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Trägheit

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Löwenzahn und ein wenig Physik

Auch vergilbte Blätter sitzen manchmal noch sehr fest an der Pflanze. Wem das nicht klar ist, dem kann es so gehen wie mir. Ich möchte das Blatt von einer Topfblume entfernen und reiße den ganzen Topf von der Fensterbank. Sicherer ist es, wenn man die Restblume mit einer Hand festhält und das Blatt mit der anderen Hand abzieht. Weiterlesen

Mäander – ein typisches Muster

maeander_dsc00623a»Betrachten Sie mein Kleid oder meinen Körper?« fragte sie und richtete sich auf, um die Brust herum leicht anschwellend.
»Ich bin sehr oberflächlich, also sehe ich nur Ihre schönen blauen Mäander. Das ist so ein altes Muster. Eigentlich hat
es etwas Verzweifeltes, finden Sie nicht?«
»Wieso?« Weiterlesen

Wirbel auf dem Honigbrot

Wirbel auf dem HonigbrotSchlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft  11  (2015), S. 52 – 53

Der Strahl einer fallenden, zähen Flüssigkeit kann sich falten und zu Spiralen winden. Dabei wirken sein zugleich fester und flüssiger Charakter zusammen.

Der Wirbel ist nicht etwas Feststehendes,
sondern beständig Wandelbares – aber
in jedem Augenblick neu Reproduziertes.
Friedrich Wilhelm Joseph Schelling (1775 – 1854)

PDF: Wirbel auf dem Honigbrot

Rätselfoto des Monats Juli

114_Drehender-Wasserstrahl

Hat der Wasserstrahl einen Drehwurm? Wenn ja, warum?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Blauer Sternenhimmel

Grenzenloses Vertrauen zur Drehimpulserhaltung

Fahrrad_NaturgesetzeEin ruhender Gegenstand wird oft als Inbegriff von Stabilität angesehen. Ein Stuhl mit vier Beinen steht unverrückbar auf dem Boden. Erst wenn Bewegung ins Spiel kommt, wenn man beispielsweise mit dem Stuhl kippelt, wird die Situation instabil und es kann zu spektakulären Um- bzw. Unfällen kommen.
Es kann aber auch umgekehrt sein, nämlich dass ein bewegter Gegenstand stabiler gegen solche Umfälle ist als ein ruhender. Eindrucksvolle Beispiele dafür sind der Kreisel und das Fahrrad. Beim Kreisel ist es die Drehimpulserhaltung, die den rotierenden Kreisel daran hindert, einfach so umzufallen, wie er es täte, wenn er in Ruhe wäre. Beim Fahrrad hält sich hartnäckig das Gerücht, dass auch hier die Drehimpulserhaltung (der rotierenden Räder) entscheidend ist. Sie spielt allerdings nur eine untergeordnete Rolle. Wichtiger ist der Einfluss der Trägheit (genau genommen ist auch das „Ausweichen“ des Kreisels ein Trägheitseffekt, aber der ist hier nicht gemeint.). Unter Trägheit verstehen wir die in vielen Situationen anzutreffenden Eigenschaft von Gegenständen, im Zustand der Ruhe oder geradlinig gleichförmigen Bewegung zu verharren, solange keine äußere Einwirkung erfolgt. Wenn ein Ball in Ruhe ist, so muss ich eine Kraft aufwenden, ihn in Bewegung zu setzen. Wenn es dann aber in Bewegung ist, „möchte“ er auch in Bewegung bleiben und wenn ich ihn fange und damit wieder zur Ruhe bringe, muss ich abermals Kraft aufwenden, um ihn zu bremsen. Weiterlesen

Manchmal hilft nur Trägheit

Clip_144Schlichting, H. Joachim, Ucke, Christian: In: Physik in unerer Zeit 44/5 (2013), S. 240-242

Was auf den ersten Blick wie ein simples Geduldsspiel erscheint, ist in Wirklichkeit ein raffiniertes physikalisches Spielzeug: die Kugelwippe. Was mit Geduld nur sehr schwer zu erreichen ist, gelingt mit einem physikalischen Trick.

PDF: Kann beim Autor angefordert werden.

Schlabbern mit Stil

SchlichSchlabbern mit Stilting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 44/10 (2013), S. 54 – 55

Ihre Anatomie hindert Katzen und Hunde daran, Flüssigkeiten einfach einzusaugen.
Den Durst können die Tiere nur dank einiger Tricks stillen.

Es muß in der Physik fast Alles
neu untersucht werden,
selbst die bekanntesten Dinge,
weil man gerade da am wenigsten
etwas Neues oder Unrichtiges vermuthet
Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799)

PDF: Schlabbern mit Stil

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

Geduld oder Physik – ein einfaches Spielzeug mit physikalischen Aspekten

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften- Physik 41/2, 5 (1992).

Die so genannte Kugelwippe (siehe Abb. 1) wird als Geduldspiel bzw. Puzzle vertrieben[1]. Sie läßt sich aber auch leicht selbst herstellen[2]. Die Spielaufgabe besteht darin, die beiden Kugeln, die sich normalerweise im Minimum der Mulde befinden, in die beiden Nischen am rechten und linken oberen Rand der Wippe zu befördern. Versucht man, das Problem auf die zunächst naheliegend erscheinende Art zu lösen, durch Neigen der Wippe zuerst die eine Kugel und dann auf dieselbe Weise die andere Kugel in die jeweilige Nische zu bringen, dann wird man je nach Länge des jeweiligen Geduldsfadens früher oder später
feststellen, daß es so nicht geht. Denn gemeinerweise rollt die bereits am Zielpunkt fixierte Kugel unweigerlich wieder aus der kleinen Vertiefung heraus, wenn man anschließend die Wippe zur anderen Seite neigt, um auch die zweite Kugel ins Ziel zu bringen. Weiterlesen

Die List der Trägheit

Schlichting, H. Joachim. In: Naturwissenschaften im Unterricht- Physik 39/10, 16-17 (1991).

Es wird ein Freihandversuch vorgestellt, an dem wesentliche Eigenschaften des Trägheitsprinzips erkennbar gemacht werden können. Im Anschluß daran, wird gezeigt, daß in zahlreichen Alltagssituationen in intuitiver Weise von diesem Prinzip Gebrauch gemacht wird.

PDF: Die List der Trägheit

Implodierende Getränkedose

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]).

PDF: Implodierende Getränkedose

Unerwartete Phänomene bei rotierenden Objekten

Schlichting, H. Joachim. In: Physik und Didaktik 19/1,78 (1991).

Obwohl wir auf einem in mehrfacher Weise rotierenden Planteten wohnen, haben wir wenig Erfahrung mit typischen Rotationseffekten: Das zeigen die vor allem körperlichen Überraschungen, die man in Karussells und anderen relativ schnell bewegten Objekten erleben und – von Schwindelgefühlen und anderen unangenehmen Begleiterscheinungen einmal abgesehen – genießen kann. Selbst beim Prellen eines harmlosen Flummis zeigt sich die mangelnde Erfahrung, wenn unsere bei normalen Bällen bestens bewährten Fangkünste (= intuitive Fähigkeit, die Bewegungsgleichung des Balls „im Fluge“ zu integrieren), zu hilflos erscheinenden, meist wenig erfolgreichen Fangversuchen geraten.

PDF: Unerwartete Phänomene bei rotierenden Objekten

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

Zur Gleichgewichtsproblematik beim Fahrradfahren

Schlichting, H. Joachim. In: technic-didact 9/4, 257 (1984).

Die physikalische Beschreibung eines fahrenden Zweirads hat Mathematiker und Physiker immer wieder herausgefordert. WHIPPLE /10/ und Mc GAW /7/ dürften die ersten gewesen sein, die eine Theorie des Fahrradfahrens vorgelegt haben. Später befaßten sich TIMOSHENKO und YOUNG /9/ erneut mit der Problematik. Die Ergebnisse wurden kaum akzeptiert, weil viele vertraute  Aspekte des Fahrradfahrens nicht erklärt werden konnten, Allenfalls spezielle, mathematisch leicht zu behandelnde Detailprobleme flossen in einige Lehr- und Fachbücher /8, 3/ ein. In jüngster Zeit hat man sich dieser Problematik sowohl experimentell als auch theoretisch erneut angenommen /6, 4/, vermutlich als eine Folge des Comebacks des Fahrrads.

PDF: Zur Gleichgewichtsproblematik beim Fahrradfahren