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Wasser

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Mücken im Regen

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 8 (2020)

Wer lauter große Dinge sehen will,
muß sich zu einer Mücke wünschen.

Wilhelm Heinse (1746 – 1803)

Im freien Flug überleben kleine Insekten selbst den Aufprall vergleichsweise schwerer Wassertropfen. Paradoxerweise rettet die Tiere ausgerechnet ihr geringes Gewicht. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats August 2020

Was passiert hier?

 


Erklärung des Rätselfotos des Monats Juli 2020

Frage: Welche Naturphänomene sind auf dem Foto zu erkennen. In welche Himmelsrichtung blickt man?

Wir befinden uns auf der Kanareninsel Gran Canaria und blicken auf den westlichen Morgenhimmel. Der (nahezu) volle Mond ist noch nicht untergegangen und die ihm fast gegenüberliegende Sonne ist gerade aufgegangen. Obwohl man die Sonne nicht direkt sieht, macht sie sich an den hellen Flecken bemerkbar, die auf der Sanddüne schemenhaft zu erkennen sind (Zum Vergrößern auf das Foto klicken). Es handelt sich um Möwen, deren weißes Gefieder das „frontal“ einfallende Sonnenlicht diffus reflektiert.
Überraschend erscheinen auf den ersten Blick vielleicht die leicht rötliche Dämmerungsfärbung am Horizont und die nur schwach ausgebildeten und daher leicht zu übersehenden Strahlen, die perspektivisch verkürzt auf einen Punkt hinter der Sanddüne zu konvergieren scheinen. Dämmerungsstrahlen können es nicht sein, denn die wären am östlichen Himmel zu sehen – dort wo die Sonne aufgeht.
Wir haben es mit einem morgendlichen Gegendämmerungsszenario zu tun. Da das Rot der untergehenden Sonne auch den gegenüberliegenden Horizont erreicht, kann man bei günstigen Bedingungen (Streuteilchen in der Luft) auch dort eine wenn auch schwache Dämmerung erleben.
Und woher kommen die Strahlen? Die Dämmerungsstrahlen, die vom Sonnenlicht hervorgebracht werden, wenn es durch Wolkenlücken bricht, hören nicht einfach irgendwo auf. Sie „laufen“ im Prinzip über den gesamten Himmel und sind unter guten Bedingungen (vor allem bei einer leicht dunstigen Atmosphäre) auch noch am gegenüberliegenden – in diesem Fall – westlichen Himmel zu sehen. Insofern sind es auch Dämmerungsstrahlen – man spricht von Gegendämmerungsstrahlen.
Frage: Gäbe es eine Möglichkeit, dieses Szenario von einem Sonnenuntergang zu unterscheiden, wenn man die Kenntnis der landschaftlichen Gegebenheiten außer Acht ließe?

Welliges Wasser mit Pareidolie

An einem fließenden Bach zu sitzen kann sehr entspannend und wohltuend sein. Man hört das gleichmäßige Murmeln unterbrochen von einzelnen hellen Klängen, man sieht die Wellenmuster, die erst dadurch ihre eigene Form preisgeben, dass sie die Umwelt reflektieren, und nimmt den typischen Geruch wahr, der durch zerspringende Bläschen als Aerosole in der Luft verteilt werden…
Im vorliegenden Fall sah ich außerdem eine quasistationäre Figur. Sie wurde durch die Reflexion der schattigen Umgebung auf der zwar gewellten aber weitgehend glatten Oberfläche hervorgebracht und von mir als Abbild einer Person in einem langen Gewand wahrgenommen. Obwohl sie im fließenden Wasser gewissen Schwankungen unterworfen war, blieb sie als solche erkennbar. Das weist auf ziemlich stabile stationäre Vorgänge im Wasserstrom hin – zumindest für die Zeitdauer der Beobachtung -, die nur durch kleine Fluktuationen leichten Schwankungen unterworfen waren. Später sah ich auf dem Foto eine weitere winzige Person… Manchmal ist man halt empfänglich für Pareidolien.

Flachdacharchitektur – ein Kampf gegen die Schwerkraft

Die Idee des geneigten Daches ist von Anbeginn an in der Architektur präsent. Selbst die Schornsteine werden/wurden liebevoll mit Schindeln belegt und gepflegt. Man stelle sich nur vor, wie aufwändig es ist, eine defekte Schindel an einem hohen Schornstein zu ersetzen. Geneigte Dächer sind eine ebenso natürliche wie geniale Möglichkeit, Wasser zu kanalisieren. Nur viele Architekten des 20. Jahrhunderts und danach meinten eine bessere Idee zu haben, indem sie das ebene Flachdach einführten.
Nicht nur dass dadurch die Weiterlesen

Mustergültige Interferenzen

Manchmal zeigt sich die Natur von ihrer experimentellen Seite. Ein in eine Vogeltränke geratenes, zappelndes Insekt macht diese zu einer Wellenwanne*, wie man sie vielleicht noch vom Physikunterricht her kennt. Das Insekt schlägt vergeblich mit den Flügeln, um sich aus dieser bedrohlichen Situation zu befreien. Obwohl ihm sicher nicht dazu zumute ist, erzeugt es dadurch ein ebenso ästhetisch ansprechendes wie physikalisch interessantes Wellenmuster.
Dieses Muster ist die Überlagerung der beiden Wellensysteme, die durch die phasengleich mit konstanter Frequenz wie die Tupfer einer Wellenwanne auf und ab bewegten Flügel hervorgerufen werden. Weiterlesen

Ambivalente Farbfilme auf dem Wasser

Nach einer längeren Radtour ruhe ich mich am Strand des Großen Meeres aus. Dass dieser Binnensee mit Meer bezeichnet wird, während man von der See und Nordsee spricht, die ich nun wirklich als Meer bezeichnen würde, beschäftigt mich einen Moment. Dann werde ich durch die zahllosen Versuche abgelenkt, die jemand unternimmt, um den Außenbordmotor seines Bootes zu starten. „Jau, beim achten Mal…“, lästern einige Jugendliche, die den Auftritt des Bootsführers aktiv verfolgen, weil sie sonst nichts zu tun haben.
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Natürliche Zerrspiegel

Als ich jemandem das Foto mit den beiden Schwänen zeigte, kam die witzig gemeinte Bemerkung. Die armen Schwäne müssen doch irgendwann verzweifeln, wenn sie ständig ein solches Selbstbild vor Augen haben. Müssen sie nicht, denn sie können es gar nicht sehen, wie man aus eigener Erfahrung feststellen kann, wenn man selbst in einem leicht welligen Gewässer schwimmt und die Spiegelungen auf den Wasser im Blick hat. Wenn man in der Nähe des Ufers schwimmt, zeigen die Spiegelbilder die verzerrte Ufergegend (Bäume, Häuser). Weiter draußen sind es eher schwankende Bereiche des Himmels, die umso langweiliger sind, je weniger bewölkt es ist. Weiterlesen

Fundstück 8 – Steinschicht im Steinbruch

Von Zeit zu Zeit besuche ich einen in der Nähe gelegenen seit langem stillgelegten und bereits teilweise von der Natur zurückeroberten ehemaligen Steinbruch. Er besteht an einigen Stellen aus Steinschichten, die man nahezu ohne Hilfsmittel abheben kann. Vermutlich Sedimente eines vorzeitlichen Strandes, der noch nicht von Menschen besucht wurde. Einige der freigelegten Stellen offenbaren sehr schöne Muster. Um die Farben besser zum Vorschein zu bringen, habe ich die vorliegende Platte vorher gewässert (siehe Foto). So wird daraus ein steinernes Kunstwerk.

Morgenstimmung am Meer

Vor dem Leuchtturm blieb er stehen und übersah die flüssige Wüste vor sich, die so viel weiter reichte als das Auge und über der… ein Wolkenband aufgezogen war, eine Art zweiter sonnengeröteter Horizont.*

Der Sonnenaufgang war wie ein geheimnisvolles Schattentheater. Nur ab und zu ließen die Wolken etwas Licht hindurch und ließen das was sich hinter dem „Vorhang“ abspielte nur erahnen. Ich kam mir vor wie in Platos Höhle. Das durch die Wolkenlücken hindurchbrechende Licht wurde auf den ruhigen Teilen des Meeres und im Vordergrund an den von den zurückweichenden Wellen freigegebenen glatten Strandpartien reflektiert.


* Anne Weber. Tal der Herrlichkeiten. Frankfurt 2012, S. 215

Sonnenabbilder – Elemente des Schwertes der Sonne

Schwert_Reflex_052rvWenn ich am Ufer des Meeres die direkt auf mich zulaufende Lichtbahn der tiefstehenden Sonne auf dem Wasser beobachte, habe ich den Eindruck eines weitgehend einheitlichen Gebildes, einer Brücke des Lichts. Dieser Eindruck täuscht, denn dieses Schwert der Sonne setzt sich aus zahlreichen Lichtpunkten zusammen, die je nach der Orientierung der Wellenflanken, an denen das Licht in mein Auge reflektiert wird, mal hier und mal dort aufblitzen. Weil ich ein sehr großes Gebiet des Gewässers überblicke, sehe ich sehr viele Lichtblitze, scheinbar flächendeckend auf einen mehr oder weniger schmalen Streifen beschränkt. Weiterlesen

Blau wie das Meer

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 3 (2020), S. 66

Mit tausend Augen blickte der Fluß ihn an,
mit grünen, mit weißen,
mit kristallnen, mit himmelsblauen
Hermann Hesse (1877–1962)

Im Alltag erscheint uns Wasser völlig transparent. Tatsächlich hat es eine blaue Eigenfarbe – doch die bemerkt man erst beim Blick durch dicke Schichten. Zusätzlich verändern Reflexionen und Schwebeteilchen den optischen Eindruck.
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Als der Auftrieb noch die Eigenschaft des Leichten war…

Als ich nach dem Regen an dem kleinen Gewässer vorbeiging, hatte ich wieder einmal das ungute Gefühl beobachtet zu werden und zwar aus tausend Augen. Naja, nicht ganz. Jedenfalls fühlte ich, wie meine Bewegungen eine simultane Antwort in den zahlreichen Blasen erfuhr, die durch die dicken ins Wasser fallenden Regentropfen erzeugt worden waren. Es waren alles Spiegelbilder meiner selbst und zwar in jeder Blase gleich mehrfach.
Wie solche Basen entstehen, hat bereits Francis Bacon (1561 – 1626) vor etwa 400 Jahren zu erklären versucht. Die neuzeitlichen Wissenschaften waren gerade im Entstehen begriffen. Bacon schreibt (in einer etwas altertümlichen Übersetzung aus dem Lateinischen):
Auch die Eigenschaft des Leichten, dass es nach oben steigt, schwankt etwas; als Bündniss-Fall kann hier die Wasserblase gelten. Ist die Luft unter dem Wasser, so steigt sie schnell nach dessen Oberfläche, und zwar durch jene schlagende Bewegung, wie Demokrit sie nennt, durch welche das niedersteigende Wasser die Luft schlägt und nach oben treibt, aber nicht durch das Bestreben und Drängen der Luft für sich.  Sobald sie zur Oberfläche des Wassers gelangt ist, wird die Luft am weitem Aufsteigen durch einen leisen Widerstand des Wassers gehemmt, da dieses sich nicht sofort zerreissen lässt. Deshalb ist das Drängen der Luft nach Oben nur sehr schwach.*
Auch wenn man das heute im Lichte der neuzeitlichen Physik präziser beschreibt, ist es doch erstaunlich, dass man bereits damals ein Auge für die kleinen Dinge des Alltags hatte – vielleicht sogar mehr als heute.
Übrigens tauchen die Selfies in jeder der Blasen gleich mehrfach auf…


* Francis Bacon. Neues Organon: Große Erneuerung der Wissenschaften. Berlin 2017, S. 176

Fenster im leichten Schneegestöber

Wenn Schnee oder Graupel ans Fenster schlagen kann man oft einen interessanten Wachstums- und Strukturbildungsvorgang beobachten, insbesondere dann, wenn die Außentemperaturen nicht zu niedrig und die Raumtemperatur einigermaßen hoch ist. Der Schnee haftet zunächst an der Scheibe, beginnt durch die Scheibe erwärmt zu schmelzen und auf dem dadurch entstandenen „Schmierfilm“ durch die Gravitationskraft beflügelt abzugleiten. Der Vorgang vorläuft manchmal sehr langsam, weil die Adhäsionskraft zwischen Wasserfilm und Scheibe am oberen Ende überwunden und am unteren Ende neu gebildet werden muss. Weiterlesen

Vom Anblick zum Durchblick

Denn der richtige Durchblick kommt dann zustande, wenn der Künstler die Kunst der systematischen VERZERRUNG beherrscht. Falschheit hinzunehmen ist die Voraussetzung eines „realistischen“, d. h. „richtigen“ Bildsehens*.

In diesem Fall war es kein Künstler sondern die Natur, die diese naturschöne Verzerrung einer ansonsten profanen Oberfläche ins Ästhetische versetzte.


* Walter Benjamin (1892 – 1940)

Optische Täuschungen 10: Weitere Täuschungen

Optische Täuschungen gibt es nicht nur als raffiniert hergestellte künstliche Objekte, sondern können in zahlreichen Alltagssituationen beobachtet und mit einfachen Argumenten der geometrischen Optik beschrieben werden. Auch wenn das Wort „Täuschung“ meist negativ konnotiert ist, sollte nicht übersehen werden, dass wir in vielen Bereichen der Wahrnehmung, Beschreibung und Erklärung der Welt von optischen Täuschungen profitieren und sie gar nicht als solche ansehen. Dass wir uns auf dieser Gratwanderung zwischen Schein und Sein in extremen oder seltenen Situationen zuweilen genarrt und getäuscht sehen, sollte als unvermeidlicher Tribut an die positiven Aspekte der optischen Täuschung in Kauf genommen werden. Ganz abgesehen davon sind – wie in diesem Beitrag gezeigt werden sollte – viele dieser Täuschungen lustig, faszinierend und die physikalische Intuition herausfordernd. Überdies können sie eine Bereicherung für den Physikunterricht darstellen.
Täuschungen waren auch schon vor dieser Serie Gegenstand dieses Blogs, ohne dass mir bewusst wurde, dass immer wieder neue hinzukommen würden. Einige dieser Beiträge seien hier nocheinmal zusammengestellt:

  1. Täuschung und Enttäuschung
  2. Kippfiguren im Alltag
  3. Qualitative „Spektroskopie“ im Alltag
  4. Schau nicht so genau hin
  5. Von wegen 3D
  6. Licht im Schatten
  7. Eingebildete Farben
  8. Physik am Pool
  9. Wenn der Pool ins Schwimmen gerät
  10. Schwebende Lichtkugel

Steine: Schön strukturierte Pflastersteine

Beim Flanieren in Städten ist meine Aufmerksamkeit nicht nur auf Menschen und Gebäude gerichtet. Auch der steinerne Belag von Fußböden und Bürgersteigen gehören dazu. Es ist erstaunlich, wie viele Informationen in diesen Nebensächlichkeiten stecken, ganz abgesehen davon, dass man ihnen nicht selten auch ästhetische Aspekte abgewinnen kann (siehe auch hier und hier und hier und hier und hier). Weiterlesen

Eiskügelchen auf dem Gras

Nach einer kalten Nacht findet man häufig die Pflanzen in weißem Reif gekleidet vor. Diesmal war es offenbar anders. In dieser Nacht wurde noch eine Zwischenstufe eingeschaltet. Indem es sich relativ langsam abkühlte, sank die relative Feuchte bei positiven Temperaturen unter den Taupunkt, sodass der überschüssige Wasserdampf zunächst an den Pflanzen zu Wassertropfen kondensierte. Nachdem die Temperatur dann unter den Nullpunkt sank, gefroren die Tropfen zu kleinen Eiskugeln, so wie sie auf dem Foto zu sehen sind. Weiterlesen

Reines Wasser ist blau

Wasser ist transparent und farblos. Das ist der Eindruck, den man gewinnt, wenn man ein Glas Wasser trinkt oder unter der Dusche steht.
Vom Strand aus betrachtet sieht es so aus, als sei das Wasser blau oder blaugrün.
Angesichts dieser Diskrepanz beruhigt man sich vielleicht damit, dass das Meerwasser an sich ebenfalls farblos ist und nur durch die Reflexion des Himmelslichts blau wird oder bei Sonnenuntergang auch mal rot.
Was ist nun richtig? Weiterlesen

Die schönen Muster des Herbstes

Zu den schönen Mustern des Herbstes zähle ich auch das im Foto dargestellte Gebilde.
Aufgrund der kühlen Herbstnächte kommt es vermehrt zur Taubildung im Gras und anderswo. Als ich vor ein paar Tagen barfuß über den morgendlichen Rasen stapfte, kam dieses einem Miniatur-Kneipp-Gang gleich. Dabei entdeckte ich im Gras Nester mit solchen schönen Tropfenmustern, die es wert waren noch einmal hin und her zu kneippen, um den Fotoapparat zu holen. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Oktober

Wie kommen die Teile in die Tropfen?


Erklärung des Rätselfotos des Monats September 2019
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Der pulsierende Flüssigkeitsstrahl

H. Joachim Schlichting. Physik in  unserer Zeit 50/5 (2019), S. 251

Beim Bestreben eines horizontal aus einer Öffnung austretenden flachen Flüssigkeitsstrahls Zylinderform anzunehmen, schießt er aus Trägheit über das Ziel hinaus.

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Man sieht nicht, was man zu sehen glaubt…

In den Scheiben des Schiffes spiegeln sich die Sonnenreflexe des welligen Wassers. Und umgekehrt, so ist man geneigt zu sagen, spiegeln sich diese Spiegelungen in den Scheiben im Wasser. Doch so einfach ist es nicht.
Wie man an den Schatten erkennen kann, strahlt die Sonne von rechts oben auf die Breitseite des Schiffs und auf die Wasserfläche davor. Weiterlesen

Hunde im Schleudergang

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaften 9 (2019), S. 58 – 59

Er schüttelt es ab,
wie der Hund den Regen
Karl Simrock (1802 – 1876)

Viele Landtiere trocknen ihr nasses Fell besonders effektiv, indem sie ihren Körper schnell hin und her drehen. Das überträgt große Kräfte auf das anhaftende Wasser, wodurch es zu den Haarspitzen drängt und sich dort rasch ablöst. Weiterlesen

Zur Sommensonnenwende 2019

Der Tag ging in einem klaren, stillen und wunderbaren Glanz zu Ende. Das Wasser glitzerte friedvoll; der Himmel, ohne einen Makel, war eine wohltuende Unendlichkeit reinen Lichts; sogar der Dunst der Sümpfe von Essex glich einem Gewebe aus leuchtender Gaze, das von den waldigen Höhen des Binnenlands herabhing und seine durchsichtigen Falten über die flachen Ufer warf. Nur die Düsternis im Westen, die weiter oben über dem Fluss lag, wurde von Minute zu Minute tiefer, als reize sie das Nahen der Sonne.
Und endlich sank die Sonne in einem krummen und nicht wahrnehmbaren Sturz zum Horizont hinunter und war nun nicht mehr gleißend weiß, sondern dumpf und rot und ohne Strahlen und Wärme, als wolle sie gleich verlöschen, tödlich getroffen, weil sie jene Düsternis berührt hatte, die über einer Masse aus Menschen lastete.
Sofort veränderte sich das Wasser, und es wurde weniger klar und leuchtend, dafür umso tiefgründiger. Die breite Mündung des alten Flusses lag, während der Tag verging spiegelglatt da, nach Jahrhunderten treuer Dienste, die er den  Geschlechtern an seinen Ufern geleistet hatte.*


*Joseph Conrad. Herz der Finsternis. München 2004

Abstrakte Kunst auf dem Teich

Was hier wie ein modernes Kunstwerk daher kommt, ist eine ganz natürliche Situation. Sie zeigt die spiegelnde Reflexion eines aus quadratischen Elementen bestehenden Zauns, die sich wie Millimeterpapier auf das leicht gewellte Wasser eines Teichs legen. Die Wellen selbst sind als solche kaum zu erkennen; sie ergeben sich indirekt aus den deformierten Spiegelungen im Vergleich zum ungestörten Muster des Zauns. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Juni 2019

wasserwellenschwerter_p1030Wie kommt es zu der Karomusterung der Wasseroberfläche?


Erklärung des Rätselfotos des Monats Mai

Frage: Warum dominiert die Kreisförmigkeit?
Antwort: Die Blasen wurden auf der Wasseroberfläche in einer Regentonne beobachtet. Nachdem es aufgehört hatte zu regnen, tröpfelte das restliche Wasser noch eine ganze Zeit lang in die Tonne. Fast jeder Tropfen erzeugte dabei eine Blase. (Wie das möglich ist, kann man in einem früheren Beitrag nachlesen.) Es erscheint uns selbstverständlich, dass Blasen dazu tendieren, Kugelform bzw. auf dem Wasser das Zweitbeste, nämlich nahezu Halbkugelform anzunehmen.
Als Kugel nimmt die Seifenhaut die kleinste Fläche ein, um das gegebene Luftvolumen zu umschließen. Da zur Ausbildung der Seifenoberfläche Oberflächenenergie nötig ist, wird durch die kleinste Oberfläche die Oberflächenenergie minimiert. Dahinter steckt das Prinzip der Natur, unter den gegebenen Umständen so viel Energie wie möglich an die Umgebung abzugeben (2. Hauptsatz der Thermodynamik).
Wenn sich zwei Blasen zusammentun, ist die Vergrößerung der Oberfläche und damit der nötigen Grenzflächenenergie kleiner als die Summe der Vergrößerungen durch die einzelnen Blasen. Daher ziehen sich die Blasen an und bilden einen Blasenteppich anstatt einzeln auf der Wasseroberfläche zu driften. Die Anordnung in diesem Teppich ist der Tendenz nach hexagonal, weil dadurch ebenfalls eine Minimierung der eingenommenen Oberfläche erreicht werden kann. Und wenn die Umstände es erlauben, strebt auch noch der gesamte Blasenteppich zur Kreisform, weil auf diese Weise die Grenze zwischen Blasen und freier Oberfläche und damit abermals der Oberflächenenergie minimiert werden kann. Das ist im vorliegenden Beispiel nahezu realisiert.
Die Minimierung der Randlänge zwischen freier Wasseroberfläche und Blasenteppich findet man auch noch in der Lochform wieder, die durch die fallenden Tropfen gebildet wird.
Reine Wasserblasen sind sehr kurzlebig. Die Langlebigkeit der hier vorgefundenen Blasen ist der Verunreinigung des Wassers mit Pflanzenresten zuzuschreiben, die eine ähnliche Wirkung auf die Oberflächenspannung und damit auf die Lebensdauer der Blasen hat wie die Tenside bei Seifenblasen.

 

 

Schatten mit Wasser auslöschen

Auf dem Foto sieht man einen normalen Schatten bei bereits tief stehender Sonne. Merkwürdigerweise wird er durch eine Wasserfläche weitgehend ausgelöscht. Wie kommt es dazu?
Die Wasserfläche erscheint heller als die Umgebung. Sie glänzt außerdem in der Farbe des Himmels blau. Mit anderen Worten, die Wasserfläche wird durch das Streulicht des Himmels beleuchtet, das natürlich auch dahin kommt, wo das Sonnenlicht ausgeblendet wird, in den Schatten der Person. Nun könnte man gegen dieses Argument einwenden, dass nicht nur die Wasserfläche vom Himmel beleuchtet wird, sondern auch das übrige Gebiet insbesondere nicht benetzte Schatten. Während das Himmelslicht jedoch auf dem rauen Asphaltboden zum einen stark absorbiert und zum anderen diffus reflektiert wird und daher nur wenig davon ins Auge des Betrachters gelangt, kommt es auf der Wasseroberfläche zu einer spiegelnden Reflexion des Himmelslichts in voller Intensität und Farbe: Das aus einer bestimmten Richtung einfallende Licht wird nach dem Reflexionsgesetz im Bereich des Wassers vollständig in die Augen reflektiert. Im sonnenbeschienenen trockenen Bereich dominiert natürlich die diffuse Reflexion des wesentlich intensiveren Sonnenlichts.
Interessanterweise erscheint die durch die spiegelnde Reflexion des Himmelslichts bedingte Aufhellung nahezu unabhängig von der Richtung zu sein. Das liegt daran, dass der Himmel als Lichtquelle aus nahezu allen Richtungen strahlt und eine Änderung des Beobachterstandpunkts nur zur Folge hätte, dass das Licht aus einer entsprechend anderen Region des Himmels ins Auge gelangte.
Wenn die Lichtquelle auf einen kleinen Bereich beschränkt wäre, wie etwa das Licht der Sonne, würde man feststellen, dass die Aufhellung nur in einem ganz bestimmten Winkelbereich erfolgte.
Das ließ sich in dieser Situation leicht überprüfen, indem ich mich so positionierte, dass die Stelle des Himmels reflektiert wurde, an der die Sonne stand. Folglich wurde nunmehr das Sonnenlicht spiegelnd ins Auge reflektiert (siehe untere Abbildung) und ließ weger ihrer wesentlich größeren Intensität die Wasserfläche geradezu aufflammen und, sodass ich geblendet mich sofort abwenden musste.
Außerdem ist deutlich zu erkennen, dass in diesem Fall der Schatten nicht ausgelöscht wird. Denn im Schatten kann das Sonnenlicht wegen seiner lokalen Begrenzung (siehe oben) gewissermaßen definitionsgemäß nicht reflektiert werden. Doch (mindestens) eine Frage bleibt: Müsste nicht eine Aufhellung der Beinschatten in der Pfütze durch das Himmelslicht zu beobachten sein. Theoretisch ja, im Vergleich mit der Intensität des reflektierten Sonnenlichts ist die Intensität des reflektierten Himmelslichts jedoch so gering, dass man auf ein und demselben Foto davon so gut wie nichts sehen kann.
Und noch etwas ist interessant. Dass es überhaupt zu spiegelenden Reflexionen im Bereich des nassen Asphalts kommt, liegt daran, dass das Wasser die unregelmäßigen Lücken im rauen Asphalt schließt und daraus eine glatte Fläche macht.

Filigrane Sanddächer in der Wüste

Einfach gesagt, besteht die Sandwüste aus zahlreichen hellen und dunklen in Größe und Form geringfügig voneinander abweichenden Körnchen. Ihre Wechselwirkungen beschränken sich darauf, dass sie sich stoßen und reiben. Dennoch vermögen sie auf diese Weise erstaunlich reichhaltige und ästhetisch ansprechende Strukturen hervorzubringen, die wir bereits an zahlreichen Stellen dieses Blogs in Wort und Bild gewürdigt haben (z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier ). Weiterlesen

Geröstetes Brot hinterlässt Feuchtigkeitsspuren

Als ich eine Scheibe heißen, gerösteten Brots auf ein rustikales Brettchen legte und nach kurzer Zeit zur Seite schob, sah ich erstaunt, dass es einen ziemlich feuchten Abdruck hinterlassen hatte.
Merkwürdig. Sollte das der Hitze ausgesetzte Brot nicht vielmehr noch trockener sein als vor dem Rösten?
Physik sei Dank ging alles mit rechten Dingen zu. Bei höherer Temperatur ist die maximale Feuchte (also die Konzentration von Wasserdampf in der Umgebung, die nicht überschritten werden kann, ohne dass der dann überschüssige Dampf kondensiert) größer als bei niedrigerer Temperatur. Weiterlesen

Eine abgrundtiefe Illusion

SpiegelungWasserLanzarote002arvWährend der Besichtigung einer Grotte auf der Kanareninsel Lanzarote entfernte ich mich ein wenig von der geführten Gruppe und blieb erschreckt vor einem tiefen Abgrund stehen. Ich beugte mich vorsichtig über den Rand und war angesichts der Tiefe der vor mir liegenden Schlucht der Meinung, dass man an dieser Stelle unbedingt eine Barriere und einen Hinweis auf die Absturzgefahr hätte anbringen müssen. In dem Moment rief mich auch schon der Touristenführer ärgerlich zurück und kam mir mit dem Rest der Gruppe entgegen. Er nutzte noch einmal die Gelegenheit der ganzen Gruppe einzuschärfen doch zusammenzubleiben, weil man sich ansonsten unnötig in Gefahr begeben würde.
Dann erzählte er einiges über die angebliche „Geschichte“ dieser Schlucht und endete mit der Frage, wie tief sie wohl sei. Einige beugten sich vorsichtig über den Rand und gaben ihre Schätzungen ab. Dann schlug jemand vor, eine Münze oder ein Steinchen in die Schlucht zu werfen, die Sekunden bis zum Spiegelung-Pfütze-MS-DomplaAufschlag zu zählen und daraus die Tiefe zu berechnen. Ich vergegenwärtigte mir auch schon die Formel des freien Falls für die Berechnung: Die Fallstrecke ist gleich 5 mal der gezählten Sekunden zum Quadrat. Doch so weit kam es nicht. Denn als die erste Münze in den Abgrund fiel, hörte man nur ein leichtes Platschen und der Abgrund zerbrach in einem Farbengewirr. Denn er bestand aus einer nur drei Zentimeter dicken Wasserschicht, in der sich das bonbonfarben ausgeleuchtete Gewölbe der Grotte spiegelte. Erst durch die Zersplitterung des glatten Wasserspiegels ging auch unsere Illusion zu Bruch.
Man kennt solche Spiegelungen auch aus dem Alltag, wie im unteren Bild zu sehen ist. Aber keiner käme auf die Idee, darin einen auf dem Kopf stehenden Kirchturm in einer tiefen Schlucht zu sehen. Der Kontext macht hier wie so oft den Text: Die sofort zu erkennende Ähnlichkeit mit einem realen Gebilde verrät die Spiegelillusion. Die Gewölbestruktur in der Grotte ist aber aufgrund ihrer Unregelmäßigkeit und Unvertrautheit nicht etwas, das man sofort wiedererkennt, wenn es denn zum zweiten Mal und dann auch noch auf dem Kopf stehend auftritt. In den Wasserspiegel blickend war nicht auf den ersten Blick zu erkennen, dass es sich hier nur um eine umgekehrte Abbildung der über uns befindlichen Grottendecke handelte. Hinterher war man natürlich schlauer und konnte durch einen direkten Vergleich von Original und Abbild die Spiegelung erkennen.
Das Beispiel macht einmal mehr deutlich, dass wir durch Spiegelungen leicht getäuscht werden können, weil diese bei einem guten Spiegel ein täuschend echt wirkendes Abbild des Originals darbieten. Zwar wird von der Wasseroberfläche nur ein Bruchteil des auftreffenden Lichts reflektiert, so dass bei einer Pfütze oder einem See die Spiegelungen in den meisten Fällen durch das wesentlich intensivere Streulicht der Umgebung überstrahlt werden. Aber in bestimmten Fällen, vor allem dann wenn der Boden unter der Wasserschicht dunkel ist und kaum Licht reflektiert und die gespiegelten Gegenstände hell sind, kann das Spiegelbild in Konkurrenz zum Original treten.

Kristallin überzuckertes Eisfachwerk

Nachdem ich nach der „Regenzeit“ und zu Beginn der ersten frostigen Nächte die Bildung von Eisstrukturen (hier und hier und hier und hier) beobachten konnte, muss ich nunmehr nach anhaltend kaltem Wetter mit den Eisstrukturen vorlieb nehmen, die die Pfützen zurückgelassen haben, nachdem das restliche Wasser versickert ist und das Eis auch den Pfützenboden erreicht hat. Auch da gibt es noch viel zu sehen. Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Dezember 2018

Wie kommt es zu diesen Lichtschweifen?

 


Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat:

Frage: Warum rotiert die Kugel fast reibungsfrei?
Antwort: Im öffentlichen Raum trifft man oft Kunstwerke in Form von rotierenden Steinkugeln an. Sie sind passgenau in eine sphärische Lagerung eingelassen und werden von einem dünnen Wasserfilm getragen. Dadurch wird die Reibung mit dem Untergrund so stark herabgesetzt, dass die oft tonnenschweren Kugeln mit Hand in Drehung versetzt werden können. Oft behalten sie diese Drehung sehr lange bei, weil sie wegen der großen Masse ein sehr großes Trägheitsmoment besitzen. Daher sind die wegen der geringen Reibung nur geringen Energieverluste kaum zu bemerken.
Das Wasser wird in der Mitte unter der Kugel in den Zwischenraum gepresst und tritt an der oberen Kante der Lagerung wieder aus. Bei den großen Kugeln im öffentlichen Raum ist man meist überrascht, wie gering die ausströmende Wassermenge und wie dünn der Wasserfilm sind. Eine Postkarte lässt sich normalerweise nicht in den Zwischenraum zwängen. Da solche Kugeln oft im öffentlichen Raum stehen, wird dies schon aus Sicherheitsgründen erforderlich, damit Kinder nicht ihre Finger dazwischen stecken können. Dieser geringe Zwischenraum bedeutet, dass die polierten Kugeln äußerst präzise gearbeitet sein müssen. Angesichts dieser Präzision kann man sie trotz der geringen Komplexität und der Gewöhnlichkeit des Materials als High-Tech-Produkte ansehen.
Der Druck, mit dem die Kugel in der Schwebe gehalten wird ist erstaunlich gering. Er wird dadurch aufrechterhalten, dass durch einen Zufluss in der Mitte der Kugelkalotte Wasser in den Zwischenraum gepresst wird. Dieses erzeugt einen Keil zwischen Kugel und Lagerung und trennt beide voneinander.

Rätselfoto des Monats November 2018

Warum rotiert die Kugel fast reibungsfrei? Weiterlesen

Virtuelle Multiplikation von Kugeln

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Unter dem Pflaster liegt der Strand

Vielleicht träumt die Eine oder der Andere vom fernen Strand, wenn er in der Alltagshektik über das Pflaster eilend überhaupt dazu kommt, den entsprechenden Gedanken Raum zu geben. Aber Raum braucht es dazu gar nicht so viel. Als ich nämlich kürzlich nach einem Regenschauer vom Wetter genervt durch die Stadt laufe, um der nächsten undichten Wolke zu entgehen, trifft mich – ich hätte beinahe gesagt, wie aus heiterem Himmel – ein verheißungsvoller Anblick, der sich ganz diskret in einer Wasserlache entfaltet. Weiterlesen

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