//
Artikel Archiv

Phasenübergang

Diese Schlagwort ist 64 Beiträgen zugeordnet

Eisprismen am Seeufer

Während das Eis eines Sees auf der freien Fläche meist eine glatt und eben ist, können im Uferbereich ganz unterschiedliche Kristallisationsmuster zutage treten. Hier haben sich größere Kristalle (einige Zentimeter) mit unterschiedlicher Orientierung der Kristallisationsachsen gebildet, die die hexagonal geprägte Form der ins Makroskopische vergrößerten Ursprungskristalle erkennen lassen.

Obwohl beim Gefrieren des Wassers alles gesetzmäßig abläuft, findet man niemals identische Strukturen. Mögen die Anfangsbedingungen an zwei Stellen auch dieselben sein, sie sind trotzdem nie exakt gleich. Die winzigen Unterschiede beim Start wachsen bis ins Makroskopische und führen zu zwar ähnlichen aber niemals identischen Strukturen. Diese Spannung zwischen Ähnlichkeit und Identität machen einen wesentlichen Teil der Schönheit solcher Strukturen aus.

Advertisements

Musterbildung im Schnee

Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 50/1 (2019), S. 45

Das Zusammenwirken von Absorption und Reflexion von Sonnenlicht sowie Wärmeleitung führt unter bestimmten Bedingungen zu regelmäßigen Mustern im Schnee.

Auf dem Handlauf eines Treppengeländers hat sich ein Muster aus periodisch weggeschmolzenem Schnee gebildet. Das ist auch insofern erstaunlich, als die Lufttemperatur mit -1 bis -2 °C eindeutig zu niedrig ist, um den Schnee zum Schmelzen zu bringen. Zwar bricht die Sonne hin und wieder durch den hochnebelartigen Dunst und fühlt sich angenehm warm an. Doch der blendend weiß erstrahlende Schnee ist ein deutliches Zeichen dafür, dass das Sonnenlicht nicht gleichermaßen vom Schnee absorbiert, sondern hauptsächlich reflektiert wird. 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.

Grenzerfahrungen zwischen Eis und Schnee

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 1 (2019), S. 64 – 65

Bei Temperaturen um den Gefrierpunkt bewirkt ein Hin und Her zwischen Schmelzen und Gefrieren im Schnee einen erstaunlichen Reichtum an eisigen Strukturen.

Nebeneindrücke sind
wieder einmal das Bestimmende
Robert Musil (1880–1942)

In unseren Breiten sind harte Winter selten. Wenn es einmal geschneit hat, dauert es oft nicht lange bis zum nächsten Tauwetter. Es lohnt sich allerdings, die Phänomene in dem Grenzbereich zwischen Fest und Flüssig aufmerksam zu beobachten. Weiterlesen

Bleigießen mit Kerzenwachs – eine künstlerische Variante

Bleigießen ist ab diesem Jahr verboten. Damit geht zwar eine alte Tradition verloren, aber die Gesundheit geht vor. Denn die Bleigießsets, die in der Vergangenheit benutzt wurden, enthalten ein Vielfaches des in der EU zulässigen Gehalts von Blei.
Aber aus dieser Not kann man eine Tugend machen und mit den vom Weihnachtsfest übrig gebliebenen Resten der Wachskerzen experimentieren. Ich greife auf Erfahrungen zurück, die ich bereits in der Kindheit gemacht habe und zwar deshalb, weil uns damals Blei nicht zur Verfügung stand. Weiterlesen

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.

Weiterlesen

Überlebensstarke Schneespuren

Der Schnee ist schon längst wieder weg, aber eine Spur hat sich erstaunlich lange gehalten. Wie kam es dazu? Der Fußabdruck entstand dadurch, dass der feuchte, poröse und luftdurchsetzte Schnee durch das Körpergewicht eines Menschen auf den Bruchteil seiner ursprünglichen Dicke komprimiert wurde. Der aus einem lockeren Gewebe filigraner Eiskristalle bestehende Schnee wurde durch die Kraft des auftretenden Fußes zusammengedrückt. Die Kristalle kamen dadurch in innige Verbindung und wurden miteinander „verschweißt“, d.h. sie froren zu einem kompakten, vereisten Gebilde zusammen. Weiterlesen

Zur Schönheit des schmelzenden Eises

Auch wenn seit einigen Tagen Tauwetter herrscht, dauert es eine ganze Weile, bis das Eis auf Teichen und wassergefüllten Behältern völlig verschwunden und in seine vertrautere flüssige Form übergegangen ist. Der Grund dafür liegt einerseits in der hohen Wärmekapazität von Wasser: Das Eis muss verhältnismäßig viel Energie aufnehmen, um vom festen in den flüssigen Zustand überzugehen. Weiterlesen

Lochmuster im Eis – Strukturbildung im Verborgenen

Als ich mir gestern Morgen bei strahlendem Sonnenschein den weiteren Zerstörungsprozess der Hinterlassenschaften der gerade vergangenen „Eiszeit“ anschaute, fiel mir ein merkwürdiges Dreckmuster auf. Auf der inzwischen von einigen Zentimetern Wasser bedeckten Eisschicht eines Wasserbeckens ordnete sich der mit dem durch das Regenrohr zugeführten Schmelzwasser vom Dach mitgeführte Schmutz in einem nahezu regelmäßigen Punktemuster an. Bei näherem Hinsehen war zu erkennen, dass sich die Schmutzpartikel leicht bewegten. Weiterlesen

Physikalische Wintererzählung über einen abgesägten Baumstamm

Dass es immer wieder neue Phänomene gibt, bei denen man nicht ohne Weiteres auf bekannte Erklärungsmuster zurückgreifen kann, wurde mir klar, als mir Bernd Heepmann, der einen ausgezeichneten Blick für Alltagsphänomene hat, nacheinander diese beiden Fotos schickte. Es handelt sich um einen Abschnitt aus einem anderer Stelle frisch gefällten Baum.
Bei dem ersten (oberen) Foto war ich zunächst ratlos, weil ich mir nicht so recht erklären konnte, warum sich der Reif nur auf den mittleren Bereich des abgesägten Stamms beschränkt. In der Absicht, mich noch weiter zu verwirren, erhielt ich kurz darauf das zweites Foto (unten) der Situation zu einem späteren Zeitpunkt. Doch statt Verwirrung zu stiften, führte es letztlich zur Lösung des Problems, indem es zeigte, dass die Beschaffenheit des Holzes ursächlich mit der selektiven Vereisung zu tun haben musste. Weiterlesen

Eine Eisstruktur, fragil und prekär

eisstruktur_dsc08525rvEs kaum zu glauben, obwohl dieselben physikalischen Gesetze gelten, zeigen sich im Kleinen oft sehr ungewohnte Strukturen. Dieses Foto wurde nach einigen Tau- Gefrierzyklen auf einem Acker aufgenommen; die Kamera wurde senkrecht auf den Boden gerichtet. Weiterlesen

Eiszapfen mit Seele

eiszapfen_img_5949a_rv-kopieWie Orgelpfeifen aufgereiht hängen sie von der Dachrinne herab, nachdem es im Anschluss an Tauwetter während des vergangenen Tages wieder gefroren hat. Und da die Rinne selbst kein Wasser mehr transportiert, weil sie selbst mit Eis ausgefüllt ist, quillt das neu hinzukommende Wasser über den Rand hinweg und lässt die Rinnsale zu Zapfen gefrieren. Weiterlesen

Ein Blatt als Rettungsboot

schneeisolierung_img_0268rvEs hat geschneit aber der der Schnee bleibt kaum liegen. Die Luft ist zwar kalt, aber der Boden ist noch zu warm. Das liegt daran, dass das Energiespeichervermögen, die sogenannte Wärmekapazität des feuchten Erdreichs so groß ist, dass die sich durch den Kälteeinbruch schnell abkühlende Luft schon einige Zeit brauchen wird, um dem Boden so viel Energie zu entziehen, dass auch dieser unterhalb der Schmelzgrenze abgekühlt ist. Weiterlesen

Die gefrorenen Fenster

Die Eisblumen

In Häusern findet man zur Winterzeit
Solch eine wunderbar formierte Zierlichkeit
Die Keiner tüchtig zu beschreiben;
Wenn die gefrornen Fensterscheiben
Von tausend zierlichen und schönen Kreaturen
Uns tausend zierlich Figuren
In solcher zarten Nettigkeit
Und doch in dunkler Nacht erzeugt, uns frühe zeigen. Weiterlesen

Ein Blatt schmilzt durchs Eis

eisschmelze_dsc08556rvNachdem der Teich zugefroren ist, weht ein frischer Wind einige Blätter auf die Eisfläche. In den folgenden Tagen scheint hin und wieder die Sonne. Die Lufttemperatur bleibt indessen etwa 1 bis 2 Grad unter Null. Offenbar schmilzt unter dem Blatt das Eis und es sinkt immer tiefer in die Eisschicht ein. Weiterlesen

Metamorphosen im Schnee

Der Acker mit Wintergetreide ist leicht verschneit, die schneeschmelze_dsc08308aTemperatur liegt wenig unter Null Grad, aber die Sonne scheint. Wer schaut sich in dieser Situation schon an, was sich auf dem Acker abspielt? Wenn man es trotzdem täte und diese Wetterlage einige Tage anhielte, könnte man ein interessantes Phänomen beobachten.
Zunächst nehmen aus dem Schnee herausragende Getreideblätter Strahlungsenergie auf und  schmelzen kleine Löcher in den Schnee. Wenn ein Loch so groß ist, dass die Sonne den dunklen Boden erreicht, wird der Schmelzvorgang erheblich verstärkt. Da der dunkle Boden so gut wie die gesamte Sonnenenergie aufnimmt, wird er merklich erwärmt und lässt warme Luft aufsteigen. Dem widersteht der Rand des Schneelochs nicht sehr lange und er zieht sich immer weiter zurück. Folglich wird eine wachsende Bodenfläche erwärmt. Nachts steigen noch eine Weile weiterhin relativ warme Luft und Wasserdampf auf. Jetzt reicht es allerdings nicht mehr zum Schmelzen. Vielmehr docken Wassermoleküle an den Randkristallen des Lochs an und bilden Raureifnadeln, so als ginge es darum, das entstandene Loch schnell wieder wieder zu schließen (siehe Foto). Tagsüber fallen diese als erstes dem im Lichte der Sonne neuerlich einsetzenden Schmelzvorgang zum Opfer und das Loch wächst gegebenenfalls weiter. Zusätzliche Verluste an Schneesubstanz kommen dadurch zustande, dass die Eiskristalle teilweise direkt in Wasserdampf übergeht.
Wenn eine ähnliche Wetterlage längere Zeit bestehen bleibt, vergrößern sich die Löcher immer mehr und die Schneefläche verschwindet allmählich trotz der Minusgrade. Interessant ist daran, dass die Sonne dem Schnee direkt nicht sehr viel anhaben kann, weil das meiste Sonnenlicht reflektiert wird. Erst wenn die Sonnenenergie im dunklen Boden in Wärmeenergie verwandelt worden ist, kann sie über diesen Umweg dem Eis und Schnee gefährlich werden.

 

Spitze Nadeln gegen den Wind

raureifnadeln_dsc07791_rvManchmal erbarmt sich der Winter der kahlen Reste der Blumen, Sträucher und Bäume und stattet sie mit nadelartigen Ersatzblättern aus Eiskristallen aus. Das sieht nicht nur schön aus, sondern ist auch physikalisch interessant. Damit diese kalte Raureif-Belaubung entstehen kann, müssen die Temperatur einige Grade unter null Grad liegen und die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre sehr hoch sein (relative Feuchte über 90%). Weiterlesen

Eiszapfen, die aus dem Boden wachsen

kammeis_dsc08248_rvIn Bündeln feiner Eisnadeln wachsen hier vielgliedrige Zapfen aus dem Boden, die offiziell Kammeis heißen. Ich entdeckte sie in einer Senke, deren Boden aus einem Sand-Lehmgemisch besteht und nicht vollkommen durchgefroren war.
Die Nadeln entstehen anschaulich gesprochen dadurch, dass in den Poren des Bodens gespeichertes Wassergefrierend sich ausdehnt. Dabei bewegen sich die Spitzen der gefrorenen Wasserfäden nach außen und ziehen aufgrund ihres inneren Zusammenhalts (Kohäsion) weiteres Wasser aus dem Innern nach, das ebenfalls gefriert usw.. Auf diese Weise können beachtliche Eisnadellängen erreicht werden.  Weiterlesen

Knisternde Phasenübergänge

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

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.

Knirschender Schnee

Beim Laufen durch Neuschnee zerstört jeder Schritt geräuschvoll das feine, aber feste Eisgefüge in der Schneedecke.

Der Schnee schreit, ächzt, quietscht unter dem Tritte,
wie neues unschmiegsames Leder,
und wunderbare weiße Wellen sind überall
Peter Altenberg (1859 –1919)

Beim Gehen entstehen je nach Untergrund charakteristische Geräusche. Ob wir über das Pflaster eines Gehwegs spazieren, das Gras einer Wiese oder den Sand am Strand – immer begleitet uns ein anderer Sound. Als ganz besonders eindrucksvoll empfinden es viele Menschen, wenn Schnee unter den Füßen knirscht. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Januar 2018

tautropfen_dsc07749aa

Warum nimmt das Tauwasser diese Form an? Weiterlesen

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