//
Artikel Archiv

Wasser

Diese Schlagwort ist 68 Beiträgen zugeordnet

Die Unumkehrbarkeit von Ringwellen

Stein_Ringwellen_rvJeder hat Erfahrungen mit größer werdenden Kreisen. Dafür genügt es schon, daß er Zeuge war, wie ein Stein in ein Wasserbecken fiel. aber niemand hat Kreise gesehen, die vom Horizont ausgegangen und in ihrem eignen Mittelpunkt verschwunden sind.

Caillois, Roger (1913 – 1978): Steine. München 1983.

An einem scheinbar rein mechanischen Beispiel kommt in dieser schlichten Feststellung die Irreversibilität natürlicher Vorgänge zum Ausdruck. Irreversibiltität als Ausdruck des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik gilt nicht nur in der Thermodynamik im engeren Sinne. Vielmehr ist die reibungsfreie Mechanik, wonach die Ringe am Ufer reflektiert wieder zurückkommen  und der Stein wieder aus dem Wasser hochschnellt, eine extreme Idealisierung der Wirklichkeit – ohne die allerdings die Entwicklung einer quantitativen physikalischen Beschreibung der Welt im neuzeitlichen Sinne nicht möglich und denkbar wäre. Erst vor dem idealen Hintergrund einfacher physikalischer Gesetzmäßigkeiten lässt sich die wirkliche Welt in definierten Abweichungen von der Idealität physikalisch beschreiben.

Advertisements

Wasser – Lebenselement

strand_matschen_dsc01758aWer je ein Kind beseligt matschend im Sandkasten oder am Meeresstrand beobachtete, der weiß, daß in diesem glückhaft-tätigen Umgang mit dem wäßrigen Erdenbrei etwas Elementares geschieht. Unter dem Einfluß des Wassers und unter Mitwirkung der kindlichen Hände nimmt die Erde Gestalt an. Weiterlesen

Winzige Tröpfchen ganz groß

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaften 7 (2018), S. 62 – 63

Kleinste Flüssigkeitskugeln entstehen von selbst,
wenn man ihnen nur auf die richtige Weise Energie
zur Verfügung stellt.

Der Sturm fängt das aufsprühende Wasser
auf und treibt es in breiten Nebelgardinen an
der Flutlinie entlang
Harry Mulisch (1927 – 2010) Weiterlesen

Optische Verwirrungen in Spiegelwelten.

Auf diesem Foto sieht man eine Unterführung, die rechts durch große Glasscheiben begrenzt wird, durch die man in den Vorraum eines Museums blickt – sofern die Scheiben es einen erlauben. Denn Glas hat die hybride Eigenschaft, Licht sowohl durchzulassen als auch zurückzuwerfen: spiegelnd zu reflektieren. Weiterlesen

Bizarre Unterwasserschatten

Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 5 (2018), S. 68 – 69

Objekte, die auf flachen Gewässern driften, werfen oft völlig andere Schatten, als ihre tatsächlichen Umrisse vermuten lassen. Das verblüffende Phänomen erklärt sich durch unscheinbare Dellen in der Wasseroberfläche.

Wenn du alle Formen der Gewässer
gut unterscheiden willst,
dann betrachte klares Wasser von geringer Tiefe
unter den Sonnenstrahlen
Leonardo da Vinci (1452–1519)

Weiterlesen

Fließende Büschel kurzlebiger Lilien

ruderwellen_img_2323a_rvSie „zogen an den Rudern, an diesen langen Stangen, die an der Wasseroberfläche metaphorisch und rhythmisch fließende Büschel kurzlebiger Lilien erblühen ließen“.

Harold Brodkey (1930 – 1996). Drei nahezu klassische Stories. Reinbek 1994. Weiterlesen

Die Farben des Wassers

Vor ein paar Tagen haben wir eine Wanderung zum Canyon zwischen Lengerich und Tecklenburg unternommen, einem in einer Schlucht gelegenen türkisfarbenen See, der in einem stillgelegten Kalksteinbruch entstanden ist. Die Farbe steht in einem eindrucksvollen Kontrast zu den steil aufragenden Kalksteinwänden, die teilweise bereits von verschieden Pflanzen besiedelt wurden.
Der helle Kalkuntergrund des Sees sorgt dafür, dass alle Lichtfrequenzen des bis dorthin durchdringenden Lichts weitgehend reflektiert werden, so dass lediglich die im Wasser schwebenden und gelösten Stoffe, vor allem Kalk, die volle Eigenfarbe des Wassers vom reinen Blau zum Grün hin „verschieben“, ansonsten aber eine intensive Färbung hervorbringen.
(Nebenbei gesagt erscheint auch unser Leitungswasser grün, wenn man durch eine genügend große Schicht blickt.)
Da der Wasserspiegel des Sees sehr tief liegt und von hohen Wänden umgeben ist, kommen außerdem verschiedene andere Phänomene ins Spiel, die ein ganzes Spektrum des Türkis hervorrufen. Ein sehr dunkler Farbton entsteht im schmalen Schattenbereich der Steilwand. Darüber hinaus spiegelt sich die Silhouette der Wand mit ihren Bäumen bis weit über die Mitte hinaus und lässt das Wasser in helleren Farbtönen erstrahlen, die schon fast ans reine Grün heranreichen. Die Felswand blendet die tieferen Bereiche des Himmels ab, sodass – wegen Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel – in diesem Bereich kein Himmelsblau ins Auge des Betrachters reflektiert wird. Erst im Vordergrund ist dies der Fall; die bläulichen Reflexe sind deutlich zu erkennen. Einige kleinere dunklere Farbflecken sind auf entsprechende dunkle Bereiche im Untergrund zurückzuführen, die das meiste eingestrahlte Licht absorbieren.
Blickt man auf die Wasseroberfläche im oberen rechten Bereich des oberen Fotos (zur Vergrößerung aufs Bild klicken), so erkennt man dort eine deutliche Blaufärbung. Sie ist darauf zurückzuführen, dass die Wasseroberfläche in dem Bereich vom Wind aufgeraut wird, sodass durch die Reflexion von Himmelslicht an den steileren Wellenflanken den überwiegenden Grüntönen Himmelblau beigemischt wird.
Schaut man sich die Wasseroberfläche von Nahem an, so erkennt man, dass sie auch in den scheinbar ruhigen Bereichen nicht völlig glatt, sondern von kleinen Wellen bedeckt ist (mittleres Foto).
Im Übrigen sollte man auch die in diesen Tagen erwachende Pflanzenwelt nicht übersehen, die hier in Gestalt blühender Weiden zur frühlinghaften, farbenfrohen Stimmung an diesem warmen Frühlingstag an einem einzigartigen Gewässer beitragen.

Minivulkane am Strand

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 4 (2018), S. 72 – 73

Ansteigendes Meerwasser verdrängt Luft aus dem Kapillarsystem des Untergrunds und wölbt am Strand Sandkegel auf. Der Tidenwechsel glättet sie wieder und hinterlässt manchmal rätselhafte Flecken.

Im Sande des Meeres,
den noch kein Linné
nach seinen Gestalten geordnet hat

Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799) Weiterlesen

Rätselfoto des Monats April 2018


Was spielt sich hier ab? Weiterlesen

Als es kälter wurde, rückte das Wasser zusammen

Wenn Wasser gefriert, haben wir die Vorstellung, dass die Wasserteilchen dichter aneinanderrücken und sich zu Eis verdichten. So heißt es in dem Gedicht „Zugefroren“ von Günter Grass (1927 – 2015):

Als es kälter wurde,
das Lachen hinter den Scheiben blieb,
nur noch als Päckchen und Brief
zweimal am Tag ins Haus kam,
als es kälter wurde,
rückte das Wasser zusammen. Weiterlesen

Kalte Kunst auf der Regentonne

Das Wasser in dem Fasse hier
Hat etwa Null Grad Reaumur*.
Es bilden sich in diesem Falle
Die sogenannten Eiskristalle.

Wilhelm Busch (1832 – 1908)


* Reaumur ist eine veraltete Einheit für die Temperatur. Sie galt etwa bis zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Westeuropa. Ich erinnere mich, dass bei meinen Großeltern noch ein Thermometer mit der Aufschrift Reaumur hing. Keinem fiel auf, dass die Einheit nicht mit der seit langem ausschließlich geltenden Einheit Celsius übereinstimmte. Dazu mag beigetragen haben, dass in beiden Skalen der Gefrierpunkt von Wasser als Nullpunkt gilt. Auch wenn der Siedepunkt von Wasser in der Reaumurskala auf 80° statt wie in der Celsiusskala auf 100° festgesetzt ist, spielte das im häuslichen Alltag kaum eine Rolle: Wenn das Thermometer 20° R anzeigte, waren es in „Wirklichkeit“, will sagen: in der inzwischen geltenden Celsiusskala, 25° C. Ich vermute, dass der Unterschied damals deshalb kaum auffiel, weil man insbesondere im Winter mit niedrigeren Zimmertemperaturen auskam als heute. Es ist durchaus denkbar, dass in zahlreichen Haushalten eine Zimmertemperatur von 20° C damals so empfunden wurde wie heute 25° C.

Des Rätsels Lösung

Wegen der aktiven Teilnahme an meinem kleinen gestrigen Rätsel komme ich wohl kaum umhin, die Lösung zu präsentieren. Zum Glück hatte ich daran gedacht, auch das Gebäude zu fotografieren, das so schöne Reflexe im Wasser hervorrief. Meine Aufmerksamkeit galt allerdings eher den ständig neu entstehenden und vergehenden Mustern auf dem leicht welligen Wasser, die dann auch noch rücksichtslos von Enten durchpflügt wurden. Hier ist es. 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

Der Tanz der Natur

taenzerin_p1040300rvNatur! Wir sind von ihr umgeben und umschlungen – unvermögend aus ihr herauszutreten, und unvermögend tiefer in sie hineinzukommen. Ungebeten und ungewarnt nimmt sie uns in den Kreislauf ihres Tanzes auf und treibt sich mit uns fort, bis wir ermüdet sind und ihrem Arme entfallen.
Sie schafft ewig neue Gestalten; was da ist, war noch nie, – was war, kommt nicht wieder – alles ist neu, und doch immer das Alte.
Wir leben mitten in ihr und sind ihr fremde. Sie spricht unaufhörlich mit uns, und verrät uns ihr Geheimnis nicht. Wir wirken beständig auf sie, und haben doch keine Gewalt über sie.

Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832)

Das Foto zeigt Lichtreflexe auf der bewegten Wasseroberfläche eines Zier-Wasserbeckens in einem Einkaufszentrum. Letzteres erklärt die kräftigen Farbreflexe. Die „Ballerina“ im Vordergrund kommt durch die Spur einer nahezu punktförmigen, unbewegten Lampe zustande, deren Reflexe auf dem Wasser während der Belichtungszeit der Aufnahme aufgezeichnet werden. Allen anderen bewegten Teilen ist eine ähnliche Bewegungsstruktur einbeschrieben, die aber nur schemenhaft zu erkennen ist. Man achte auch auf das merkwürdige Schnabeltier am linken Bildrand.
Ich hätte diese Beobachtung wohl nicht gemacht, wenn die Person, mit der ich an dieser Stelle verabredet war, pünktlich erschienen wäre. Manchmal lohnt es sich, versetzt zu werden.

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

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

Reflexionen über Reflexionen in einer gewöhnlichen Wasserpfütze

himmel_in_pfuetze_3_rvhimmel_in_pfuetze_2_rv

Wasserflächen von weitem gesehen, nehmen die Farbe des Himmels an, weil das Himmelslicht in ihnen spiegelnd reflektiert wird. Ein (flacher) See ist deshalb blau, weil der Himmel blau ist. Und wenn der Himmel bedeckt und grau ist, kann der See nicht anders, als es ihm gleichzutun.  Auch die im linken Foto abgebildete Wasserpfütze gibt das Blau des Himmels und das Weiß der Wolken wieder. Nähert man sich jedoch der Pfütze, so verblasst die Farbe zunehmend. Steht man direkt davor (rechtes Foto oben), so wird die Pfütze unversehens transparent. Man sieht den darunter befindlichen Asphalt teilweise in noch kräftigeren Farben als ohne die Wasserschicht darüber. Die Ursache für diesen Wechsel ist darin zu sehen, dass der Anteil des reflektierten Lichts umso größer ist, je flacher man auf die Wasseroberfläche blickt (Einfalls- und Reflexionswinkel bezogen auf das Lot zur Wasseroberfläche sind groß) und minimal wird, wenn man senkrecht hineinschaut (Einfalls- und Reflexionswinkel sind Null).
himmel_in_pfuetze_1_rvDiese Eigenschaft beobachtet man nicht nur bei Wasser, sondern auch bei anderen reflektierenden Flächen, z.B. bei Fensterscheiben. Bei senkrechtem Lichteinfall reflektiert die Grenzfläche zwischen Glas und Luft nur 4%. Dieses hier nur qualitativ angesprochene Phänomen wird quantitativ beschreiben durch die sogenannten Fresnelschen Formeln.

Das Foto unten rechts wurde ebenfalls aus größerer Entfernung aufgenommen. Auch hier sehen wir das Himmelsblau und einige Wolken reflektiert. Allerdings unterscheidet es sich mit seinem blendend hellen Rand vom dunklen Rand im linken Foto. Weil ich mich beim unteren Foto so hingestellt hatte, dass das Sonnenlicht nahezu ins Objektiv der Kamera reflektiert wurde, genügten geringfügig abweichende Reflexionswinkel, wie sie die befeuchteten Splitteilchen darboten, dass das Sonnenlicht über diese kleinen geneigten Spiegel in die Kamera gelangten.
Es besteht somit eine enge Beziehung zum Phänomen des Schwerts der Sonne. Im linken Foto hingegen hatte ich die Sonne im Rücken, sodass die Winkelabweichungen von der Ebene nicht ausreichten, Sonnenlicht ins Objektiv zu reflektieren. Die diffuse Reflexion des Sonnenlicht ist dort in dem feuchten Randbereich geringer als in der trockenen Nachbarschaft, weil das einfallende Licht in der dünnen Wasserschicht einige Male hin-und herreflektiert und dabei stärker absorbiert wird als im trockenen Bereich. Dieses Phänomen kennt man von den kräftigen Farben und dem Glanz feuchter Steine.

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

Lichtschwerter – auf dem Wasser und anderswo

Schlichting, H. Joachim. Naturwissenschaften  im Unterricht 159/160 (2017) S. 14 – 15

„Der Reflex auf dem Meer entsteht, wenn die Sonne sich neigt: Vom Horizont her schiebt sich ein blendender Fleck zum Ufer, ein Streifen aus tanzenden Glitzerpunkten; dazwischen verdunkelt das Mattblau des Meeres sein Netz…, und der Sonnenreflex auf dem Meer wird ein schimmerndes Schwert, das sich vom Horizont heran bis zu ihm erstreckt…Während die Sonne tiefer sinkt, färbt der Reflex sich von schimmerndem Weiß zu kupfergoldenem Rot. Und wohin Herr Palomar sich auch wendet, stets ist er selber die Spitze des schlanken Dreiecks. Das Schwert folgt ihm und deutet auf ihn wie ein Uhrzeiger mit der Sonne als Zapfen“ (Calvino, Italo. Herr Palomar. München 1988, S. 18). Weiterlesen

Lavendel im Regen

Sie sind kaum wiederzuerkennen, die Lavendelblüten. Sie wirken etwas unnatürlich großzügig gerundet, aber auch ungewöhnlich kräftig in der Farbe. Regentropfen haben die feinen Zwischenräume überbrückt und leuchten nun ihrerseits wie kleine Lampen im typischen Blau-violett des Lavendel. Die Farbe wirkt kräftiger und gesättigter als im Normalfall. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Juli 2017

Frage: Wo und wie entstehen diese farbigen Netzwerke?

__________________________________________________________________________________________.

Erklärung des Ratselfotos des Monats Juni 2017

Frage: Wie kommt es zu dem Berghang im Pool?

Antwort: Der Anblick des Swimmingpools erscheint auf des ersten Blick so, als habe man es hier mit einer ungewöhnlichen Topologie des Bodens zu tun. Der Boden des Pools sieht am Rande relativ flach aus und scheint zum Vordergrund hin in die Tiefe zu stürzen. Man ahnt vielleicht, dass es sich hier nicht um reale Deformationen handelt – welchen Sinn sollten sie auch haben? – sondern um eine optische Täuschung.
Trotz der Auffälligkeit des Phänomens wird es kaum als solches wahrgenommen. Dafür gibt es gute Gründe: Neben der typischen Blindheit für das Spektakuläre im Alltäglichen, wird man einen Swimmingpool normalerweise nicht durch eingehende Betrachtung, sondern durch Schwimmen oder Planschen in Beschlag nehmen wollen. Hinzu kommt, dass die damit einhergehende Zerstörung der glatten Wasseroberfläche die Sichtbarkeit des Phänomens stark einschränkt.
Daher ist es auch hier wie so oft bei ungewöhnlichen Ansichten des Alltäglichen, dass es sich erst aus einer nicht alltäglichen Perspektive erschließt: Entweder man geht ins Wasser und blickt (ruhig schwimmend oder stehend) flach über die Wasseroberfläche ins Wasser oder – wenn man nicht nass werden möchte – kann man den Blick auch flach auf dem Bauch liegend vom Rand des Beckens her tun. Der Aufwand lohnt sich allemal. Zwar sind für jemanden der weiß, was er sehen will, die Deformationen auch aus einem normalen Blickwinkel andeutungsweise erkennbar. Ungewöhnlich wird der Anblick aber erst aus der ungewöhnlichen Perspektive.
Wie kommt es zu diesen optischen Deformationen?
Blickt man in ein Gefäß mit Wasser so stellt man manchmal – erstaunt oder nicht – fest, dass der Boden angehoben erscheint. Das Licht vom Boden des Gefäßes wird beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium vom Einfallslot weg gebrochen, so dass der Beobachter den Boden höher sieht, als er in „Wirklichkeit“ ist. Bei einer Tasse, in die man eine Münze legt, kann man dieses Phänomen eindrucksvoll demonstrieren (mittleres Foto). Blickt man so in die Tasse, dass man die Münze gerade nicht sieht und behält diesen Blickwinkel bei, so gerät sie plötzlich in den Blick, wenn die Tasse mit Wasser gefüllt wird. Der Boden wird samt der Münze optisch angehoben.
Die optische Hebung kennt man. Was man jedoch kaum kennt, ist die Tatsache, dass der optisch gehobene Gegenstand im allgemeinen nicht senkrecht über dem realen Gegenstand zu sehen ist, sondern je nach Blickrichtung auch mehr oder weniger stark horizontal verschoben erscheint. Wie der Blick ins Schwimmbecken zeigt, variieren diese Verschiebungen mit dem Blickwinkel.
Bei der Tasse ist man auf einen sehr kleinen Sehwinkel aus einer ganz bestimmten Höhe beschränkt. Bei größeren Wasserkörpern wie etwa einem Swimmingpool überblickt man gleichzeitig Gebiete aus stark unterschiedlichen Blickwinkeln insbesondere dann, wenn man sich der Wasseroberfläche stark annähert. Die Variation des Blickwinkels geht mit einer kontinuierlichen Variation der Stärke der Hebung einher und bringt die Deformationen hervor, die im obigen Foto zu sehen sind.
Die Deformationen sind außerdem deshalb so gut zu erkennen, weil Boden und Wände des Beckens mit Fließen belegt sind, die wie „Millimeterpapier“ selbst kleine Verzerrungen zu erkennen geben.
Solche brechungsbedingten Deformationen treten natürlich auch bei anderen Gewässern oder Teichen auf. Weil bei ihnen jedoch meist das rechteckige Bezugssystem fehlt, wird man brechungsbedingte Abweichungen von der unbekannten und unverzerrten „wahren“ Topologie des Bodens kaum feststellen können.

Glänzender Schmutz

Sediment_WasserpfützeDer Schmutz ist glänzend,
wenn die Sonne scheinen mag.

Johann Wolfgang von Goethe

Wenn eine Wasserpfütze durch Verdunstung und Versickern trockenfällt, hat sich auf dem freiwerdenden Boden einiges getan. Die im Wasser suspendierten Schmutzteilchen und Sandkörner haben sich gesetzt und zwar in einer an einen Siebevorgang erinnernden Weise. Zuerst sedimentiern die gröberen und schwereren Teilchen, dann die mittelgroßen und schließlich die kleinen, ganz feinen – in nahezu kontinuierlicher Abfolge. Das hat zur Folge, dass der oberste Belag des Boden aus feinsten Teilchen besteht, die die Oberfläche nahezu wie ein Lack versiegeln. Die Schicht ist so glatt, dass sie auch im bereits wasserfreien Zustand auf Hochglanz poliert erscheint. Erst wenn diese Schicht völlig ausgetrocknet ist, entsteht eine matte und hellere Färbung.
Auf dem Foto haben auf der noch nicht ganz verfestigten Oberfläche einige Käfer und andere Insekten ihre Spuren hinterlassen, die für einen diesbezüglichen Spurensucher einige Informationen über die Tierchen und ihr Verhalten bieten.

Rätselfoto des Monats Juni 2017

Wie kommt es zu dem tiefen Abgrund im Pool?

________________________________________________________________________________________

Erklärung des Ratselfotos des Monats April 2017
Frage: Was macht die Pflanze so stark?

Antwort: Geht man davon aus, dass Pflanzensamen in kleine Risse des Asphalts geraten und ein Minimum an Erde und Feuchtigkeit vorfinden, so beginnen sie zu wachsen. Ein wesentlicher Mechanismus, Feuchtigkeit aufzunehmen funktioniert durch Osmose. Die Pflanzenzellen haben selektive Wände, die zum Beispiel reines Wasser durchlassen, nicht aber Pflanzensäfte. Da der Drang, sich zu vermischen, also eine möglichst einheitliche Lösung herzustellen, sehr groß ist, kann das Ziel nur dadurch erreicht werden, dass das Wasser durch die Wände in die Pflanze eindringt, umgekehrt aber kein Saft herauskann. Als zwangsläufige Folge erhöht sich der Druck in den Pflanzenzellen. Weil die Pflanzen die Flüssigkeit über die Wurzeln aufnimmt, spricht man auch vom Wurzeldruck. Erst wenn dieser so groß ist wie der durch das Mischungsbestreben bewirkte osmotische Druck wird die Wasseraufnahme gestoppt. Der Druck bei dem das passiert, kann mit bis zu 13 bar erstaunlich hoch sein. Bedenkt man, dass ein Autoreifen einen Druck von etwa 2 bar hat, so kann man sich die Sprengkraft, die dadurch bewirkt wird, gut vorstellen.
Wenn nach einigen Regentagen reife Kirschen platzen, so ist auch dafür der osmotische Druck verantwortlich. Er entsteht in diesem Fall dadurch, dass Regenwasser durch die selektive Haut der Kirsche ins Innere gelangt, um dem natürlichen Mischungsbestreben nachzukommen.

Vom Sonnenuntergang durchflammt

Springbrunnen_opalAls wir gehen und einen letzten Blick durch den Bogen des Schlosstors werfen, ist der ganze Regen des großen Springbrunnens vom Sonnenuntergang durchflammt, wie ein Opal im Feuerschein.

Edmond und Jules de Goncourt: Tagebücher. Frankfurt: Insel Verlag 1996. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Mai 2017

quellungsdruck_asphalt_rvFrage: Wie kommt es zu dieser Asphaltsprengung?

__________________________________________________________________________________________.

Erklärung des Ratselfotos des Monats April 2017

Frage: Wie kommt es zu dem Wandschatten?

Antwort: Der Schatten auf dem Boden entsteht dadurch, dass eine Person durch ein Fenster hindurch von hinten und schräg oben vom Sonnenlicht angestrahlt wird, das durch ein Fenster fällt. Sowohl das Fensterkreuz als auch der Schatten der Person werden auf einem Fliesenboden abgebildet. Der Schatten an der Wand scheint ein Spiegelbild dieser Abbildung auf dem Boden zu sein und damit der Boden als Spiegel zu wirken. Dafür spricht der „Kopfstand“ des Personenschattens. Dagegen spricht allerdings, dass ein Spiegel das auffallende Licht (Fensterrahmen mit Person) nicht projiziert, sondern reflektiert und zwar gegen die Wand. Tut er ja auch, wie man sieht. Und die so erhellte Wand sieht man umgekehrt im spiegelnden Boden reflektiert. Das heißt aber, es würde sich genau das ergeben, was man sieht, nur mit einer anderen Begründung. Man sieht also das von hinten eingestrahlte Lichtmuster nicht direkt auf dem Boden, sondern indirekt dadurch, dass das vom spiegelnden Boden an die Wand reflektierte Lichtmuster durch den Boden gespiegelt wird.
Diese Argumentation wäre korrekt, wenn der Boden ein perfekter Spiegel wäre. Ist er aber nicht. Er ist gleichzeitig auch Projektionsfläche. Das kann man schon daran erkennen, dass auch die Bodenfliesen vom „Spiegelhaften“ des Bodens an die Wand reflektiert werden. Des Weiteren ist das Abbild der Person auf dem Boden deutlicher und „schattenhafter“ als auf der Wand. Darin kommt zum Ausdruck, dass der Boden eben doch auch einen Teil des einfallenden Lichtmusters projiziert und nicht nur reflektiert. Schatten und Spiegelbild fallen auf diese Weise zusammen. Das ist nicht immer so. Der Boden ist also gleichzeitig teilweise Spiegel und teilweise Reflexionsfläche oder teilweise glatt und matt.
Solche teilspiegelnden Flächen findet man im Alltag häufiger an als nur spiegelnde Flächen. Dabei kommt es zuweilen vor, dass der Schatten und das Spiegelbild nicht zusammenfallen, sondern als zwei verschiedene Abbilder zu sehen sind.
Die Schulphysik weiß schon, warum sie sich auf ideale Spiegel und Projektionsflächen beschränkt. Sie erspart sich derartig komplizierte Zusammenhänge. Sie beraubt sich damit allerdings auch der Möglichkeit, alltägliche Erscheinungen wie die vorliegende beschreiben zu können. Damit verfehlt sie eine ihrer wesentlichen Aufgaben, dazu beizutragen, alltägliche Erscheinungen in der wissenschaftlich-technischen und natürlichen Welt besser zu verstehen.

 

Der Sprung ins nasse Element

springen002Manchmal muss man einfach springen und sei es ins kalte Wasser. Es wird sich zeigen, dass dieser Sprung nicht nur notwendig ist, sondern auch erfrischend und voller Verheißung. Das gilt insbesondere, wenn eine große Prüfung bevorsteht.

Mit der Anzahl deiner Lebensjahre, die du heute wie nichts um eine Einheit erhöhst, hast du jedenfalls Glück. Denn es handelt sich um die kleinste Tetraederzahl, die das Produkt eines Primzahlzwillings ist. So, mit diesem Hinweisen kannst du leicht herausfinden, wie alt du heute gworden bist – falls du es vor lauter Arbeit vergessen haben solltest. Auf diesem Wege einen herzlichen Glückwunsch und alles Gute für das neue Lebensjahr.

Die Nadelarbeit des Winters

raureif_nadeln_dsc07825brvSelbst die vom letzten Jahr übriggebliebenen, vertrockneten Blätter einer Buche erstrahlen in neuem Glanz, wenn der Winter sie mit feinen Eisnadeln schmückt. Diese filigranen und gegen Berührung sehr sensiblen Kunstwerke der Natur entstehen zum einen dann, wenn die Temperatur einige Grade unter Null liegt und die Wasserdampfkonzentration sehr hoch ist (relative Feuchte über 90%). Weiterlesen

In diesen Tagen ist das Wasser ganz aus dem Häuschen

raureif_dsc06997a_rvIm Französischen hat man die schöne Wendung „être dans tous ces états“, was man meist im Sinne von „ganz aus dem Häuschen sein“ ins Deutsche übersetzt. Wenn man an das Verhalten des Wassers in diesen Tagen denkt, so wäre die wörtliche Übersetzung angemessener. Denn das Wasser ist zur Zeit in all seinen Zuständen aktiv: Weiterlesen

„Bienäre“ Interferenzmuster auf dem Wasser

RingwelleninterferenzWenn Bienen Wasser herbeischaffen, gehen sie normalerweise sehr vorsichtig zu Werke. Am liebsten holen sie sich das Wasser von feuchter Erde. Matschige Stellen am Rande meines Teiches werden an heißen Tagen von zahlreichen Bienen frequentiert, die freie Oberfläche des Teiches ist an sich tabu. Zu gefährlich. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Juli 2016

126_Blaue-blasen_Juli_2016Wie kommt es zu den blauen Blasen?

Weiterlesen

Fluide und solide – Wasserskulpturen im Springbrunnen

WasserglockeSchlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 47/3, S. 152

Auch die geschicktesten Hände vermögen keine Skulptur aus Wasser zu schaffen. In Springbrunnen kann es ohne größere Anstrengung wie von selbst geschehen.

Neben flächenartigen Skulpturen erzeugen manche Springbrunnen auch Strukturen, die aus Bündeln einzelner Wasserstrahlen bestehen.

 

Hüpf, Steinchen, hüpf!

495px-Stone_skimming_-Patagonia-9Mar2010klein KopieSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft  4  (2016), S. 46 – 47

Treffen flache Kiesel unter kleinem Winkel auf eine Wasseroberfläche, wirkt diese wie eine Sprungschanze. Das kann sich einige Male wiederholen. 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?

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

Im Jahr des Lichts (25) – Ein Feuer, das nur Wasser war

Feuer-und-WasserIch sitze am späten Abend eines warmen Tages bei offener Tür im Zimmer und lese. Es ist bereits dunkel geworden. Plötzlich höre ich das Prasseln eines heftigen Regens. Als ich mich zur Tür umdrehe, bekomme ich zunächst einen Schrecken, weil ich im ersten Moment glaube, dass das Prasseln nicht auf Regen, sondern auf ein Feuer zurückzuführen ist, das unmittelbar vor der Tür brennt.
Im zweiten Moment wird mir jedoch klar, dass beide Eindrücke eine gewisse Berechtigung haben: Regentropfen fallen auf  eine bereits reichlich benetzte niedrige Mauer und erzeugen durch ihren Aufprall kleine Wasserjets und eine aus winzigen Tropfen bestehende, nach oben spritzende Gischt. Weiterlesen