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Schneeflocken – geheimnisvolle Schönheiten des Winters

Schlichting, H. Joachim. Naturwissenschaften im Unterricht Physik 159/160 (2017) S. 36 – 37

Wie man bereits aus einem alten Kinderlied weiß, kommen die Schneeflocken aus den Wolken und haben einen langen Weg hinter sich. Ihre Entstehungs- bzw. Lebensspanne ist im Wesentlichen auf diesen Fall aus den Wolken beschränkt. Wer sie mit der behandschuhten Hand auffängt, kann dabei die Entdeckung machen, dass keine Flocke der anderen gleicht. Aber in ihrer Vielfalt haben alle Flocken eines gemeinsam: eine sechseckige Grundstruktur. Sehr selten findet man 3- oder 12-zählige Kristalle; aber niemals 4- oder 8-zählige. Weiterlesen

Katastrophales Rauschen im Walde

Nach mehreren Tagen mit Dauerregen nutzte ich die erste Gelegenheit, in der der Wasserstrom von oben als feines Nieseln seinem Ende entgegen zu gehen scheint, um eine kleine Wanderung zu unternehmen. Als ich den Wald betrete, fühle ich mich unter dem Blätterdach zunächst ziemlich geschützt, weil die Bäume den Nieselregen weitgehend auffangen. Doch plötzlich setzt ein anschwellendes Rauschen ein, das sich zunächst nur akustisch äußert und an eine Windböe erinnert, dann aber zu einem wahren Sturzbach eskaliert, der mit einem Wolkenbruch mithalten könnte. Es hört allerdings genauso plötzlich wieder auf und lässt mich wie einen begossenen Pudel zurück. Weiterlesen

Das rettende Netz

schneegriesel_dsc08637rvNach einigen Tagen mit Temperaturen über 0 °C, zieht wieder kältere Luft ein. In ihrem monochromen Grau in Grau sieht die Welt sehr schneeträchtig aus. Einige Schneegriesel schweben vom Himmel herab. Man sieht sie nicht aber man spürt sie als winzige Kryopiekser, wenn sie beim Schmelzen der Haut gewissermaßen punktförmig die dazu nötige Wärme entziehen. Weiterlesen

Eisregen – im Kristallpalast der Natur

eisregen_1_rvWer ihn schon einmal erlebt hat wird ihn nie vergessen, den Eisregen. Sieht man einmal von den negativen Aspekten für Mensch, Tier und Pflanzen ab, so kann man sich der zauberhaften Wirkung der in Eisregen erstarrten Natur kaum entziehen. Besonders eindrucksvoll ist das Glitzerwerk in Eis eingehüllter Dinge besonders dann, wenn nach dem gefrierenden Regen die Sonne scheint. Weiterlesen

La belleza cristalina de los copos de nieve

schneefall_img_0280Schlichting, H. Joachim. Investigación y Ciencia 2 (2017)

¿Qué procesos determinan la estructura de estas maravillas de la naturaleza?

Desde un punto de vista puramente físico, el hielo y la nieve no son más que agua en estado sólido. Pero ¿qué aspectos nos aclara esta afirmación? Ni siquiera proporciona respuesta a la pregunta, tan simple como evidente, sobre el origen de la exuberante diversidad de formas que presentan los copos de nieve. ¿Cómo pueden el agua y el vapor amorfos dar lugar a estas bellezas cristalinas?

Tal y como nos recuerda una antigua canción infantil alemana, los copos de nieve caen de las nubes y recorren un largo camino. Si los tomamos con una mano enguantada para que no se derritan de inmediato, constataremos que, aunque es cierto que no hay dos copos iguales, todos ellos comparten una misma estructura hexagonal básica. Muy de cuando en cuando encontramos cristales de tres o de doce lados, pero nunca de cuatro u ocho. Siglos antes de nuestra era, el sabio chino T’ang Chin lo explicaba así: «Dado que el seis es el verdadero número del agua, cuando el agua se congela en flores, estas han de tener seis puntas».
En nuestra cultura, la estructura hexagonal de los copos de nieve no comenzó a suscitar interés hasta 1611, con el ensayo de Johannes Kepler Sobre el copo de nieve hexagonal. René Descartes también se maravillaba en su Meteoros, de 1637, de que los cristales de hielo siempre cumplieran ese principio estructural: «Eran pequeñas placas de hielo, muy planas, muy pulidas, muy transparentes, con un espesor como el de una hoja de papel algo gruesa, […] pero tan perfectamente talladas en hexágonos, con los seis lados tan rectos y los seis ángulos tan iguales, que para el hombre sería imposible hacer algo tan exacto». Con todo, los principios de crecimiento de los copos de nieve solo han comenzado a entenderse en las últimas tres décadas, gracias a disciplinas como la geometría fractal y a la mejora en nuestra comprensión de los procesos de autoorganización de sistemas de muchas partículas.

Hexágonos en la naturaleza
Las estructuras hexagonales no son nada inusuales en el mundo natural. Si colocamos varias bolitas de poliestireno del mismo tamaño sobre la superficie del agua y no demasiado lejos unas de otras, observaremos que se acercan entre sí y se juntan en pequeñas balsas con una disposición hexagonal. La razón es la tendencia de todo sistema a ceder tanta energía al entorno como sea posible. Las bolas de poliestireno lo logran formando estructuras hexagonales: si cada una se rodea de otras seis esferas, ocuparán la menor extensión de agua posible y minimizarán de este modo la energía superficial. Un principio de autoorganización similar puede aplicarse a las moléculas de agua. Estas también se unen para adoptar la configuración de menor energía posible, y también en este caso el resultado es una red cristalina con simetría hexagonal… (Weiter)

Anhänglicher Schnee

img_0263rvSchlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 2 (2017) S. 58 – 59

Schnee, der sich leicht ballen läßt,
schmilzt bald.
Jean Paul (1763–1825)

Eiskristalle haften gut aneinander – dafür sorgt flüssiges Wasser. Einerseits wirkt es bei Tauwetter durch Kapillarkräfte im Flockengeäst. Andererseits benetzt selbst bei starken Minusgraden eine feuchte Schicht die Oberflächen und klebt diese direkt zusammen. Weiterlesen

Die Schönheit ist oft verborgen

schneeschmelze_dsc08308aWer schaut sich schon auf einem Acker an, was passiert, wenn es nachts bitterkalt ist und tagsüber die Sonne strahlt. Getreideblätter nehmen Strahlungsenergie auf, schmelzen ein Loch in den Schnee, dieses vergrößert sich, sobald ein Teil des dunklen Bodens von den Sonnenstrahlen erreicht wird. Der Boden erwärmt sich und die aufsteigende erwärmte Luft schmilzt ein größeres Loch in den Schnee. Dadurch erreicht auch die Sonne den Boden, was zu einer Verstärkung des Effekts führt. Der Boden nimmt das herabtropfende Tauwasser auf. Nachts, wenn es wieder friert und vom warmen feuchten Boden noch einige Zeit lang Wasserdampf aufsteigt, docken die Wassermoleküle an den Kristallen an und bilden Raureifnadeln, die das tagsüber entstandene Loch zu überdachen geginnen. Aber dann erhebt sich wieder die Sonne, der Reif schmilzt an, gefriert, wird transparent, lässt Sonnenlicht durch, der dunkle Boden wird wieder warm, das Loch wird größer und frisst sich trotz der Minusgrade in die angrenzende Schneesubstanz. Solange die Verhältnisse so bleiben- Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und strahlende Sonne, setzt sich dieses Spiel fort. Bei Hochdrucklagen, kann das einige Tage so gehen.
Doch wer achtet schon auf solche Löcher im Schnee.

Wasser in kristallinem Gewand

eis_auf_regentonne_dscf0131Immer wenn die Regentonne erneut zufriert, glänzt sie mit einem neuen Muster aus kristallisiertem Wasser. Der Zufall spielt beim Übergang vom flüssigen zum festen Zustand des Wassers offenbar eine wichtige Rolle und da das so ist, gibt es unzählige Möglichkeiten der Kristallisation. Weiterlesen

Espirales de cera

KerzenmuschelnSchlichting, H. Joachim. Investigación y Ciencia 11 (2016)

Si dejamos que la cera líquida de una vela encendida caiga en el agua, veremos surgir hermosas estructuras. El proceso guarda semejanzas con la formación de espirales logarítmicas.

En Alemania y en otros países del centro y del norte de Europa tenemos una bella tradición en Nochevieja: sostener una cuchara con plomo —o estaño, que es menos tóxico— sobre la llama de una vela, esperar a que el metal se funda y dejarlo caer de golpe en un cuenco con agua fría. Allí, al solidificarse, el metal adquiere formas extrañas, las cuales podemos interpretar a nuestro antojo y a las que algunos incluso atribuyen poderes adivinatorios.
De niño, a falta de plomo, usaba la cera de la vela, con lo que lograba resultados no menos espectaculares. Además, ello me permitió descubrir un fenómeno casi aún más fascinante: si, en un cuenco con agua, colocaba una vela encendida y tallaba una ranura en el borde para que la cera líquida fuese cayendo, al llegar esta al agua se originaban estructuras que de ningún modo podían ser producto de la casualidad. Siempre me parecía tener ante mí conchas de bivalvos. A pesar de sus diferencias, eran todas tan similares entre sí que, sin duda, había que considerarlas miembros de una misma especie. Incluso cuando obtenía ejemplares «fallidos», el parecido con una concha era más que notable. Ello muestra que el azar que confiere a estas conchas su forma no actúa a ciegas, sino que forma parte de algún proceso autoorganizado.

Crecimiento ordenado
¿Qué es lo que ocurre exactamente? El calor que irradia la llama derrite la cera situada a su alrededor y crea, en el extremo superior de la vela, una especie de depósito con forma de cuenco. El borde de este también se derrite, pero lo hace con mayor lentitud, ya que el aire circundante lo enfría, por lo que acaba elevándose sobre la cera fundida. Así pues, si practicamos una hendidura en el extremo de este pequeño depósito, una parte de la cera líquida escapará al exterior. En su camino de descenso, pequeñas cantidades de cera se quedarán pegadas a la vela y dejarán tras de sí una delgada pasarela antes de solidificarse. Dicha pasarela actúa como guía, a su vez, para las siguientes corrientes de cera.
Cuando la cera alcanza por primera vez la superficie del agua, su parte inferior se solidifica y adquiere una forma similar a la de una escudilla. Dado que la densidad de la cera es menor que la del agua, esta balsa de cera no se hunde; sin embargo, tampoco se desplaza sobre la superficie del líquido, pues permanece unida a la pasarela de cera. Además, como la cera caliente sigue fluyendo, la unión se mantiene flexible; un detalle que, como veremos, reviste importancia…Weiter

Die Melodie des Wasserkochens

melodie_des_wasserkochens_rSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 10 (2016), S. 60 – 61

Die wechselhaften Geräusche beim langsamen Erhitzen bis zum Sieden verraten viel über die physikalischen Vorgänge im Wasser.

Das Wasser ist auf Grund vielfältiger
Notwendigkeit an den Menschen gebunden,
so dass sich seine Einzigartigkeit
unter dem Gewohnten verbirgt.
Primo Levi (1919–1987) Weiterlesen

Ein erstaunlicher Balanceakt in freier Natur

Eisskulpturen_en_miniatureDieses Foto bekam ich vor ein paar Tagen von einem Kollegen zugesandt. Ich finde es so schön und interessant, dass ich es auch jetzt noch – da ich mit dem Winter bereits abgeschlossen habe – hier zur Kenntnis geben und kurz beschreiben möchte. Zum einen kann ich mich der subtilen Ästhetik der filigranen, im Blau des Himmels leuchtenden Strukturen nicht entziehen, ohne es mit anderen zu teilen. Zum anderen erweist sich das Foto auch physikalisch als äußerst interessant. Weiterlesen

Selbstorganisierter Applaus

Als ichUnfreiwilliger-Abfalleimer neulich diesen unfreiwilligen Abfalleimer mit Rädern sah, wurde ich an ein auf den ersten Blick völlig anderes Phänomen erinnert, das  ich vor Jahren mit einigen Freunden in einem Konzertsaal hervorgebracht habe. Es gelang uns gewissermaßen einem ganzen Konzertsaal unseren Willen aufzuzwingen. Dabei haben wir eine passende Situation ausgenutzt.
Das offizielle Konzert war bereits zu Ende. Der Dirigent hatte die Beifallsstürme bereits mit zwei Zugaben quittiert. Es sah nicht so aus, als ob er eine dritte geben würde. Da jedoch rege weitergeklatscht wurde und sich kaum einer anschickte zu gehen, sahen wir unsere Chance, dem Applaus und damit dem Wunsch nach einer weiteren Zugabe eine neue Qualität zu geben. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Februar 2016

 

121_Wellenförmige-Eiskante_Februar_2016Wie kommt es zu der wellenförmigen Eiskante?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Wie_kommt_es_zu_den_farbigen_Lichtblitzen?

Gestrickte Eisblumen

Organische-FlechtstrukturenWenn ich von gestrickten Eisblumen spreche, möchte ich damit drei Gedanken zum Ausdruck bringen, die beim Betrachten der Eismuster auf den Fensterscheiben kommen können (siehe Foto) . Erstens ist klar, dass es sich um Eiskristalle, also tote Materie handelt. Zweitens drängt sich die Ähnlichkeit der Muster mit Pflanzen geradezu auf. Mit ihren langen, organisch geschwungenen, Ästen und Zweigen scheinen die Eisgirlanden an der Scheibe hochzuranken. Und drittens bleibt dem genauen Beobachter nicht verborgen, dass hier auch noch etwas Künstliches, wenn nicht gar Künstlerisches im Spiel ist: Die Äste haben etwas Zopfartiges an sich und erinnern an geflochtene oder gestrickte Muster. Weiterlesen

Im Winter hängen Eiszapfen an der Wäscheleine

Im einem der letzEiszapfen-an-der-Wäscheleinten Beiträge habe ich mich für die schönen Seiten des Eisregens begeistern lassen. Ich konnte das, weil ich mich an dem Tage nicht mehr mit der Straßenglätte und deren unangenehmen Begleiterscheinungen auseinandersetzen musste.
Neben dem Einfrieren von Pflanzenteilen gibt es noch weitere auffällige Phänomene, die die Strukturbildung beim Übergang vom flüssigen zum festen Wasser betreffen.  Im aktuellen Foto sieht man, wie eine Wäscheleine (eine einsame Klammer erinnert an wärmere Zeiten) auch im Winter genutzt werden kann. Statt Wäsche in regelmäßigem Nebeneinander anzuhängen, haben sich ohne menschliches Zutun Eiszapfen an die Leine gehängt.
Auffallend ist, dass abgesehen von der Störung durch die Klammer die Zapfen fast äquidistant aufgereiht erscheinen. Diese Periodizität legt es nahe, dass hier ein kollektives Phänomen vorliegt. Weiterlesen

So schön, dass ich mich nicht darauf zu setzen wage…

Raureif_auf_einer_ParkbankWasser in einer seiner zahlreichen Formen, als Raureifkristalle auf einer Parkbank; so schön, dass ich mich nicht darauf zu setzen wagte. Wie sich Kinder einen Sternenhimmel vorstellen – sternförmig flimmernde Lichter vor dunklem Hintergrund – begegnen uns hier Eiskristalle als exquisites Kunstwerk der Natur.
Wie nahe Schönheit und Profanität manchmal nebeneinander liegen können, hätte ich erfahren, wenn ich es doch gewagt hätte, mich  zu setzen. Weiterlesen

Kunst unter der Eisdecke

Eis-auf-Pfützen_0008Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft  12  (2015), S. 56 – 57

Statt einfach nur spiegelglatt zu werden, bilden frierende Wasserflächen oft seltsame Strukturen – geformt durch die wechselhaften Bedingungen in dieser sehr speziellen Umgebung.

Sie schafft ewig neue Gestalten;
was da ist, war noch nie,
was war, kommt nicht wieder –
alles ist neu, und doch immer das Alte

Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832)

PDF: Kunst unter der Eisdecke

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

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

Eine Bettdecke aus Schnee

SchneebettNicht nur äußerlich ähnelt der Schnee einem dicken Federbett. Luftig und leicht verringert dieses wie jenes die Wärmeleitung. Pflanzen die mit lockerem Schnee bedeckt sind, werden vor schwerem Frost geschützt, ebenso wie Federbetten die vom Körper durch Wärme an die Umgebung abgegebene Energie vermindern. Die Inuit leb(t)en in Iglus, um die isolierende Wirkung des Schnees auszunutzen. Auch wenn der Schnee selbst eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts hat, sorgen die Lufteinschlüsse dafür, dass nicht die Wärmeleitfähigkeit des gefrorenen Wassers für den Wärmetransport durch den Schnee entscheidend ist, sondern die der Luft und die ist äußerst gering.

Allerding gibt es einen kleinen nicht unwesentlichen Unterschied zwischen Federn (die ebenfalls von der schlechten Wärmeleitfähigkeit der eingeschlossenen Luft profitieren) und Schnee: Schnee schmilzt bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt. Die isolierende Wirkung des Schnees kann also nur bei relativ niedrigen Temperaturen genutzt werden.

Dazu fällt mir ein kleines Rätsel aus Kindheitstagen ein:
Es fällt herab
vom Himmel.
sieht weiß aus
wie ein Schimmel,
ist wie ein Bettchen weich,
zerfließt wie Wasser gleich
und macht dann naß –
was ist das?

Rätselfoto des Monats Februar 2015

109_Kreisstrukturen-im-Eis1Wie kommt es zu den Kreisen im Pfützeneis?

Erklärung des Rätselfoto des Vormonats: Pfützen im Winter

Ein Schilfrohr versucht sich, vom Eis zu befreien

Schilfrohr-als-WärmeleiterIn diesen Tagen ist es kalt. Der Teich ist zugefroren, aber die Sonne scheint fast den ganzen Tag. Trotz der niedrigen (Luft-) Temperaturen wissen einige Objekte, die Sonnenwärme zu nutzen. Das bräunlich gelbe im Eis eingefrorene Schilfrohr ragt aus einer schüsselförmigen Vertiefung heraus, in der eine kleine Wasserlache steht. Weiterlesen

Hilfreicher Spiegel

Fenster-eisfreiAn diesem Wintertag kam ich doch etwas spät in die Gänge. Die Sonne war bereits aufgegangen und damit beschäftigt, zumindest in die Eisschicht des Fahrerfensters meines Autos ein Loch zu brennen, und nahm mir einen Teil der Kratzarbeit ab. Aber die Situation war viel zu schön und zu interessant, als dass ich sofort ans Werk schritt. Erst einmal wollte ich verstehen, was sich hier abspielte.

Die noch tief stehende Sonne schien auf den Außenspiegel und reflektierte das Sonnenlicht auf das Fenster. Weil durch die dünne Eisschicht der Durchblick und damit die Transparenz der Fensterscheibe zumindest eingeschränkt waren, wurde ein Teil des Lichts absorbiert. Weiterlesen

Kristallene Schönheiten

SchneeflockenSchlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 1 (2015), S. 42 – 43

Damit aus Wasser eine Schneeflocke werden kann, müssen verschiedene Wachstumsprinzipien ineinandergreifen.

»… unter den Myriaden von Zaubersternchen …
war nicht eines dem anderen gleich … «
Thomas Mann (1875 – 1955)

Rein physikalisch gesehen sind Eis und Schnee nichts anderes als Wasser, das in den festen Aggregatzustand übergegangen ist, nachdem die Temperatur den Nullpunkt unterschritten hat. Aber was ist damit schon erklärt? Bereits auf die so naheliegende wie simple Frage, woher eigentlich die überbordende Vielfalt von Schneeflockenformen rührt, gibt diese Feststellung keine Antwort. Wie also werden aus amorphem Wasser und Wasserdampf kristallene Schönheiten?

Schneeflocken fallen aus den Wolken und haben einen langen Weg hinter sich, heißt es in einem alten Kinderlied. Wer sie mit der behandschuhten Hand auffängt, so dass sie nicht gleich schmelzen, stellt fest, dass zwar keine Flocke der anderen gleicht, sie aber alle eine sechseckige Grundstruktur gemeinsam haben. Sehr selten findet man drei- oder zwölfzählige Kristalle, aber niemals vier- oder achtzählige. Schon Jahrhunderte vor unserer Zeitrechnung erklärte der chinesische Gelehrte T’ang Chin: „Weil Sechs die eigentliche Zahl des Wassers ist, müssen die Blumen, zu der das Wasser gefriert, sechs Spitzen haben.“

In unserem Kulturkreis erlangt die hexagonale Struktur der Schneeflocken erst 1610 einige Aufmerksamkeit, nämlich durch Johannes Keplers Aufsatz „Über die sechszackige Schneeflocke“. Auch René Descartes bewundert in seinen „Météores“ (1637), wie Eiskristalle stets das Strukturprinzip der Hexagonalität einhalten: „Das waren kleine Klingen aus Eis, ganz glatt, intensiv poliert, ganz durchsichtig, ungefähr von der Stärke eines Blatts ziemlich dicken Papiers, (…) aber so perfekt in Sechsecke tailliert und deren sechs Seiten so gerade waren, die sechs Winkel so gleich, dass es den Menschen unmöglich ist, etwas so Exaktes zu machen.“ Besser verstanden hat man die Wachstumsprinzipien der Schneeflocken aber erst in den letzten drei Jahrzehnten, als Themengebiete wie die fraktale Geometrie und die Selbstorganisation von Vielteilchensystemen aufkamen. …

PDF: Kristallene Schönheiten

Rätselfoto des Monats Januar 2015

108_Pfützeneis_1

Wie entstehen die ringförmigen Muster im Pfützeneis?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Woher_kommt_das_Rot?


Spiralen aus Wachs

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 12 (2014), S. 56 – 57

KerzenmuschelnLässt man von einer brennenden Kerze flüssiges Wachs in Wasser laufen, bilden sich formschöne Muscheln.

»Schließlich besteht ja jedes Ding nur durch seine Grenzen
und damit durch einen gewissermaßen feindseligen Akt
gegen seine Umgebung«
Robert Musil (1880 – 1942)

PDF: Spiralen aus Wachs

Verdades resbaladizas

SchlittschuhSchlichting, H. Joachim. Verdades resbaladizas. Investigacion y cienca 10 (2014) 84 – 85

Basta una fina capa de aqua para hacer que el hielo resbale. Sin embargo, pcos saben cómo se forma

 

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

Glatt daneben

SchlittschuhläuferSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 2 (2014), S. 46 – 47

Erst eine dünne Wasserschicht macht Eis wirklich glatt. Wie das kommt, ahnte schon Michael Faraday vor über 150 Jahren.
Doch selbst heute kennen nur wenige die richtige Erklärung.

Oft wundern wir uns über das Erstaunlichste nicht,
weil es uns seit langem bekannt ist
und
darum selbstverständlich scheint.
Carl Friedrich von Weizsäcker (1912 – 2007)

PDF: Glatt daneben

Eisblumen auf einer Treppenfliese

Eisblumen-auf-TreppenflieseIn der Nacht war es feuchtkalt und windig gewesen. Als ich am Morgen vor die Haustür gehen wollte, fand ich die mit rotbraunen Fliesen versehene Treppe mit wunderschönen Eisblumen verziert vor, wie man sie früher (in der thermopanefreien Vorzeit) nur als Winterschmuck an der Innenseite von Fenstern vorfand. Die nahezu symmetrische Struktur erinnert an eine eingefrorene Wirbelstraße mit zwei gegenläufig rotierenden Wirbeln. Ob der über die Fliesen hinwegstreifende eiskalte Wind hier auf diese Weise seine Spuren hinterlassen hat? Dafür spricht, dass durch die strömende Luft Kristallisationswärme aufgenommen und wegtransportiert, sowie Wasserdampf herangeführt wurde.

Rätselfoto des Monats Januar 2014

096_Blatt_als_Wärmeabsorber

Wie kommt es zu dieser Struktur im Eis?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Weihnachtsbäume aus Raureif

Eisblumen auf Fensterscheiben

Eiskristalle_1Mit diesem Foto wünsche ich allen Besuchern meiner Internetseite frohe Weihnachten und ein gutes Neues Jahr.
H. Joachim Schlichting

Girlandenförmige Eiskristalle haben die Scheiben eines Gewächshauses von innen überzogen. In der Scheibe spiegelt sich die Umgebung.

Hilfe, mein Auto scheidet Schnee aus!

Auspuff_Raureifstruktur_rvSchlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 44/6 (2013), S. 272-273

An kalten Wintertagen kann der Wasserdampf in den Abgasen eines Autos schneeweiße Raureifbeläge auf dem kalten Pflaster hervorrufen.

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

Der Riss

RissWie der Blitz sucht sich der Riss einen Weg und macht keinen Unterschied zwischen den Dingen, die er trennt. Ursache sind vermutlich Instabilitäten im Fundament, die die Mauer unter Stress setzen, der sich schließlich in dem Riss eine Entlastung gesucht hat.

Der seismischen Form gehört die Zukunft. Sie stellt die kongeniale Katastrophenform im Zeitalter der Simulation dar – eine grund- und bodenlose Form der Spalte, des Bruchs, des Sprungs.

Jean Baudrillard (1929 – 2007)

Übergänge 2

Übergänge 2Übergänge können fließend und abrupt verlaufen, so dass man sie kaum bemerkt und sich wundert, wie man auf die andere Seite gekommen ist. Unser Leben, die Geschichte, das Vorher und Nachher… bestehen aus Übergängen. Ob gewollt und erlitten, ob schwebend oder sinkend, zwischen allen Zuständen gibt es eine Verbindung:
„Im Zwielicht solcher Dämmerung, locker gespannt zwischen Schon und Noch, auf Zusehen hin entlassen aus dem Geschubse linearer Progression, erwacht innovative ästhetische Intelligenz. Weiterlesen