, wenn die Blasen unter einer Eisfläche aufsteigen.
Luft ist ein geheimnisvolles Medium. Zwar ist sie allgegenwärtig und wir brauchen sie zum Leben, aber wie sie sich verhält, wenn sie mal nicht steht – wer mag schon stehende Luft – bleibt uns wegen ihrer Unsichtbarkeit weitgehend verborgen. Andererseits kann ich mir nur schwer vorstellen, wie es wäre, wenn man die Luft sehen könnte und sei es auch nur so wie man das weitgehend transparente Wasser sieht.
Wie ich ausgerechnet zu dieser Zeit, da das Wasser in seiner festen Form und weißen Farbe in fast allen Bereichen die volle Aufmerksamkeit auf sich zieht, dazu komme über die Luft zu sinnieren? Ein Blick vor die Tür (jedenfalls zurzeit in unserer Gegend) gibt die Antwort. Die großen Schneemassen sind weit von einer gleichmäßigen Verteilung entfernt. Es gibt Bereiche, da sieht man schneefreien Boden, aber auch solche, an denen der Schnee meterhoch getürmt ist. Diese Schneeverwehungen sind aerodynamische Ausgeburten der bewegten Luft, des Sturms, der in den letzten Tagen den lockeren Schnee seinen mehr oder weniger turbulenten Bewegungen entsprechend dort aufgenommen und hier abgelegt hat.
Großen Einfluss auf die entstehende Struktur der Verwehungen haben Hindernisse, die die Luft kanalisieren – beschleunigen, abbremsen, in verschiedene Ströme aufteilen, in Turbulenzen treiben und das alles unter harten physikalischen Bedingungen, etwas der, die Luftdruckunterschiede den Umständen entsprechend minimal zu halten. Überhaupt sind die Luftbewegungen nichts anderes als Ausgleichsströmungen zwischen Gebieten hohen und niedrigerem Luftdruck, aber das auszuführen würde jetzt zu weit führen.
Wenn dann auch noch die Sonne scheint und die Schatten von Bäumen u.Ä. auf den Schnee fallen, kann man an den Krümmungen die Formen der Schneeverwehungen sehen, die ohne dies wegen der geringen Kontraste kaum und weniger eindrucksvoll zu erkennen wären.
Interessant sind dabei die Blaufärbungen der Schatten und Schattierungen. Das sind die Bereiche, in die das Sonnenlicht kaum oder gar nicht hinkommt und das Licht des blauen Himmels die Oberhand gewinnt.
Wir sitzen in der Küche an unserem runden Tisch, der mit einer glatten Marmorplatte ausgestattet ist, und unterhalten uns (oberes Foto). Plötzlich bleibt mir das Wort im Hals stecken, als sich ein Topfdeckel, den ich aus irgendwelchen Gründen kurz vorher auf den Tisch gelegt hatte, wie von Zauberhand bewegt auf die Tischkante und damit auf den Abgrund zu strebt. Ich höre es schon scheppern und wollte gerade zugreifen, als er leicht über die Tischkante hinausragend von selbst stehen blieb. Im Nachhinein hätte ich mir das auch denken können.
Um es gleich vorweg zu sagen, es war nicht der Einfluss böser Kobolde, die in diesen Rauhtagen und -nächten ihr Unwesen treiben. Die Aufklärung lässt sich zum Glück ganz im Rahmen der herkömmlichen Physik geben. Weiterlesen →
Eigentlich hatte ich mir den Fabre* zugelegt, um mich über die unkonventionellen Forschungen eines frühen Insektenforschers zu informieren. Damit bin ich auch weiterhin beschäftigt. Anders als die klassischen Naturwissenschaften beschreibt Jean-Henri Fabre (1823 – 1915) seine Forschungen mit großer Lebendigkeit, Sprachgewandheit und einer Neigung zu Exkursen. Die nimmt man aber gern in Kauf, weil sie sehr viel vom Umfeld und Lokalkolorit verraten, in dem Fabre zunächst als junger Lehrer und später als Insektenforscher tätig war. Die Beschreibung einer Unterrichtsstunde in Physik zeigt exemplarisch, wie es früher an manchen Schulen zuging und zwar nicht nur in Frankreich.
Eine typische Begebenheit mag aufzeigen, wie es damals um den Unterricht in den Naturwissenschaften bestellt war, denen heute so große Bedeutung beigemessen wird. Der Leiter der Schule war ein ausgezeichneter Mann, der ehrenwerte Abt X … ; da ihm nichts daran gelegen war, die grünen Erbsen und den Speck selbst zu verwalten, hatte er die Verantwortung für die Verpflegung irgendeinem Verwandten übertragen und es selbst übernommen, Physikunterricht zu erteilen. Wir wollen einer seiner Stunden beiwohnen. Es geht um das Barometer. Zum Glück besitzt die Anstalt einen solchen Gegenstand: ein altes, ganz verstaubtes Instrument, das an der Wand hängt, für Unbefugte nicht erreichbar und mit einem Meßblatt versehen ist, auf dem in .großen Lettern die Worte Sturm, Regen, Schönes Wetter zu lesen sind. «Das Barometer», so erklärt der gute Abt und wendet sich dabei an seine Schüler, die er nach Altväterweise duzt, «das Barometer zeigt das gute und das schlechte Wetter an. Hier auf dem Meßblatt steht geschrieben: Sturm, Regen; kannst du das sehen, Bastien?» «Doch, ich sehe es», antwortete Bastien, der Pfiffigste von allen. Er hat sein Buch schon durchgelesen; er kennt sich mit dem Barometer besser aus‘ als sein Lehrer: «Es besteht», fährt der Abt fort, «aus einem gebogenen Glasröhrchen, das mit Quecksilber gefüllt ist, welches steigt oder fällt, je nach dem Wetter, das draußen herrscht. Der kurze Schenkel des Röhrchens ist offen . . . , der andere … , der andere … , na schön, das werden wir gleich haben. Du, Bastien, du bist ja groß, du wirst jetzt auf den Stuhl steigen und vorsichtig mit der Fingerspitze untersuchen, ob der lange Schenkel oben offen oder geschlossen ist. Ich kann mich nicht mehr genau entsinnen.» Bastien klettert auf den Stuhl, reckt sich auf den Zehenspitzen, so gut er kann, und tastet mit dem Finger das obere Ende des Röhrchens ab. Dann antwortet er mit verschmitztem Lächeln unter dem Flaum seines seit kurzem sprießenden Schnurrbarts: «Doch», erklärt er, «das stimmt. Der lange Schenkel ist oben offen. Richtig, ich kann genau die Vertiefung fühlen.» Und um seine trügerischen Worte zu bekräftigen, fährt Bastien fort, mit dem Zeigefinger das obere Ende der Röhre zu befühlen. Seine Mitschüler, Komplizen dieses Schelmenstücks, können ihr Lachen nur mühsam unterdrücken. Der Abt unbeirrt: «Das genügt. Komm herunter, Bastien. Bitte meine Herren, schreiben Sie sich auf, der lange Schenkel des Barometers ist oben offen. Das vergißt man leicht; ich selbst hatte es auch vergessen.» So sah der Physikunterricht aus.*
Das Foto zeigt ein Quecksilberthermometer aus früheren Zeiten. Es hängt bei uns in der Diele.
*Jean-Henri Fabre. Wunder des Lebendigen. Aus der vielfältigen Welt der Insekten. Zürich 1992, S. 58f
Während eines Fluges hoch über den Wolken unter strahlend blauem Himmel wurde ich durch Eiskristalle am Kabinenfenster daran erinnert, dass außen ungemütliche Temperaturen von circa – 50° C und nur noch etwa ein Viertel des Luftdrucks (ca. 250 hPa) auf Meereshöhe (Normaldruck von ca. 1000 hPa) herrschen. Die Flugzeugkabine ist daher eine Art Luftballon, der mit warmer Luft gefüllt ist. Es wird zwar nicht der volle Luftdruck auf der Erdoberfläche im Fahrgastraum des Flugzeugs aufrecht erhalten, sondern nur etwa Dreiviertel (750 hPa) des Normaldrucks. Das entspricht in etwa dem Druck, der in 2500 m Höhe im Hochgebirge herrscht.
Damit die Flugreisenden zumindest visuell mit der Außenwelt Kontakt aufnehmen können, gibt es Flugzeugfenster, die die Differenzen zwischen Innen und Außen so überbrücken, dass der Durchblick weitgehend ungestört bleibt. Ein solches Flugzeugfenster besteht in der Regel aus drei Acrylglascheiben, von denen die innere Scheibe nur dazu da ist, dass die Reisenden nicht mit den beiden extrem kalten äußeren Scheiben in Berührung kommen.
Ein kleines Loch in der mittleren Scheibe sorgt dafür, dass die Druckunterschiede zwischen Kabine und äußerer Scheibe stets ausgeglichen werden können. Der damit verbundene Luftaustausch erfüllt damit außerdem die Funktion, die Ansammlung von Feuchtigkeit zwischen den Scheiben und damit ein die Sicht behinderndes Beschlagen der Scheiben zu verhindern. Damit unterscheiden sich die Flugzeugfenster grundlegend von den mehrfach verglasten Scheiben in Wohnhäusern, die fest versiegelt sind und keinen Luftaustausch mit der Außenwelt ermöglichen.
Aber Ausnahmen bestätigen die Regel. Ab und zu kommt es dann doch dazu, dass Scheiben beschlagen oder sogar Eiskristalle an der äußeren Scheibe entstehen, die meist auf die Nähe des Lochs beschränkt bleiben. Auf dem Foto sieht man den nicht allzu häufig vorkommenden Fall, dass sich die Eisblumen über einen größeren Bereich ausbreiten. Ich habe auf Flugreisen beobachten können, dass die Kristalle während ein und desselben Flugs auch wieder verschwinden können. Da die Kristallbildung nicht an allen Scheiben gleichzeitig auftritt, müssen Besonderheiten in der Nähe des betroffenen Fensters ausschlaggebend sein.
Ein Platz am Flugzeugfenster ist übrigens ein idealer Beobachtungsposten, von dem aus nicht nur großartige Ausblicke aus nicht alltäglicher Perspektive möglich sind, sondern auch Naturphänomene erlebt werden können, die einem normalerweise entgehen.
Schmetterlinge in den Tropen aus der Gruppe Haeterini driften dicht über den Boden mehr als dass sie fliegen „wie Blätter auf einem Fluss“ (Philip DeVries). Dabei nutzen sie den zum Beispiel von Landungen eines Flugzeugs bekannten Bodeneffet aus. Wenn Flugzeuge landen, wird der Luftspalt zwischen Boden und Hinterkante der Flügel immer kleiner. Dadurch wird Luft gestaut, wodurch der Druck wächst und einen größeren aerodynamischen Auftrieb erzeugt. Das Flugzeug driftet dann gewissermaßen auf einem Luftissen, das sich mit ihm mitbewegt. Um diesen Effekt der Energieeinsparung noch zu optimieren, haben die Schmetterlinge verlängerte abgeschrägte Vorderflügel.
Wie in diesem Fall wird die Erklärung natürlicher Vorgänge oft mit Hilfe von einfacher durchschaubaren technischen Vorgängen veranschaulicht. Umgekehrt wird das so der physikalischen Beschreibung zugänglich gemachte Verhalten der Natur als Vorbild für die Verfeinerung entsprechender technische Verfahren herangezogen. Man spricht dann von Bionik oder genauer von Biometrik.
Das Foto zeigt allerdings nur einen Zitronenfalter, der es sich an einer Distelblüte gut gehen lässt.
…oder Lichthund oder welches vierbeinige Tier die Eine oder der Andere auf dem Asphalt zu erblicken vermeint, ist unerheblich angesichts der Tatsache, dass es sich um eine missglückte Projektion eines doppeltverglasten Fensters handelt. Dabei bezieht sich das „missglückt“ weniger auf einen vermeintlichen Willen der Sonne oder des reflektierenden Fensters etwas Sinnvolles auf den Asphalt zu projizieren, als vielmehr auf die perfekte Montage von Doppelglasscheiben in den Fensterrahmen. Weiterlesen →
Aus der Betrachtung dieses Fensters kann man einige Schlussfolgerungen ziehen, die der harmlose Anblick zunächst kaum vermuten lässt. In ihm spiegelt sich – nein, kein symmetrisch gespiegelter Kopf mit Bowler Hut – sondern die Giebelverzierung eines altehrwürdigen Gebäudes. Man sieht die Spiegelung nicht nur einmal, sondern gleich dreimal, sich gegenseitig überlagernd. Das lässt darauf schließen, dass es sich um ein Isolierglasfenster mit drei Scheiben handelt. Und die haben es in sich, vor allem optisch. Weiterlesen →
Während einiger Wochen wurde ich fast jeden Morgen in meinem Arbeitszimmer von einem leisen Knistern zunächst überrascht und – nachdem mir die Ursache des Geräuschs zunächst verborgen blieb – beunruhigt. Die Ursachensuche war insofern schwierig, als das Knistern nur jeweils ganz kurz in unregelmäßigen Abständen über einen Zeitraum von höchstens 30 Minuten verteilt zu hören war und sodann für den Rest des Tages verstummte. Weiterlesen →
Erklärung zum Rätselfoto des Monats Oktober 2017
Frage:Sonne oder Mond?
Antwort: Wenn man nicht auf den Kontext achtet, könnte es sowohl der Mond als auch die Sonne sein. Vom Mond sind die Strukturen nicht zu erkennen, und die Sonne ist bei diesigem Wetter oft so gedimmt, dass sie wie der Mond aussieht. Aber es gibt Hinweise auf die Antwort. Im Vordergrund erscheinen die Blätter eines Baumes in einem roten Licht. Insbesondere die Blätter, deren Seite so zum Betrachter/zur Kamera hin gerichtet ist, dass Einfallswinkel des Sonnenlichts gleich Reflexionswinkel gilt, reflektieren spiegelnd rotes Sonnenlicht. Neben der spiegelnden Reflexion, die an der Oberflächenschicht der Blätter vieler Pflanzen auftritt, reflektieren alle Blätter das auftreffende Sonnenlicht diffus. Genauer: Sie absorbieren im blauen und hellroten Bereich und emittieren das komplementäre Grün. Da ihnen in der Abenddämmerung vorwiegend rot angeboten wird, können sie so gut wie kein Licht mehr aussenden und erscheinen schwarz. Wie man sieht.
Auf eine Flugreise meinte mein Sitznachbar angesichts eine prallen Tüte mit Käsegebäck, dass manche Firmen jetzt schon die Verpackung aufblasen würden, um den Inhalt als mehr erscheinen zu lassen als er wirklich ist. Das ließen sie sich auch etwas kosten, denn dafür seien ja luftdichte Materialien nötig. Um die Beredsamkeit meines Nachbar nicht weiter anzustacheln und auch um nicht besserwisserisch zu erscheinen – dafür habe ich diesen Blog – unterließ ich es, ihm den wahren Grund dieser aufgeblasenen Tüten zu beschreiben. Weiterlesen →
Reife Klatschmohnkapseln erinnern an eine Art überdachten Turm mit einer ringförmig angeordneten Fensterreihe. Als Kinder haben wir in diese kleinen Öffnungen hineingeblasen und dem Spielkameraden eine Minikaskade winziger Samenkörner ins Gesicht gejagt. Erst viel später habe ich mich darüber gewundert, dass die Körnchen ohne direkt angestoßen zu werden in die Luftströmung gelangen und mitgerissen werden. Weiterlesen →
Die reine Lehre der Naturwissenschaft lässt oft keinen Raum für Gefühle und Empfindungen. Das schlägt sich auch in den typischen wissenschaftlichen Beschreibungen nieder. Möchte man Menschen, denen die Naturwissenschaften bislang fremd geblieben sind, einen Zugang zur naturwissenschaftlichen Sehweise, ihren Ergebnissen und Methoden ermöglichen, so sollte man alles tun, die Erlebniswelt dieser Menschen dabei nicht auszublenden. Dem Dichter Johann Peter Hebel (1760 – 1826), ist dies an vielen Beispielen – wie ich meine – mit Erfolg gelungen. In seinem „Schatzkästlein des rheinischen Hausfreundes“ stellt er eine Auswahl aus dem Kalender „Der Rheinländische Hausfreund“ der Jahre 1803 bis 1811 zusammen, in der er „die Natur auch in ihrer wissenschaftlichen Berechenbarkeit (zeigt). Aber er verliert sich nicht in diese Naturauffassung“ (Martin Heidegger). Das soll am Beispiel des Quecksilberbarometers gezeigt werden, das zur Zeit Hebels zu den großen physikalischen Errungenschaften zählte. Darin macht er dem „Hausfreund“ klar, „daß ihm in gläsernen Röhren sichtbar werden kann, was in der unsichtbaren Luft für eine Veränderung vorgeht“ (Johann Peter Hebel). Weiterlesen →
An einem sonnigen Tag tauchen manchmal auf Häuserwänden und Straßen Lichtkreuze auf. Sie entstehen durch die Reflexion des Sonnenlichts an doppelt verglasten Fenstern. Ihre Formen und Farben verraten
einiges über die Fenster.
Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 42/1 (2011), S. 44- 45
Schnell bewegtes Wasser kann harte Geräusche erzeugen,die man einer Flüssigkeit nicht unbedingt zutrauen würde.Mit einem als Wasserhammer bekannten Kunstobjekt und einem einfachen Freihandexperiment kann man dem zugrunde liegenden Phänomen auf den Grund gehen.
H. Joachim Schlichting. In: Physik in unserer Zeit 37/2 (2006) S. 99
„Siehe eine Sanduhr: Da läßt sich nichts durch Rütteln und Schütteln erreichen“, schrieb Christian Morgenstern. So wahr dieser Ausspruchauch sein mag, im Allgemeinen stimmt er nicht. Wenn man eine Sanduhr schüttelt, also beispielsweise rhythmisch auf und ab bewegt, oder ihren unteren Teil erwärmt, so geht sie mit der Zeit nach.
Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik 43/4, 12 (1994).
In einer mit Wasser gefüllten Schale steht oder schwimmt eine Kerze. Ein Glas wird langsam über die Kerze gestülpt. Die Kerzenflamme erlischt allmählich (Bild 1). Schon während die Flamme kleiner wird, beginnt das Wasser im Becherglas zu steigen, und legt nach dem Erlöschen der Flamme noch einen kräftigen Anstieg zu. Mit Hilfe der Kerze gelingt es gewissermaßen, Wasser hochzupumpen. Wir wollen daher kurz von Kerzenpumpe sprechen.
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]).
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.
Antwort: Wenn man nicht auf den Kontext achtet, könnte es sowohl der Mond als auch die Sonne sein. Vom Mond sind die Strukturen nicht zu erkennen, und die Sonne ist bei diesigem Wetter oft so gedimmt, dass sie wie der Mond aussieht. Aber es gibt Hinweise auf die Antwort. Im Vordergrund erscheinen die Blätter eines Baumes in einem roten Licht. Insbesondere die Blätter, deren Seite so zum Betrachter/zur Kamera hin gerichtet ist, dass Einfallswinkel des Sonnenlichts gleich Reflexionswinkel gilt, reflektieren spiegelnd rotes Sonnenlicht. Neben der spiegelnden Reflexion, die an der Oberflächenschicht der Blätter vieler Pflanzen auftritt, reflektieren alle Blätter das auftreffende Sonnenlicht diffus. Genauer: Sie absorbieren im blauen und hellroten Bereich und emittieren das komplementäre Grün. Da ihnen in der Abenddämmerung vorwiegend rot angeboten wird, können sie so gut wie kein Licht mehr aussenden und erscheinen schwarz. Wie man sieht.
Welcher „Künstler“ ist für diese ästhetisch ansprechenden Muster verantwortlich?
Lichtkreuze in Komplementärfarben auf der Straße
An einem sonnigen Tag tauchen manchmal auf Häuserwänden und Straßen Lichtkreuze auf. Sie entstehen durch die Reflexion des Sonnenlichts an doppelt verglasten Fenstern. Ihre Formen und Farben verraten
Die Welt physikalisch gesehen 