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Wellenlänge

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Ringwellen in der Literatur

Wenn ihr einen Stein ins Wasser werft, so beurteilt ihr die Größe Masse und Gewicht des Steins nach den Zirkeln die er im Wasser beschreibt.*

Offenbar waren solche Veranschaulichungen von abstrakten Gegebenheiten mit Hilfe von Naturphänomenen zur Zeit von Jakob Michael Reinhold Lenz (1751 – 1792), der diese Zeilen geschrieben hat, verständlich. Heute würden viele Menschen ihre Probleme damit haben.
Lenz wusste also und setzte dieses Wissen auch bei seinen LeserInnen voraus, dass die „Zirkel“, also die Ringwellen, die ins Wasser geworfene Steine hinterlassen, je nach der Größe des Steins unterschiedlich ausfallen.
Für größere Steine beobachtet man nämlich, dass die von der Sinkstelle ausgehenden Wellen nach außen hin eine größere Wellenlänge aufweisen und sich daher mit einer größeren Geschwindigkeit ausbreiten als die mit der kleineren Wellenlänge. Bei sehr kleinen Steinen ist es genau umgekehrt.

Physikalische Erklärung


 * Jakob Michael Reinhold Lenz. Über Götz von Berlichingen. In: Essays und Reden. Berlin 2017.

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?

Rätselfoto des Monats August 2019

Fiel ein Tropfen Wasser oder ein großer Stein ins Wasser?


Komplexe_Reflexe_IMG_8800_ZErklärung des Rätselfotos des Monats Juli 2019

Frage: Wie kommt es zu den sechs verschiedenen Schattierungen?

Antwort: Ein Picknick am Ufer eines idyllischen Kanals in Ostfriesland im Schutz einer alten Brücke. Ich genieße den Blick auf das Wasser und empfinde die Mischung aus intensiven Farben, altem Ziegelbauwerk mit kräftig gelben Flechten übersät wie ein in Form und Farbe stimmiges Kunstwerk aus Natur und alter Technik. Hier stimmen die Proportionen, die Schattenränder und Reflexionen auf intuitiv empfundene Weise.
Doch nach einiger Zeit ergibt sich die Frage, wie eine einzelne Lichtquelle, die Sonne mit Reflexen und Schattenwürfen eine solche Vielfalt von Schattierungen hervorbringt, die aus mehreren unterschiedlich stark beleuchteten (mit den Ziffern 1 bis 5 bezeichnet) Bereichen bestehen.
Die Sonnenstrahlung fällt von schräg links oben ein und erhellt die Front der Brücke und einen Teil unterhalb des Brückengewölbes, der durch die halbkreisförmige Berandung begrenzt wird. Auf den ersten erscheint es merkwürdig, dass sich diese Berandung ohne merklichen Bruch auf der Wasseroberfläche fortsetzt und auch diese zu einem gewissen Grade aufhellt. Wie kann das sein? Das Wasser reflektiert das Sonnenlicht nicht nur spiegelnd, sondern auch diffus in alle Richtungen (2 und 5), also auch zum Beobachter hin bzw. in die Kamera. Dafür ist insbesondere die durch Schwebeteilchen im Wasser hervorgerufene Trübung verantwortlich. Die Tatsache, dass auch mein Schatten schemenhaft auf dem Wasser zu erkennen ist, zeugt davon: Ein perfekter Spiegel zeigt keine Schattenprojektion. Obwohl die Fortsetzung (2) der Aufhellung (1) an der rechtsseitigen bogenförmigen Berandung (5) zu erkennen ist, fällt auf, dass beim Übergang zwischen Wölbung und Wasseroberfläche ein gewisser Bruch auftritt. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Flächen einen Winkel von etwa 90° zueinander aufweisen.
Die spiegelnde Reflexion der erhellten Wasseroberfläche führt ihrerseits dem Reflexionsgesetz entsprechend dazu, dass der an die direkte Aufhellung (1) des Gewölbes angrenzende Teil (3) angestrahlt wird, wenn auch nicht so stark. Beide aufgehellten Bereiche des Gewölbes spiegeln sich ihrerseits im Wasser. Das Spiegelbild des hellen Bereichs (1) führt zum Spiegelbild (4), was deutlich an den gespiegelten Ziegeln zu erkennen ist. Aber auch der durch den Reflex des Wassers beleuchtete Teil (3) spiegelt sich im Wasser (2) und lässt die Ziegelstruktur des Urbildes schemenhaft erkennen. Der am schwächsten erleuchtete Teil (5) gibt nur das oben erwähnte Streulicht ab und hat keine weitere Unterstützung durch spiegelnde Reflexionen des Gewölbes. Wenn man allerdings ganz genau hinschaut, dann sieht man, dass selbst der dunkelste Bereich unter dem Brückenbogen noch so viel Streulicht empfängt, dass eine schemenhafte Spiegelung des Ziegelgewölbes zu erkennen ist.
Zugegeben, dieser Beitrag wirkt fast wie die Lösung eine Puzzle-Rätsels. Wer jedoch daran interessiert ist, die unterschiedlichen Aufhellungen nicht nur pauschal als interessantes Reflexionsspiel der Natur auf sich wirken zu lassen, sondern allein mit dem fast schon als bloßer Ausdruck der Beschaffenheit der Welt geltenden Reflexionsgesetzt rekonstruieren möchte, kommt voll auf seine Kosten.
Obwohl auf diesem Foto nichts gestellt und manipuliert wurde, sondern lediglich die natürlichen Gegebenheiten wiedergegeben werden, wie sie im Moment der Aufnahme waren, bin ich doch einigermaßen erstaunt darüber welche komplexen Bilder durch einfache Reflexionen natürlicherweise entstehen können.

Frühlingsfarben – Rapsgelb

rapsgelb_rvDraußen war alles beim alten. Gelbe Rapsfelder legten sich in den Wind, darüber tupfte der Himmel sein abgedunkeltes Blau über die Quellwolken, bis sie langsam verschwanden. Das Licht schlug in regelmäßigen Abständen gegen den Zug, aber die Farben rutschten an der glatten Oberfläche des Waggons ab, krallten sich einen Moment lang ans Fenster, verschwanden (Guy Helminger. Etwas fehlt immer. Berlin 2007).

Rapsgelb ist eine der ersten intensiven Farben des Jahres, die großflächig und unübersehbar in Erscheinung tritt. Sie scheint uns zu versichern, dass jetzt die helle Jahreszeit die Oberhand gewinnt. Die Farbe wirkt aber nicht nur auf Menschen. Die für uns rein gelb aussehenden Blüten weisen im für uns unsichtbaren ultravioletten Spektralbereich breite Leuchtstreifen auf (UV-Absorption), die als auffällige Saftmale von den Insekten wahrgenommen werden.  (Wildbienen können Licht bis zu einer minimalen Wellenlänge von 300 Nanometer, Menschen nur bis 380 Namometer  sehen). Die Bestäuberinsekten werden  davon angelockt und bestäuben im Gegenzug die Blüten.

Glocken sprechen mit der ganzen Stadt

Glocke_Koelner_Dom_rv2Glockenläuten ist zumindest auf dem flachen Land weit zu hören. In der Krummhörn (Ostfriesland) kann man oft das Geläut aus mehreren Dörfern gleichzeitig vernehmen. Manchmal ist es zeitlich so versetzt, dass das Läuten des einen Orts wie das Echo aus einem anderen erklingt. Ich zähle oft – kaum bewusst – die Glockenschläge mit und wundere mich dann je nach persönlicher Verfassung darüber, wie schnell oder wie langsam die Zeit vergeht.
Im Zeitalter der Informationsmedien sind Glocken zeittechnisch eher anachronistisch. Ein Blick auf die Armbanduhr oder das Smartphone macht die Zeit jederzeit sekundengenau verfügbar. Darüber sollte jedoch nicht vergessen werden, dass die Glocke teilweise noch vor hundert Jahren ein weitreichendes Informationsmittel war. Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799) weist schon vor über 200 Jahren auf diesen kommunikationstechnischen Aspekt hin, wenn er sagt: Weiterlesen

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