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Sport

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Der Pi-Tag, diesmal sportlich begangen

Photo by Yan Krukov on Pexels.com

Heute feiern wir (naja, einige) den kreisförmigsten aller Tage des Jahres, den Pi-Tag – nach der englischen Schreibweise: 3.14. Denn Kreise, so real, reell und rational sie auch sein mögen, tragen im tiefsten Innern etwas sehr Irrationales, das Pi bzw. π. Das macht sie so menschlich. Man denke nur an die Gedanken, die nachts wenn man mal wieder nicht schlafen kann die Runde machen und dabei vielleicht nur um sich selbst kreisen. Egal ob die Gedanken einen großen oder kleinen Durchmesser haben, dieser muss in allen Fällen mit Pi (= 3,1415…usw.) multipliziert werden, um rund zu werden. Selbst die Form unseres Kopfes ist dadurch auf die eine oder andere Weise rund geworden (zwischen Zylinder-, Birnen- und Kugelform ist fast alles vertreten). Man kann das auch umdrehen und mit Francis Picabia (1879 – 1953) zu der Ansicht gelangen: Unser Kopf ist rund, damit das Denken die Richtung wechseln kann. Deswegen gilt er auch als exzentrischer Ausnahmekünstler, der u. A. zu der wichtigen Erkenntnis kam: „Hier ist hier“, womit wohl wieder der Punkt gemeint ist, um den sich alles dreht. Und damit sind wir wieder beim Pi.
Wie sollte man diesen Tag feiern? Ich denke, eine schöne Zeremonie mit sportlichem Impetus wäre mal wieder die Hüften kreisen zu lassen und einen kreisrunden Hula-Hoop-Reifen in Rotation zu versetzen (siehe Abbildung). Man würde unter Einbeziehung einiger Pis, die ich hier aber nicht explizit machen möchte, eine schöne physikalische Doppelkreisgeschichte erzählen können.
Das Sportliche dieser Geschichte ist vor allem in der Kraft begründet, die der oder die Hüftrotierende aufzubringen hätte, damit der Reifen der Kreisbahn folgt, nämlich eine ausreichende Zentripetalkraft. Sie ergibt sich aus dem Produkt der Reifenmasse und der Differenz zwischen Reifenradius und Taillenradius multipliziert mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit. Diese Kraft muss konstant gehalten werden, damit der Reifen rotierend in der Schwebe bleibt.
Wer weniger Körpereinsatz aufbringen möchte, könnte auch eine schöne runde Torte (Im Englischen pie ist das Pi explizit enthalten und wird auch genauso ausgesprochen) mit runden Verzierungen backen und sich dabei klarmachen, dass er trotz des sehr rationalen Vorgehens maßgeblich vom Irrationalen des Pis Gebrauch gemacht hat – wie übrigens auch dieser Beitrag.
Wer Interesse an früheren Pi-Tagen dieses Blogs hat, findet sie u. A. hier und hier und hier.

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Die fliegende Bank

Die Idee, ein Fluggerät zu entwickeln, das komplett aus Textilien besteht, ist noch nicht so alt. In der Patentschrift vom  NASAIngenieur Francis Rogallo aus dem Jahre 1948 ist bereits das Prinzip beschrieben, wie der Auftrieb des Geräts erzeugt werden soll. Demnach sind „nach vorne offene Stoffröhren parallel nebeneinander angeordnet“, die „durch den Fahrtwind aufgeblasen eine Tragfläche“ bilden. Diese geniale Idee ist in den nächsten Jahrzehnten praktisch umgesetzt worden und hat schließlich vor allem dank immer stabilerer Kunstfasermaterialien zu immer leichteren Realisierungen des Gleitschirms geführt bis hin zu den Formen wie wir sie in den letzten Jahrzehnten vor allem an beliebten Stränden kennengelernt haben.
Dabei beeindruckt mich vor allem, wie schnell der zunächst als anspruchsvolles Sportgerät zum Fliegen benutzte Schirm schließlich zur gemütlichen „Bank“ wurde, in der Oma und Opa nebeneinander sitzend, von einem Boot gezogen über der Meeresbucht schweben, so als wäre es des Selbstverständlichste der Welt (siehe Foto).

Auf die Spitze getrieben…

Dieses unfassbare Wesen, der Augenblick,
liegt zwischen der Bewegung und der Ruhe
als in keiner Zeit seiend…
Platon, Parmenides 156 e

Die Fotografie liefert uns eine Möglichkeit, zumindest einen Aspekt des Faustischen Wunsches zu realisieren, zu einem Augenblick sagen zu können: „Verbleibe doch,du bist so schön!“ – eine Situation als Bild zu fixieren. Dies ist dann besonders eindrucksvoll, wenn ein Augenblick aus einem schnell ablaufenden Vorgang herausgeschnitten wird, der während der realen Beobachtung gar nicht die Zeit hat, ins wache Bewusstsein zu dringen. Wenn man an einer solchen Performance als Beobachter beteiligt ist, wird einem jedenfalls nicht die komisch wirkende äußerst kurzzeitige Situation auffallen, dass hier der Fahrradfahrer mit dem Vorderrad auf der davon völlig unbeeindruckten Spitze eines Baumes balanciert. Weiterlesen

Eiskunstlaufen zwischen Physik und Poesie

An Erika erhebt sich kein Haar, an Erika flattert kein Ärmel, an Erika ruht kein Staubkorn sich aus. Ein eisiger Wind ist aufgetreten, und da läuft sie aufs Feld, die Eiskunstläuferin in ihre kurzen Kleidchen und den weißen Schlittschuhen. Die glatte Fläche von allen reicht von einem Horizont zum anderen und weiter! Sirren auf Eis! Die Organisatoren der Veranstaltung haben das richtige Tonband verlegt, so daß diesmal keine Musicalpotpourris ertönen, und das unbegleitete Flirren der Stahlkufen wird immer mehr zu metallisch-tödlichem Schaben, ein kurzes Aufblitzen, ein für alle unverständliches Morsezeichen am Rande der Zeit.  Weiterlesen

Wendel und Wandel

Zu dieser rechteckigen Wendeltreppe (Foto) könnte man vieles sagen. Zum Beispiel: Wer nach oben will, der muss nicht nur Stufen steigen, sondern auch immer mal wieder abrupt die Richtung ändern. Aber auch die Tatsache, dass man, wenn auch in rechten Winkeln im Kreis geht (nein, das ist noch nicht die Quadratur desselben) landet man trotzdem ganz woanders.
Als ich diese Treppe zum ersten Mal bestieg und oben ankam, genoss ich, dass ich mit einem Blick den langen (wegen der Anstrengung kam er mir wohl besonders lang vor) Weg überblicken konnte, der intelligent „gefaltet“ vor mir lag und doch so ganz anders wirkte als ich ihn beim Aufstieg erlebt hatte – ein Perspektivwechsel also.
Dieser machte sich auch dadurch bemerkbar, dass man andere Personen, die die Treppe in der einen oder anderen Richtung benutzten, von oben sah. An manchen Stellen (siehe Foto) verdeckten Kopf und Schultern den gesamten übrigen Körper, wenn man einmal davon absieht, dass die Beine nacheinander beim Ausschreiten für einen Moment sichtbar wurden.
Die Treppe hilft uns ganz allgemein, Höhenunterschiede zu überwinden und auf andere Ebenen zu gelangen und sie auf diese Weise miteinander zu verbinden. Sie ist also ein Ort des Übergangs, wobei wir nicht nur unseren Standpunkt und unseren Blickwinkel verändern, sondern auch unsere Wahrnehmung.
Wenn man die Treppe zügig hinaufeilt, gerät man je nach Konstitution und Trainingszustand außer Atem. Das ist ein Zeichen dafür, dass man Höhenenergie gewinnt, die man aus der eigenen Muskelenergie speisen muss. Und da Treppenstufen ohne große Umschweife, wie etwa bei langsam ansteigenden Wanderwegen, direkt in die Vertikale gehen, ist – wenn man ein normales Schritttempo beizubehalten anstrebt – sowohl der Kraftaufwand (Energie pro Höhendifferenz) als auch die Leistung (Energie pro Zeiteinheit) beträchtlich. Treppensteigen könnte also als Kraft- und Ausdauersport genutzt werden. So verwundert es nicht, dass das Treppensteigen in Wolkenkratzern, das sogenannte Towerrunning als äußerst leistungsintensiver sportlicher Wettkampf in  vielen Ländern praktiziert wird. Alles in allem gilt also: Wandel(n) durch Wendeln.

Faszinierendes Dynabee

Schlichting, H. Joachim; Ucke, Christian. In: Physik in unserer Zeit 33/5, 230-231 (2002).

Ein kleiner Kreisel, der in einem kugelförmigen Plastikgehäuse rotiert, kann in der Hand durch eine geschickte Taumelbewegung des Gehäuses auf sehr hohe Drehzahlen beschleunigt werden. Das macht das eigentlich zum Training der Arm- und Handgelenkmuskeln entwickelte Gerät auch für Physiker interessant.

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

Schleuderball

Schlichting, H. Joachim. In: Naturwissenschaften im Unterricht – Physik 3/12, 18 (1992).

Obwohl Schüler i.a. Erfahrungen mit geschleuderten bzw. an einer Schnur herumgewirbelten Gegenständen haben, erscheint ihnen meiner Erfahrung nach der Umlauf auf der Kreisbahn als ungezwungene, sich selbst erhaltende, natürliche Bewegung. Hier zeigt sich einmal mehr, daß bestimmte lebensweltliche Sehweisen physikalischen Ideen der aristotelischen Physik ähnlich sind. Im Rahmen der neuzeitlichen Physik wird die Kreisbahn jedoch nicht mehr als einfach angesehen. Die gerade Linie ist hier das bestimmende Paradigma. Die Kreisbahn muß man sich als „gewaltsam“ aus der geraden Linie hervorgebracht denken. Das intuitive Festhalten an der als überwunden geglaubten aristotelischen Auffassung mag Ausdruck der Tatsache sein, daß
das intuitive Erfassen der „vollkommenen“ Gestalt des Kreises dem lebensweltlichen Denken näher ist als der analytische Zugang über die Dynamik der Kreisbewegung…

PDF: Schleuderball

Einfache Themen zur Physik des Sports

Schlichting, H. Joachim. In: Naturwissenschaft im Unterricht – Physik 3/12, 7 (1992).

Im folgenden stellen wir eine Auswahl physikali-scher Sachverhalte und Modelle zusammen, die für sportliche Aktivitäten einerseits und die Funkti-onsweise sportlicher Geräte und Hilfsmittel ande-rerseits von Bedeutung sind. Diese Zusammenstel-lung soll Lehrern als fachlicher Hintergrund und Quelle möglicher Inhalte für den Physikunterricht dienen, in dem es um die Behandlung sportlicher Aktivitäten geht. Die Darstellung beruht weitge-hend auf einfachen Modellen. Neben einer rein qualitativen Erklärung (Je-desto-Aussagen), wer-den in einigen Fällen Formeln benutzt, die dem Lehrer ggf. eigene numerische Abschätzungen er-möglichen. Der Einfachheit halber beschränken wir uns dabei auf die Beträge der auftretenden Vektor-größen.

PDF: Einfache Themen zur Physik des Sports

Die physikalische Dimension des Sports

Schlichting, H. Joachim. In: Naturwissenschaften im Unterricht – Physik 3/12, 4 -6 (1992).

Sport hat auf den ersten Blick nichts mit Physik zu tun, nicht mehr jedenfalls als jedes andere lebensweltliche Handlungsfeld. Wenn wir sportliche Aktivitäten physikalisch betrachten wollen, so müssen wir uns ähnlichen Problemen stellen, die für die physikalische Erfassung an sich nicht physikalischer komplexer Gegenstände des Alltags typisch sind. Beispielsweise müßte man den Alltagsobjekten erst einmal einen physikalischen Aspekt abringen, bevor eine physikalische Betrachtung im üblichen Sinne einsetzen könnte.

PDF: Die physikalische Dimension des Sports

Springen, Gehen, Laufen

Rodewald, Bernd; Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik 37/5, 12 (1988).

Die folgenden Ausführungen beschäftigen sich mit der Fortbewegung des Menschen. Dieses Kapitel der Biophysik läßt sich durch sehr einfache Experimente mit dem eigenen Körper erschließen und ist ein vorzügliches Anwendungsgebiet für die aus dem Physikunterricht bekannten Grundprinzipien der Mechanik und Energetik. Wir beginnen unsere Erörterungen mit dem Springen, welches als typische Fortbewegungsmöglichkeit von Frosch, Känguruh, Floh oder Heuschrecke
bekannt ist. Wenngleich das Springen für den Menschen nur eine untergeordnete Rolle spielt, so ist seine Erörterung nichtsdestoweniger grundlegend für die Physik des Gehens und Laufens.

PDF: Springen_Gehen_Laufen

Der Bumerang – ein Spielzeug mit verblüffenden Flugeigenschaften

Schlichting, H. Joachim; Rodewald, Bernd. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik 35/5, 18 (1986).

Seit der zurückkehrende Bumerang in Europa bekannt ist, hat er die Menschen immer wieder fasziniert und zu zahlreichen Beschreibungen und Erklärungen seines erstaunlichen Flugverhaltens geführt (vgl. das Literaturverzeichnis in [1]). Ein Physiklehrer, der diese Faszination im Unterricht nutzen möchte, sucht dennoch häufig vergeblich nach unterrichtsnahen physikalischen Beschreibungen…Im folgenden soll versucht werden, unter weitgehendem Verzicht auf quantitative Einzelheiten die physikalischen Prinzipien des Bumerangs so weit zu vereinfachen, daß dieser auch im Unterricht der Sekundarstufe [behandelt werden kann. Unsere Darstellung ist jedoch so angelegt, daß darauf eine
quantitative Beschreibung aufbauen kann.

PDF: Bumerang

Der Sturz über den Lenker – Zur Problematik des Bremsens beim Radfahren

Schlichting, H. Joachim. In: technic-didact 10/1, 49 (1985).

Die Gleichgewichtsproblematik des Fahrrads läßt sich je nach der Drehachse, um die sich das aus der Gleichgewichtslage ausgelenkte Fahrrad drehen kann, in drei Abschnitte einteilen. Die Drehung um eine Achse durch das Fahrrad senkrecht zur Erdoberfläche spielt jedoch keine wesentliche Rolle und kann daher vernachlässigt werden. Die Drehung um eine Achse längs durch das Rad (in  Fahrtrichtung) wurde unter der Thematik „Zur Gleichgewichtsproblematik beim Fahrradfahren“ in einer vorangegangenen Arbeit in dieser Zeitschrift behandelt /l/. Die Drehung um eine Achse quer durch das Rad (senkrecht zur Fahrtrichtung) soll in der vorliegenden Arbeit skizziert werden. Sie betrifft die Wirkung von Drehmomenten, die durch Bremsmechanismen zustande kommen. Wie schon in /l/ beschränken wir uns im weiteren auf qualitative Argumente und einige quantitative Abschätzungen.

PDF: Sturz über den Lenker

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