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freier Fall 2 Drucken
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Bemerkungen, ...

freierFall

... was man aus diesem Bild so alles sehen kann:

 

Erstmal gelingt eine solche Aufnahme heutzutage wohl ganz einfach, wenn man alle Automatik einer modernen Digitalkamera abschaltet, die Blende möglichst weit aufmacht, die richtige Belichtungszeit durch Ausprobieren findet und dann den Modus 'schnelle Bildfolge' ein paar dutzend Fotos macht. Dann ist so ein faszinierendes Bild dabei.

Aber was ist über diesen eingefrorenen Moment des rasend fallenden Eiswassertropfens hinaus zu bemerken?

  • Sicherlich leigt die Temperatur des Wassers ziemlich genau bei 0°C, weil sich das Wasser ja eben aus dem Eiszapfen gebildet hat. Und Eis hat nun normalerweise höchstens 0° C, und die Sonne hat mit ihrer Energie sicherlich nur zum Phasenübergang, nicht zur Erwärmung des Wassers beigetragen.

  • Der Tropfen befindet sich, abgesehen von der Luftreibung im freien Fall, ist also in einem "schwerelosen" Zustand. Deshalb kann er sich ja mithilfe seiner inneren Kohäsionskräfte auch kugelförmig formen. Innerhalb des Tropfens geht dann sicher zu in der Raumstation ISS, wo das Zeugs auch einfach so durch den Raum schwebt: Link

  • Dass wir meinen, der Tropfen falle zur Erde, wird von den Bewohnern des Tropfen nicht geteilt werden. Sie sehen, wie die Erde auf sie zurast und in Kürze den Tropfen zerstäuben wird.

  • Für einen Beobachter von "weit draußen" allerdings bewegen sich Tropfen und Erde aufeinander zu. Dies folgt aus Newtons Gesetzen. Allerdings beschleunigt die auf beide Körper wirkende Gravitationskraft zu etwa γ·(M·m)/0.8² oder einfacher 4/3·0.003³ρ·9.81 ≈ 0.4μN den Tropfen mit seiner kleinen Masse deutlich stärker als die Erde mit ihrer riesigen Masse. Dennoch, es ist wie beim Mond-Erde-System: Der Mond fällt in Richtung Erde und die Erde in Richtung Mond. Nur die zum Bahnradius passende Bahngeschwindigkeit des Mondes sorgt, dafür, dass der Mond uns nicht auf den Kopf fällt.

 

 

 
Schneemuster Drucken
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Schneemuster

Heute Nacht - 7.12.2013 - hat der Wintersturm "Xaver" dieses Schneemuster, hingezaubert. Aber wie hat er dieses Muster erzeugt? 

Da muss man mal wohl ein wenig Wärmelehre betreiben ...

Demnächst ...

SchneeMuster

 
deutscher Zukunftspreis 2013 Drucken
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deutscher Zukunftspreis 2013:

Preis für Ultrakurzpulslaser - in Arbeit

Anl. der Verleihung des detschen Zukunftspreises sollte man vielleicht über "das Licht" reden. Dies ist zwar recht mutig, weil sogar Physiker auf die Frage, was das Licht eigentlich sei, mit den Schultern zucken und sich auf den sogenannten "Welle-Tielcvhen-Dualismus" rausreden. Aber damit ist der Laie möglicherweise nicht so ganz zufrieden. Möglicherweise musss er es aber sein!
Schauen wir mal kurz an, was die Preisträger gemacht haben und wenden uns dann dem Lichte zu...

Mit der konzentrierten Energie des Lasers lassen sich alle Werkstoffe schnell, präzise und in hoher Stückzahl wirtschaftlich bearbeiten. Die gemeinsame Forschungsarbeit von Bosch, TRUMPF und der Universität Jena hat ultrakurze Laserpulse von einem Mittel der Forschung zum erfolgreichen Werkzeug der Serienproduktion gemacht. 

Dr. rer. nat. Jens König, Dr. sc. nat. Dirk Sutter und Prof. Dr. rer. nat. Stefan Nolte: „Ultrakurzpulslaser für die industrielle Massenfertigung – produzieren mit Lichtblitzen“. Licht in Form energiereicher Pulse von Billionstelsekunden Dauer ermöglichen eine höchst präzise und zuverlässige Materialbearbeitung mithilfe von Laserstrahlung. Die Technologie wird bereits zur Fertigung vieler verschiedener Produkte eingesetzt.

Preistraeger

 Link auf ZDF-Beitrag - aktuell am 5.12.2013

Also, in der Bibel steht etwa, dass Licht ein Teilchenstrom sei, wenn ein "Stern ... seine Strahlen aussendet, ..." {Joh. 6,68}, aber schon viel früher hat man Licht als Welle betrachtet, wenn in Stonehenge angeblich ein Doppelspaltversuch gemacht worden ist. Was nun? Strahlen oder Welle?
Und wenn Strahlen, woraus bestehen die 'Strahlen', und wenn 'Welle', was wellt da? Aber bitte ohne Esotherik, nur mit Physik!
Graphik Breite 320 px
Licht als Teilchenstrom:
Wenn also Licht als ein Lichtstrahl begriffen wird, dann liegt es sehr nahe, den Strahl als die Teilchenspur zu begreifen. Damit postuliert man also Teilchen, welche durch den physikalischen Raum flitzen. Höchst erfolgreich ist diese Vorstellung in der sogenannten Strahlenoptik, welche schließlich die funtkionsweise von Lupe, Mikroskop, Fernrohr usw erklären kann. Siehe na:iLuL - Strahlenoptik.
Hiern nun aber soll der Blick auf die Lichtteilchen als Träger des ultrakurzen Laserinpulses der Forschungarbeiten des o.g. deutschen Zukunftspreises gerichtet werden.
Welche Daten haben wir:
"ultrakurz": wenige Piko- oder Femtosekungen ... also billionstel Sekunden
"enerigereich": vielleicht ein blauer Laser
"Leistung?": 
 
Graphik Breite 320 px
Licht als Welle:
 
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Mairegen Drucken
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Mairegen

 
Die Idee kam an einem Regentag: Da müsste man doch sehr schön beobachten können, wie Wellen sich ausbreiten, überlagern. Dann könnte man darüber nachdenken, ob dies nicht als einfaches Modell für astronomische Beobachtungen, zB von Doppelsternen dienen könnte ... Schaun mer mal.

Mairegen

Mairegen bringt Segen

 

Eigentlich sollte man aus diesem Bild das 'Alter' von Regentropfen, zumindest ihren Altersunterschied rausrechnen können ... Das Pflaster hat eine Größe von 40 x 40 cm, die Ausbreitungsgeschwindigkeit beträgt ca 0.4 sec für 20 cm ...

Regentropfenwellen

MaiRegenWellen

 Interessant ist sicher auch, warum am die Wellenfronten überhaupt sehen kann. An diesem Tag war sehr diesiges, regnerisches Wetter, also sehr diffuses Licht. Die HandyCam musste einen ganz bestimmten Winkel zur Pfütze einnehmen, damit man die Wellenfronten überhaupt aufnehmen konnte. Diese Winkelabhängigkiet sieht man sehr schön an der - fehlenden - Kreiswelle rechts oben im Bild. Auch die Überarbeitung mittels Photobearbeitung brachte da nix zum Vorschein ...
 
Andererseits sieht man sehr schön, dass sich Wellen ganz einfach durchdringen und dann gänzlich ungestört weiterlaufen. Wäre das nicht so, wäre Astronomie völlig unmöglich, dann das All ist ja voller Wellen, aus allen Richtungen.
Da ist es schon faszinierend, von der Geburt des Universums oder vom Venustransit Information zu erhalten.
 
 
 RegentropfenwellenKontur
Auf der Erde kommen Wellen ja sicher als Wellenfronten von ebenen Wellen, nicht Kreiswellen, an. Beobachtet man nun die Wellenfronten aus zwei verschiedenen Positionen ...
Graphik Breite 320 px
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Lufteisweiher Drucken
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beim Sonntags-Spaziergang entdeckt:

Luft-Eis-Weiher

Eigentlich - meint man - im Winter nicht ungewöhnlich: ein teilweise zugefrorener Weiher. Doch dann fällt auf, dass auf dem Eis Schnee liegt. Und dass der größte Teil des Weihers eisfrei ist. Dann müsste doch ....

 Also fährt man nach Hause, besorgt sich einen Fotoapparat, ein paar Thermometer bzw. Hygrometer und misst:

Lufttemperatur: 2,5 °C, Luftfeuchtigkeit: 68 %

Bodentemperatur am Ufer: 3,7 °C

Wassertemperatur an der freien Wasseroberfläche: 5 °C

Eistemperatur, in Ufernähe: 2 °C  :-))

Luftdruck, lt. wetter.de 1018,1 hPa

amLuftEisWeiher TempEis

TempLuftWasser

Da steckt doch ein Haufen Physik dahinter ... mit vielen Fragen:

-) Warum hat das Wasser 5 °C, wo doch Boden, Luft und Eis niedrigere Temperatur haben?

-) Wieso ist das Eis nicht schon längst geschmolzen?

-) Wieso hält die Schneedecke auf dem Eis über mehrere Stunden und schmilzt nicht weg?

-) Gibt es dort auch Wasser in dampfförmigem Zustand?

-) Ist die Szene wirklich so völlig statisch oder geht es im Wasser und darüber höchst dynamisch zu?

-) ...

 

 

Zur Beantwortung dieser und anderer Fragen braucht es ein Menge an Informationen:

zu Dichteanomalie von Wasser

zu Schmelzwärme

zu Wärmeleitfähigkeit von Wasser

zu Luftfeuchtigkeit

zu ...

Also, dann fangen wir mal an:

Wie man sieht, schwimmt auf dem Weiher - noch - eine Eisscholle. Also sollte das Wasser knapp über 0 °C haben. Andererseits liegt auf dem Wasser eine Luftschicht mit etwa 2,5 °C. Wärmt also die Luft das Wasser oder kühlt das Wasser die Luft? Da es ziemlich windstill war und die Energie normalerweise vom höheren zu tieferen Niveau strömt, sollte das Wasser die Luft erwärmen, etwa wie beim sog. maritimen Klima. Aber wer oder was hat das Wasser auf 5 °C erwärmt. Beim Schmelzen von wir schon eine größere Menge Energie frei, aber ob die hierfür ausreicht? Jedenfalls kann das 5°-Wasser nicht zum Seegrund fallen, denn dort lagert ja das 4°-Wasser.

Also: ...