175 Impulse - Physikalische Denkanstöße im Jubiläumsjahr
Ab dem 14. Januar 2020 erscheinen hier 175 kunstvolle Zeichnungen zu alltäglichen Phänomenen und gesellschaftsrelevanter Physik. Diese "175 Impulse" laden dazu ein, über die physikalischen Hintergründe nachzudenken und zu diskutieren.
175. Impuls: Fußballstatistik
Fußballergebnisse lassen sich exakt vorhersagen! Zumindest, wenn man sehr viele Spielergebnisse summiert. Dabei nähert sich die Verteilung der gefallenen Tore pro Spiel einer sogenannten Poisson-Verteilung an. Damit eine solche Poisson-Statistik zustande kommt, müssen die Torchancen statistisch unabhängig sein. Das heißt, die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine Mannschaft eine bestimmte Anzahl an Toren schießt, hängt nicht vom konkreten Spiel ab. Kaum zu glauben, dass die Wahrscheinlichkeit von all den mitfiebernden Fans unbeeindruckt bleibt. Doch die Statistik legt diesen Schluss nah.mehr...
174. Impuls: Physik des Frisbees
Gleich zwei physikalische Effekte halten ein Frisbee lange Zeit in der Luft. Zum einen wirkt die gewölbte Oberfläche wie die Tragfläche eines Flugzeugs, welche Luft nach unten ablenkt und so der Scheibe Auftrieb verleiht. Aber bei einer simplen Tragfläche würden die angreifenden Luftreibungskräfte zu einer unkontrollierten Trudelbewegung führen. Es fehlt ein Stabilisierungsmechnismus. Ein Frisbee bekommt hingegen durch die Rotation einen hohen Drehimpuls, welcher sie dank der Drehimpulserhaltung gegen ungleichmäßig angreifende Luftreibungskräfte stabilisiert. Dieser erlaubt es der Frisbee in einem festen Winkel in der Luft zu stehen und somit lange Zeit stabil zu fliegen.mehr...
173. Impuls: Haifischhaut
Haie sind Meisterschwimmer! Wie gelingt es ihnen aber, sich so agil durchs Wasser zu bewegen? Kurz: Ihre Haut ist nicht glatt. Bewegen sich Körper mit glatter Oberfläche durchs Wasser, klebt die erste Schicht des Wassers, die Grenzschicht, fest an der Oberfläche. Erst darauf aufliegende, ebenfalls ”glatte” Schichten Wasser strömen um den Körper (laminare Strömung). Jedoch nur bis zum ”Windschatten”. Dort löst sich die Grenzschicht von der Oberfläche ab. Die Strömung franst aus, wird stark verwirbelt (turbulent) und bremst den Körper ab. Haie hingegen haben unzählige, besondere Schuppen. Deren Form, Flexibilität und Anordnung sorgen dafür, dass sich winzige Wasserwirbelchen über die Haut kräuseln und die darauf aufliegenden Wasserschichten bis weit in den Windschatten hinein ansaugen. Die Strömung folgt dem Körper, es kommt nicht zu Verwirbelungen und der Hai kann präzise manövrieren. Die Schuppen des Hais ähneln übrigens in ihrer Form eher winzigen Zähnen. Zudem haben sie eine durchblutete Wurzel.mehr...
172. Impuls: Wie Chamäleons sich verfärben
Chamäleons verfügen neben braunen, gelben und roten Farbpigmenten über lichtreflektierende Pigmentzellen, sogenannte Iridophoren. In diesen befinden sich Nanokristalle, die in Abhängigkeit ihrer Anordnung Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektieren. Chamäleons können daher durch aktives Anpassen des Nanokristallnetzes in ihren Hautzellen ihre Farbe ändern. Zudem gibt es eine zweite, tiefer liegende Schicht von Iridophoren in der Chamäleonhaut. Hier sind die Kristalle größer und weniger strukturiert angeordnet. Diese reflektieren Licht im Infrarotbereich, so dass sich das Chamäleon vor Hitze schützen kann.mehr...
171. Impuls: Akkubrand
Lithiumionenakkus liefern vergleichsweise hohe Spannungen pro Zelle (ca. 4V). Bei falschem Laden oder bei Beschädigungen kann im Akku eine leitende Brücke zwischen Anode und Kathode entstehen und einen Kurzschluss verursachen. Dies kann zum Beispiel durch einen Verarbeitungsfehler, der Metallspäne in den Elektrolyten gelangen ließ, oder durch einen Bruch des Akkus (wie im Bild) passieren. Die hohe Spannung und der plötzlich abfallende Innenwiderstand sorgen für hohe Leistungen. In kürzester Zeit wird also die geladene Energie auf kleinem Raum im Elektrolyten in Wärme umgesetzt, wodurch er sich entzünden und explodieren kann. Solche Brände sollten wegen des Reaktionsverhaltens von Lithium nicht mit Wasser gelöscht werden!mehr...
170. Impuls: Metall im Mikrowellenherd
Legt man metallhaltige Gegenstände (z. B. Teller mit Goldrand, Alufolie oder Messer) in eine Mikrowelle und schaltet sie dann an, so bilden sich an scharfen Kanten und Spitzen starke elektrische Felder, die spektakuläre und gefährliche Funkenüberschläge verursachen können. Die starken Felder gehen darauf zurück, dass Metalle Mikrowellenstrahlung reflektieren. Bei wasserhaltigen Speisen tritt dieser Effekt hingegen nicht auf, da Wasser die Mikrowellenstrahlung absorbiert (statt reflektiert). Selbst mit runden Metallgegenständen, wie z.B. Löffeln, kommt es selten zu Funkenüberschlägen, da starke elektrische Felder bevorzugt an scharfen Kanten entstehen. Komplett ausschließen lassen sich Funken dort allerdings nicht – daher solltet ihr sicherheitshalber keine Metallgegenstände in Mikrowellen stellen!mehr...
169. Impuls: Entspiegelte Brille
Kauft man eine Brille im Optikfachgeschäft, wird einem oft angeboten, die Brille “entspiegeln” zu lassen. Doch was heißt das eigentlich? Üblicherweise wird auf das Brillenglas eine dünne, transparente Schicht aufgedampft. Lichtstrahlen werden somit nicht nur direkt am Brillenglas reflektiert, sondern auch am Übergang zwischen der Schicht und dem Glas. Diese beiden reflektierten Strahlen überlagern sich und können sich dabei gegenseitig auslöschen. Man spricht von destruktiver Interferenz. Dieser Effekt hängt allerdings stark von der Wellenlänge und der Richtung des einfallenden Lichts ab, weshalb solche Antireflexschichten nicht alle Reflexionen verhindern können.mehr...
168. Impuls: Gestapelte Flüssigkeiten
Ihr möchtet Farbschichten in euer Glas zaubern? Dann ist dieses Experiment genau das Richtige für euch! Die vier Flüssigkeiten vermischen sich nicht, denn sie weisen verschiedene Anteile von Zucker auf und haben daher unterschiedliche Dichten. Flüssigkeiten mit geringerer Dichte schwimmen auf Flüssigkeiten mit höherer Dichte. Aus diesem Grund schwimmt beispielsweise auch Öl auf Wasser. Zum Färben wurde Lebensmittelfarbe verwendet.mehr...
167. Impuls: Physik der Lilienblüte
Lilienblüten kräuseln und öffnen sich durch sogenanntes differentielles Wachstum. Während sich die Knospe öffnet, wächst die zentrale Linie der Blütenblätter um rund 10 Prozent, wobei die Ränder rund doppelt so stark anwachsen. Durch diesen Unterschied baut sich eine mechanische Spannung in der geschlossenen Knospe auf und beim Öffnen kräuseln sich die länger gewordenen Blattränder.mehr...
166. Impuls: Gefälschter Whisky im Breitbandsignal
Braucht ihr noch ein Last-Minute-Geschenk zum Muttertag? Wie wäre es mit einem Spektrometer? Damit lässt sich unter anderem gefälschter Whisky entlarven. Der Whisky muss dazu nur mit breitbandigem Licht bestrahlt werden. Je nach enthaltenen Substanzen werden unterschiedliche Wellenlängen vom Whisky absorbiert. Diese Wellenlängen erreichen also nicht den Detektor. Ein gepanschter Whisky kann so aufgrund der absorbierten Wellenlängen erkannt werden.mehr...
165. Impuls: Knackende Fingerknöchel
Könnt ihr sie knacken lassen, eure Finger? Und habt ihr euch schon gefragt, warum sie knachen? Die Fingergelenke werden von Gelenksflüssigkeit geschmiert. Wenn das Gelenk nun belastet wird, wie es eigentlich nicht belastet werden soll (z. B. dass am Finger gezogen wird, oder das Gelenk überdehnt wird) entlädt sich die dabei aufgebaute mechanische Spannung schlagartig; die Knöchel rucken also extrem schnell in eine ‘günstigere, stabile Lage’. Der Druck in der Flüssigkeit sinkt dabei für einen Augenblick lang stark. So löst sich CO2 als Gasbläschen, das zuvor noch in der Flüssigkeit gelöst war. Die Bläschen platzen sofort wieder und geben das Geräusch.mehr...
164. Impuls: Kernkraftwerk
Alle kennen Kernkraftwerke, doch wie funktionieren sie eigentlich? Das hauptsächlich ausgenutzte Prinzip ist die Spaltung von schweren Atomkernen, wobei ein kleiner Teil der Masse in Energie umgewandelt wird. Die gewonnene Energie wird zum Erhitzen von Wasser genutzt. Der dabei entstehende Wasserdampf treibt eine stromerzeugende Turbine an. Wo der heiße Dampf erzeugt wird, ist abhängig von den Reaktortypen: Druckwasser- (in der Zeichnung abgebildet) und Siedewasserreaktoren. Entgegen der Erwartung vieler Menschen entsteht bei diesem Prozess kein CO2. Aus dem Kühlturm entweicht lediglich Wasserdampf, der durch die Turbine geleitet wurde. Jedoch entsteht radioaktiver Abfall, für den keine zufriedenstellende Endlagerung gefunden wurde. In Deutschland läuft die Standortsuche nach einem Endlager noch.mehr...
163. Impuls: Supernovae
Das Leben massereicher Sterne endet in einer gewaltigen Explosion – einer Supernova. Die Kernfusion im Inneren von Sternen erzeugt einen Druck nach außen, der den Stern gegen die Gravitation stabilisiert. Kommt die Fusion zum erliegen, weil das Material verbraucht ist, fällt dieser Druck weg und der Stern stürzt in sich zusammen. Doch Materie lässt sich nicht beliebig verdichten. Bei der maximal erreichbaren Dichte prallt das nachstürzende Gas ab und wird in einer gewaltigen Explosion nach außen geschleudert – der Supernova. Die extremen Bedingungen bei der Explosion können schwere chemische Elemente, wie zum Beispiel Gold, produzieren. Supernovae können so hell werden, dass sie das Licht ganzer Galaxien überstrahlen. Einige sogenannte Nebel, die man im Weltraum beobachten kann, sind Überreste solcher Supernovae.mehr...
162. Impuls: Helmholtzresonator – Flaschenorgel
Bläst man eine Flasche am Hals an, so entsteht ein Ton. Der Klang wird verursacht durch Luftwirbel, welche Druckschwankungen in der Flasche hervorrufen. Deshalb bewegt sich die Luft im Flaschenhals regelmäßig auf und ab. Sie schwingt in ihrer Grundfrequenz, die Flaschenwände verstärken diese Schwingung (Resonanz) und die Welle tritt durch die Luft, aus der Flasche heraus, aus. Füllt man nun Wasser in die Flasche, so verändert sich die Luftsäule und damit die Wellenlänge und Frequenz der Schwingung, welche die Tonhöhe bestimmt. Je mehr Wasser, also je kürzer die Luftsäule, desto höher der Ton.mehr...
161. Impuls: Supraleitung
Supraleitung tritt in manchen Festkörpern auf, worin Elektronen das Atomgitter leicht verformen und so andere Elektronen anziehen können. Bei Raumtemperatur dominiert die deutlich stärkere thermische Bewegung das Verhalten der Elektronen, wie auch in jedem gewöhnlichen Leiter. Unterhalb einer kritischen Temperatur (Sprungtemperatur) dominiert allerdings die Anziehung. Dort organisieren sich die Elektronen in Cooper-Paaren, welche reibungsfrei durch den Festkörper bewegt werden können – das Material wird supraleitend. Aktuell lässt sich Supraleitung allerdings nur unter sehr hohem Druck im Labor, oder bei Minusgraden erzielen. Dadurch können Supraleiter bereits in medizinischen Geräten wie MRTs eingesetzt werden, allerdings noch nicht in Überlandleitungen oder privaten PCs.mehr...
160. Impuls: Fahrrad – Drehimpuls oder Schwerpunkt?
Viele von uns benutzen das Fahrrad tagtäglich, aber warum fährt es eigentlich so stabil? Die große Erkenntnis aus Experimenten vor wenigen Jahren: Der Schwerpunkt des Lenkgestänges ist niedriger, als der Schwerpunkt der Hinterradkonstruktion mit Sattel, auf dem die Person sitzt. Deshalb kippt das Fahrrad bei seitlicher Störung vorne schneller als Hinten und lenkt sich wegen der Geometrie des Lenkgestänges von selbst gegen. Bereits bekannt war, dass der Nachlauf (N) des Vorderrades die einfache Spurhaltung ermöglicht (wie bei Rädern von Einkaufswagen ist der Auflagepunkt des Vorderrades beim Fahrrad in Fahrtrichtung hinter der Lenkachse), und dass der Gyroskop-Effekt zusätzlich Stabilität gibt (denn die Änderung des Drehimpulses L eines rotierendes Rades folgt immer dem Drehmoment, das durch eine äußere Kraft bewirkt wird, wodurch sich das Fahrrad bei genügend großer Geschwindigkeit selbst stabilisiert).mehr...
159. Impuls: Camera Obscura DIY
Fällt Licht durch ein kleines Loch in die Camera Obscura (auch genannt Lochkamera), entsteht ein seitenverkehrtes und auf dem Kopf stehendes Abbild mit sehr hoher Tiefenschärfe. Aufgrund des kleinen Lochdurchmessers wird jeder Punkt auf dem Schirm von nur einem Lichtstrahl von genau einem entsprechenden Quellpunkt belichtet. Für den Bau einer solchen Lochkamera benötigt ihr Pappe, Transparentpapier, Klebestreifen, eine Schere und eine Nadel. Viel Spaß!mehr...
158. Impuls: Diamagnetismus von Käse
Die meisten Materialien, wie z. B. Käse oder Wein lassen sich nicht durch einen handelsüblichen Magneten beeinflussen. Tatsächlich werden sie aber von extrem starken Magnetfeldern abgestoßen (hunderte Male stärker als ein Kühlschrankmagnet)! Dieses Phänomen nennt man Diamagnetismus. So kann Käse gegen die Schwerkraft in der Luft gehalten werden. Diamagnetismus tritt auf, weil selbst in Atomen und Molekülen ohne die makroskopische Eigenschaft des magnetischen Moments, die einzelnen Elektronen in Umlauf um ihre Atomkerne von dem starken Magnetfeld erfasst werden. Dank der Lenz’schen Regel wirkt nun eine Kraft, die gegen das Magnetfeld gerichtet ist.mehr...
157. Impuls: Kochendes Ei
Legt man ein rohes Ei in kochendes Wasser, kann man von dem Ei aufsteigende Luftblasen beobachten. In dem Ei befindet sich an der abgeflachten Seite eine Luftkammer, welche bei einem befruchteten Ei zur Sauerstoffversorgung des Embryos dient. Wird das Ei in heißes Wasser gelegt, erwärmt sich die Luft der Luftkammer und dehnt sich aus. Die überschüssige Luft wird so durch die feinen Poren des Eis nach draußen gedrückt und ist als aufsteigende Luftblasen im Wasser sichtbar.mehr...
156. Impuls: Lotuseffekt
Die Blätter von Lotuspflanzen sind mit feinen Wachsnoppen bedeckt. Wassertropfen haben somit keine Möglichkeit an den Blättern haften zu bleiben und rutschen einfach ab. Dabei nimmt das Wasser jeglichen Dreck von den Blättern mit, weshalb Lotuspflanzen immer makellos sauber aussehen. Der Effekt des abperlenden Wassers wurde nach diesen Pflanzen benannt und wird u.a. bei selbstreinigenden Gläsern verwendet.mehr...
155. Impuls: Hurrikan
Hurrikans können über großen Wassermassen entstehen. Wenn das Wasser warm genug ist, steigt ein Teil davon als Wasserdampf in die Atmosphäre auf und kondensiert in großer Höhe zu gewaltigen Wolken. Die aufsteigenden, feuchten Luftmassen erzeugen einen Unterdruck, so dass weitere Luft nachströmt, Feuchtigkeit aufnimmt und aufsteigt. Die Erddrehung und andere Mechanismen sorgen dann dafür, dass der Wolkenturm sich zu drehen beginnt – ein Hurrikan ist entstanden. Der Begriff Hurrikan betrifft nur tropische Stürme rund um Nord- und Südamerika.mehr...
154. Impuls: Unwucht von Waschmaschinen
Die Rotationsachse einer Waschtrommel ist durch die Aufhängung in der Maschine festgelegt. Die Trommel dreht sich daher immer um ihre Symmetrieachse. Wenn die Wäsche während des Schleuderwaschgangs nicht symmetrisch um die Symmetrieachse verteilt ist, liegt der Massenschwerpunkt oft nicht mehr auf dieser Achse. Dies bezeichnet man als Unwucht. Die Verlagerung des Massenschwerpunktes äußert sich in einer Kraft auf die Waschtrommel. Deshalb eiert die Trommel und lässt die ganze Waschmaschine mitwackeln.mehr...
153. Impuls: Transistoren
In allen Computern, Handys, Taschenrechnern und anderen elektronischen Geräten ist es unerlässlich Strom schnell an- und ausschalten zu können, um Daten zu verarbeiten. Dazu nutzt man Transistoren. Sie sind Schaltbausteine, die wie Schleusen funktionieren. Hier: Eine (schwache) positive Spannung (entspr. potenzieller Energie), die an die Basis (B) angelegt wird, ermöglicht erst den Fluss von Elektronen vom Emitter (E) zum Kollektor (C). Diese Spannung senkt eine im Transistor natürlich vorkommende Energie-Barriere ab, und öffnet so ‘das Schleusentor’.mehr...
152. Impuls: Windkraftanlagen
Windkraftanlagen leisten einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Am häufigsten sieht man hierzulande Windräder mit drei Rotorblättern. Der Winkel, den die drei Blätter zueinander einnehmen ist darauf optimiert, möglichst viel Energie aus dem Wind aufzufangen. Trotzdem gibt es Windkraftanlagen in anderen Formen, die Vorteile haben, die in bestimmten Spezialfällen wichtig sein können, z.B. bei schnell wechselndem oder schwachem Wind.mehr...
151. Impuls: Photoeffekt in Solarzellen
“Licht erzeugt Ladung”: 1905 erklärte Einstein erstmals den Photoeffekt mithilfe von Lichtteichen (Photonen). Heute nutzen viele elektronische Geräte den Photoeffekt aus. Beispiele sind Sensoren oder Kameras. Auch in Solarzellen erzeugt Lichteinstrahlung Paare von Ladungen (Elektronen und Löcher). Die Atomrümpfe im Silizium erzeugen ein permanentes elektrisches Feld, welches die verschiedenartigen Ladungen trennt und so eine Spannung zwischen den beiden verschieden geladenen Enden der Zelle erzeugt.mehr...
150. Impuls: Chirped Pulse Amplification
„Es ist wirklich ein großartiges Gefühl, wenn man weiß, dass man etwas gebaut hat, was sonst niemand hat – und das tatsächlich funktioniert.“, sagt Donna Strickland. Sie hat mit ihrem Supervisor É. G. Mourou die Verstärkung von Laser-Pulsen möglich gemacht. Dazu nutzen sie einen wenige Millimeter kurzen, energieschwachen Laser-Puls, der durch eine Glasfaser in seine Wellenlängen (=Farben) gestaffelt (‘chirping’) wird, um anschließend die Intensität für jede Wellenlänge durch ein Blitzlicht-getriebenes Verstärkermedium immens zu verstärken. Das nobelpreiswürdige? Da jede Wellenlänge nur einen kleinen Teil der Intensität ausmacht und einzeln verstärkt wird, wird das Verstärkermedium nicht beschädigt, wie es zuvor der Fall war. Nach der Amplifikation wird über ein optisches Gitter der gewünschte ultraintensive Licht-Puls ‘zusammengesetzt’. Diese Technik findet Anwendung in der Medizin und Technik.mehr...
149. Impuls: Halbleiterlaser
Halbleiter-, bzw. Dioden-Laser ermöglichen eine platzsparende Erzeugung von Licht einer präzise definierten Wellenlänge. Sie ermöglichen beispielsweise die Übertragung großer Datenmengen über das Internet. Auch dieser Post ist über zahlreiche Halbleiterdioden gelaufen! Eine dünne LED-ähnliche “aktive Zone” erzeugt Licht. Der darüber liegende Resonator besteht aus abwechselnd geschichteten Halbleitermaterialien. Diese Materialien wirken wie ein Spiegel für das erzeugte Licht der “aktiven Zone”. Das gespiegelte Licht erzeugt stimulierte Emissionen, d.h. es werden immer mehr gleiche Photonen ausgesendet. Diese Verstärkung im Resonator führt zum charakteristischen Laserlicht.mehr...
148. Impuls: LED
Glühlampen emittieren Licht nach einem ähnlichen Prinzip wie die Sonne. Eine LED besteht hingegen aus zwei Halbleitern, weshalb sie einen sehr viel höheren Wirkungsgrad besitzt. Treffen aufgrund einer angelegten Spannung die verschiedenen Ladungsträger der beiden Halbleiter aufeinander, d. h. ein Elektron in eine positive Leerstelle (ein Loch) fällt, wird die frei werdende Energie in Form von Licht emittiert. Die Farbe des Lichts entspricht dabei der freiwerdenden Energie und ist somit vom Halbleitermaterial (und der Dotierung) abhängig. Bei der Dotierung des Halbleiters werden Atome mit Elektronen oder zusätzliche positive Leerstellen in den Halbleiter eingebracht.mehr...
147. Impuls: Eisbärenfell
Die Haut von Eisbären ist schwarz. Dadurch absorbieren sie viel Wärmestrahlung, um sich bei den kalten Temperaturen warm zu halten. Außerdem sind die äußeren Fellhaare transparent und hohl. Die Luft in diesen Haaren sorgt neben der dicken Fettschicht des Bären für eine zusätzliche Wärmedämmung.mehr...
146. Impuls: Hagelkörner
In Gewitterwolken gibt es sehr starke Aufwinde. Diese treiben Wassertropfen in höhere Schichten der Wolke, wo Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt herrschen. Die Wassertropfen kristallisieren und fallen wieder in tiefere Schichten. Sind die Aufwinde stark genug, das kristallisierte Wasser wieder in höhere Schichten zu tragen, wächst das Hagelkorn weiter. Sobald das Hagelkorn zu schwer wird, fällt es auf den Erdboden. Auf dem Weg nach unten, beginnt das Hagelkorn zu tauen. Entsprechend entscheidet die Stärke der Aufwinde in einer Wolke, ob es regnet oder hagelt sowie über die Größe der Hagelkörner.mehr...
145. Impuls: Computertomographie
Computertomographie (CT) erlaubt es, “Röntgenbilder in 3D” aufzunehmen. Der Computertomograph besteht aus einer Röntgenröhre, die um die zu untersuchende Körperstelle rotiert und aus verschiedenen Sichtwinkeln 2D-Röntgenaufnahmen macht. Ein Computer rekonstruiert aus den vielen 2D-Aufnahmen ein 3D-Bild der untersuchten Gewebestelle. Da viele Röntgenaufnahmen gemacht werden, erzeugt diese Methode jedoch auch eine hohe radioaktive Strahlenlast.mehr...
144. Impuls: Bildschirmflimmern durch kosmische Hintergrundstrahlung
Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ein Relikt aus der Jugendzeit des Universums. 380.000 Jahre nach dem Urknall konnte sich Licht zum ersten mal ungehindert ausbreiten. Dieses “erste Licht” des Universums können wir noch heute messen und daraus etwas über die Struktur und Geschichte des Universums lernen. Mehr noch: Ein Teil des Rauschens, das ein alter Röhren-Fernseher zeigt, wird durch die kosmische Hintergrundstrahlung verursacht.mehr...
143. Impuls: FM is rauschärmer als AM
Signale wie z.B. Musik können per Radiowellen entweder im Amplitudenmodulations- (AM) oder im Frequenzmodulationsverfahren (FM) übertragen werden. AM erzeugt eine Radiowelle deren Amplitude zum Schalldruck proportional ist. Rauschen, eine zufällige und unvermeidbare Variation der Signalamplitude, und andere Störsignale erreichen den Empfänger daher ungehindert. FM hingegen übersetzt einen hohen Schalldruck in hohe und einen niedrigen Schalldruck in niedrige Frequenzen. Rauschen ändert die Frequenz nicht, und das Signal kommt klar beim Empfänger an. Heute benutzen die meisten Radios daher FM.mehr...
142. Impuls: Lawinen
Wenn Schneemassen in Bewegung geraten, kommt ein Dominoeffekt in Gang, der als Schneelawine bekannt ist. Es werden u. a. Lockerschneelawinen und Schneebrettlawinen unterschieden. Bei einer Lockerschneelawine geht die Lawine von einem Punkte aus. Löst sich der Schnee auf einer ganzen Linie, spricht man von einer Schneebrettlawine. Die Entstehung von Lawinen hängt von den Eigenschaften der Schneedecke ab. Besonders gefährlich sind für Wintersportler die Schneebrettlawinen, da diese oft durch den Menschen selbst ausgelöst werden. Durch den Klimawandel wächst die Lawinengefahr an, da es vermehrt zu Regenfällen und höheren Temperaturen in den Bergen kommt. Dies führt zu sogenannten Nassschneelawinen.mehr...
141. Impuls: Temperaturnullpunkt
Eine der bekanntesten physikalischen Größen ist die Temperatur. Weniger bekannt ist, dass es einen absoluten Temperaturnullpunkt gibt, der sich nicht unterschreiten lässt. Er liegt bei ca. -273.15 °C. Die Temperatur hängt eng mit der mikroskopischen Bewegung der Teilchen zusammen. Je langsamer die durchschnittliche Geschwindigkeit der Teilchen, desto kälter ist der Körper definitionsgemäß. Beim absoluten Temperaturnullpunkt ist die minimale Teilchengeschwindigkeit erreicht. Mithilfe von modernen Kühltechniken mit flüssigem Helium lassen sich Proben im Labor auf wenige Grad über dem Temperaturnullpunkt herunterkühlen. Die Tatsache, dass es einen absoluten Nullpunkt gibt, hat dazu geführt, dass in der Physik häufig in einer anderen Einheit gemessen wird, deren Skala an diesem Nullpunkt beginnt, nämlich in Kelvin.mehr...
140. Impuls: Heißes Wasser in kalter Luft
Kochend heißes Wasser, das man in winterlich kalte Luft wirft, gefriert sehr schnell. Einmal in die Luft geworfen, hat das heiße Wasser eine große Oberfläche, an der es wegen seiner hohen Temperatur sofort verdampft. Die hohe Dichte der kalten Umgebungsluft sorgt nun dafür, dass der Dampf einen Nebel aus winzigsten Tröpfchen formt, die viel Wärme abgeben. Bei -20°C oder kälter, kristallisieren diese Tröpfchen dann an Staub oder Mineralien aus dem Wasser. Dieser Graupel kann nun zu Boden rieseln. Alles in Sekundenbruchteilen. Kaltes Wasser hingegen fällt als Flüssigkeit zu Boden.mehr...
139. Impuls: Dampfmaschine
Eine Dampfmaschine nutzt aus, dass bei der Kondensation von Wasserdampf in einem Kolben ein Unterdruck entsteht. Dieser bewirkt eine Kraft auf den Kolben, welche zur Verrichtung von Arbeit genutzt werden kann. Dieses Prinzip war bereits vor James Watt bekannt. Watt verlagerte den Kondensationsprozess nun in einen separaten Raum (Kondensator), von dem aus der Unterdruck abwechselnd an beide Seiten des Kolbens weitergeleitet werden kann. Dies ermöglichte deutlich effizientere Dampfmaschinen und führte zu einem Durchbruch in industriellen Anwendungen.mehr...
138. Impuls: Glühbirne
Glühbirnen stellten bis zur Einführung von Leuchtstofflampen und LEDs die wichtigste Form elektrischer Lichtquellen dar. In der Glühbirne befindet sich ein Draht, welcher sich durch den Stromfluss erwärmt und dadurch Licht abstrahlt. Diese Wärmestrahlung ist unabhängig vom Material des Drahtes. Üblicherweise wird aufgrund des hohen Schmelzpunktes dafür Wolfram verwendet. Die hell gelblich-weiße Farbe des Licht einer Glühbirne entsteht als Mischung aller sichtbarer Licht-Farben, die von geladenen Teilchen im Glühdraht (Metallionen und Elektronen) durch ihre chaotischen Bewegungen (Wärme) erzeugt und abgestrahlt werden.mehr...
137. Impuls: Röntgenstrahlerzeugung
Röntgenstrahlen werden in sogenannten Röntgenröhren erzeugt. Diese bestehen aus einer Kathode, aus der mithilfe einer Spannung Elektronen gelöst werden, und einer Anode. Zwischen der Anode und der Kathode liegt eine weitere sehr viel größere Spannung an, die die freien Elektronen beschleunigt. Beim Auftreffen auf die Anode werden die Elektronen abgebremst und es entsteht Röntgenstrahlung (X-Strahlung).mehr...
136. Impuls: Schlittschuhlaufen
Wie funktioniert Schlittschuhlaufen? Früher dachte man, dass der Druck der Kufen zu einem lokalen Aufschmelzen des Eises führt. Somit würde der Läufer auf diesem dünnen Flüssigkeitsfilm über das Eis rutschen. Wäre der Druck allein dafür verantwortlich, so würde ein Schlittschuhläufer ohne sich zu bewegen im Eis versinken. Dies ist offensichtlich nicht der Fall. Somit ist der entscheidende Grund die Reibung der Kufen auf dem Eis, die diesen Flüssigkeitsfilm entstehen lassen.mehr...
135. Impuls: Wachstum der DPG
In 175 Jahren von 6 auf 60.000. Wenn die Begeisterung als unerschöpflicher Nährboden dient und die Reichweite einer Gemeinschaft in die Gesellschaft hinein zu ihrer Mitgliederzahl proportional ist, wächst diese Gemeinschaft exponentiell, so wie es die DPG im Laufe der letzten 175 Jahre tat. Herzlichen Glückwunsch zum 176. Geburtstag und vielen Dank an die Geschäftsstelle und die 175 Inspirierenden für die Bilder, die für die Collage verwendet wurden.mehr...
134. Impuls: Eis und Salz
Ein Experiment für zuhause: Salziges Wasser gefriert erst bei tieferen Temperaturen als 0°C. Die konkrete Temperatur hängt von der Salzkonzentration ab. Grund dafür ist, dass das Salz die Kristallisation des Wassers verhindert. Das Salz dissoziiert beim Lösungsvorgang. Somit befinden sich im Salzwasser gelöste Ionen. Die stark polarisierten Wassermoleküle werden stärker zu diesen Ionen gezogen (bzw. je nach Ladung von ihnen weggeschoben) als sie untereinander wechselwirken. Somit wird die Kristallisation der Wassermoleküle unterdrückt.mehr...
133. Impuls: Handwärmer als unterkühlte Flüssigkeit
Ein Handwärmer besteht aus einer unterkühlten Flüssigkeit und einem Metallplättchen. Unterkühlte Flüssigkeit bedeutet, dass die Flüssigkeit kühler ist als der Schmelzpunkt, aber sich trotzdem in flüssigem Aggregatszustand befindet, da es keinen Kristallisationskeim im Handwärmer gibt. Das Knicken des Plättchens erzeugt einen Kristallisationskeim, von dem aus die gesamte Lösung kristallisiert. Dabei wird Wärme frei, da der flüssige Aggregatszustand mehr Wärme speichern kann als der feste.mehr...
132. Impuls: Foucaultsches Pendel
Hängt man ein möglichst langes Pendel auf und beobachtet seine Bahn, so erkennt man, dass sich die Schwingungsebene des Pendels langsam dreht. Diesen Effekt beobachtete der französische Physiker Léon Foucault, weshalb ihm zu Ehren das Foucaultsche Pendel seinen Namen bekam. Grund für diesen Effekt ist die Rotation der Erde. Der Effekt ist umso stärker, je näher man den Polen ist. Mithilfe dieses Experiments konnte erstmals die Erdrotation ohne die Beobachtung des Himmels nachgewiesen werden.mehr...
131. Impuls: Warum ist Feuerwerk bunt?
Eine Rakete besteht aus einem Treibsegment und einer Hülse. Darin befindet sich eine Papierrolle, der Effekt, in die Kügelchen von Schwarzpulver (eine Mischung aus Salpeter, Holzkohle und Schwefel) eingewickelt sind. Die Kügelchen sind mit verschiedenen Salzen beschichtet, die Metallionen enthalten. Wegen der extremen Temperaturen bei der Explosion werden diese Ionen in hohe Energiezustände angeregt und strahlen daraufhin in ihren schönen, charakteristischen Spektren Licht ab. Bei roten Effekten nutzt man Strontiumsalze, bei gelben sind es meist Natriumgemische, bei blauen Effekten sind Substanzen mit Kupfer im Einsatz und bei grünen Bariumnitrat.mehr...
130. Impuls: Nussknacker
Weshalb kann man mit einem Nussknacker selbst harte Nussschalen einfach knacken? Das bewegliche Holzstück stellt physikalisch einen Hebel dar. Drückt man am Kraftarm mit einer gewissen Kraft auf den Nussknacker, so entsteht durch die Hebelwirkung am Lastarm eine wesentlich größere Last-Kraft. Je länger der Kraftarm ist, desto größer ist der Verstärkungsfaktor und damit die zum Knacken verfügbare Last-Kraft.mehr...
129. Impuls: Weihnachtspyramide
Die entzündeten Teelichter erwärmen die Luft in der Umgebung der Flamme. Warme Luft besitzt eine geringere Dichte und steigt somit auf. Die aufsteigende Luft trifft auf die Rotorblätter der Weihnachtspyramide und überträgt dabei seinen Impuls. Durch die Neigung der Blätter dreht sich die Weihnachtspyramide in die Richtung, in die die Blätter verkippt sind.mehr...
128. Impuls: Teetasseneffekt
Man gieße sich eine Tasse Tee auf, die Blätter schweben lose im heißen Wasser. Rührt man jetzt den Tee um, führt das zunächst zu einer Rotationsbewegung der Flüssigkeit und einer Wölbung der Oberfläche. Der Reibungswiderstand des Wassers an der Tasse, die Gravitationskraft und die Oberflächenspannung sorgen nun dafür, dass die Blätter in einem Kreislauf mittig nach oben und am Rand herunter steigen, bevor sie sich wieder in die Mitte bewegen. Da sich die Strömung des Tees schließlich abschwächt, bleiben die Blätter auf der Bodenmitte liegen.mehr...
127. Impuls: Wasserkocher
Das anfängliche Rauschen nach dem Einschalten des Wasserkochers entsteht aus winzigen Wasserdampfbläschen. Diese bilden sich unten am Boden des Kochers, worunter die Heizwendel liegt, welche sich schnell erwärmt. Die Wärme bildet sich dort viel schneller aus als sie sich im Wasser verteilen kann. Die Schallwellen, welche wir als Rauschen wahrnehmen, entstehen einerseits beim abrupten Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand der Bläschen und andererseits beim Implodieren der Bläschen, wenn sie in kältere Wasserebenen aufsteigen.mehr...
126. Impuls: Meteorid, Meteor oder Meteorit?
Meteoride (oft auch Meteoroide genannt) zählen wie Asteroiden und Kometen zu den Kleinkörpern unseres Sonnensystems. Sie sind größer als interplanetarer Staub und kleiner als Asteroiden. Ein Meteorid, der in die Erdatmosphäre eintritt, heißt Meteor. Diesen können wir z. B. als Sternschnuppe beobachten. Nicht vollständig verglühte Meteore oder Asteroiden erreichen die Erdoberfläche und werden dann als Meteorit bezeichnet.mehr...
125. Impuls: Zum Nobelpreis für Physik 2020
Dieses Jahr ging der Nobelpreis für Physik zur einen Hälfte an Roger Penrose und zur anderen Hälfte an Reinhard Genzel und Andrea Ghez. Roger Penrose entwickelte neue mathematische Methoden, um schwarze Löcher zu beschreiben. Er zeigte dabei u. a., dass schwarze Löcher z. B. beim Zusammenbruch eines besonders massereichen Sterns entstehen können. Reinhard Genzel am La-Silla-Observatorium und Very Large Telescope und Andrea Ghez am Keck-Observatorium erforschten unabhängig voneinander mithilfe experimenteller Methoden das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße in der Region Sagittarius A* (SGR A*). Die mithilfe von Infrarot- und Radioteleskopen beobachteten Rosettenbahnen der Sterne im Zentrum unserer Galaxis sind physikalisch nur erklärbar, wenn sich in ihrem Zentrum ein schwarzes Loch befindet. Somit stellen die Beobachtungen einen experimenteller Nachweis eines solchen schwarzen Loches dar.mehr...
124. Impuls: Erdbeben
Die Erdoberfläche ist zerteilt in tektonische Platten, die auf dem flüssigen Erdinneren schwimmen. Erdbeben entstehen bei ruckartigen Relativbewegungen dieser Platten, wenn sie aneinander reiben, sich verhaken und schließlich die entstehende mechanische Spannung abrupt entlädt. Man spricht von einer Konvergenz (Divergenz), wenn sich kontinentale Platten aufeinander zu (voneinander weg) bewegen.mehr...
123. Impuls: Gleitendes Gletschereis
Am Boden von manchen langsam gleitenden Gletschern wandelt sich das Eis an einigen Stellen in Wasser um. Mögliche Ursache ist z.B. die Verflüssigung bei hohem Druck, eine Besonderheit von Wassereis. Es entstehen mit Wasser gefüllte Hohlräume, die als Schmiermittel wirken und so das Gleiten des Gletschers beschleunigen. Unter Einbeziehung dieses Effekts können Bewegungsgeschwindigkeiten von Gletschern in der Arktis präziser vorhergesagt werden.mehr...
122. Impuls: Farben einer Kerzenflamme
Die Farben in einer Kerzenflamme hängen von der Temperatur und den verbrennenden Substanzen ab. An der Unterseite macht Wachsdampf die Flamme dunkler und chemische Reaktionen produzieren angeregte Moleküle, die bläuliches Licht abgeben. Im oberen Teil der Flamme bringen Temperaturen von über 1200 °C Rußpartikel (Kohlenstoff) zum Glühen, deren kontinuierliches Lichtspektrum gelblich erscheint, ähnlich dem einer Glühlampe.mehr...
121. Impuls: Mondfinsternis
Bei einer Mondfinsternis tritt der Mond in den Kernschatten der Erde, sodass sich die Erde zwischen Sonne und Mond befindet. Trotzdem ist auch bei einer totalen Mondfinsternis der Mond nicht komplett dunkel, da ein Teil des Sonnenlichtes in der Erdatmosphäre gebrochen wird und auf den Mond fällt. Er erscheint dunkelrot. Tritt der Mond nur in den Halbschatten der Erde ein, so spricht man von einer Halbschattenmondfinsternis. Die nächste Halbschattenmondfinsternis ist am Vormittag des 30. Novembers.mehr...
120. Impuls: Polarlichter
Hoch im Norden lässt sich ein besonderes Schauspiel am Himmel beobachten: Polarlichter. Sie entstehen, wenn geladene Teilchen aus dem Sonnenwind Energie auf Moleküle in der Erdatmosphäre übertragen. Diese Energie wird als Licht abgestrahlt: Rotes und grünes Licht stammt von Sauerstoff, blaues und violettes von Stickstoff. Da die geladenen Teilchen dem Erdmagnetfeld folgen, entstehen Polarlichter nahe der Pole.mehr...
119. Impuls: Kavitation
An Schiffsschrauben, Turbinenblättern und Kanten in Wasserrohrleitungen tritt eine besondere Form von Erosion auf, fast als ob das Wasser das Material abnagt. Kavitation! In Bereichen hoher Strömungsgeschwindigkeiten, und damit sehr niedrigen Drucks, entstehen spontan Wasserdampfblasen, die in höherem Druck sofort implodieren. Dabei entsteht eine winzige, pfeilartige Schockwelle im Wasser, die Materialien oberflächlich absprengen kann.mehr...
118. Impuls: Herbststurm
Im Herbst kühlt sich die Luft im Norden aufgrund der sinkenden Sonneneinstrahlung ab, sodass ein hoher Temperaturunterschied zum Süden vorliegt. So verstärkt sich die nach Süden wandernde Polarfront, welche die kalten polaren Luftmassen von den gemäßigt warmen Luftmassen trennt. Diese Temperaturunterschiede führen zu starken Luftbewegungen, die wir als Herbststürme wahrnehmen. Der entstehende Wind von Süd nach Nord wird von der Erddrehung nach Osten abgelenkt.mehr...
117. Impuls: Kerze in Laterne
Flammen in einer bewegten Laterne driften nicht wie erwartet nach "hinten" (gegen Beschleunigungsrichtung) sondern nach "vorne" (in Beschleunigungsrichtung) ab. Grund ist, dass kaltes Gas eine höhere Dichte hat als warmes. Entsprechend bewegt sich die warme Luft um die Flamme in Beschleunigungsrichtung mit, wobei die kalte Luft aufgrund ihrer Trägheit zurückbleibt.mehr...
116. Impuls: Propellersamen und Schirmflieger
Durch die Form der Ahornsamen rotieren diese, um ihre Fallzeit zu verlängern. Die Rotation erzeugt einen Luftwirbel über der oberen Kante des Flügels. Dadurch sinkt der Luftdruck über dem Samen und er erhält einen Auftrieb. Somit erreicht der Samen bei passendem Wind eine größere Entfernung zum Mutterbaum. Samen vom Löwenzahn dagegen bezeichnet man als Schirmflieger. Die hohe Dichte der Härchen senkt die Strömungsgeschwindigkeit der Luft. Somit fallen diese Samen als hätten sie einen Fallschirm und erreichen damit weite Strecken.mehr...
115. Impuls: Schwerkraft auf dem Mond
Mit der gleichen Sprungkraft kannst du auf dem Mond sechs mal so hoch springen wie auf der Erde. Der Mond ist zwar ungefähr 81 mal leichter als die Erde, deshalb ist seine Anziehungskraft bei gleichem Abstand 81 mal schwächer. Allerdings misst der Mond auch nur etwa ein Viertel des Erddurchmessers, das heißt der Abstand zwischen Oberfläche und Mittelpunkt ist beim Mond geringer, was beim Gravitationsgesetz ins Gewicht fällt.mehr...
114. Impuls: Besenschwerpunkt
Um den Schwerpunkt eines Besens zu finden, braucht man den Stiel nur auf zwei Finger zu legen und die Finger vorsichtig zusammenzuschieben. Nah am Schwerpunkt lastet mehr Gewicht auf dem Finger, weshalb er stärker am Besenstiel haftet. Es rutscht also immer der Finger weiter Richtung Schwerpunkt, der gerade weiter davon entfernt ist.mehr...
113. Impuls: Leuchtende Pilze
Einige Pilze, aber auch andere Lebewesen wie beispielsweise Algen und Glühwürmchen, leuchten. Dieses Phänomen wird Biolumineszenz genannt. Enzyme spalten bestimmte energiereiche Moleküle. Dabei gehen diese auf einen energieärmeren Zustand über. Die Energiedifferenz wird in Form von Licht abgegeben.mehr...
112. Impuls: Kirchturmglocken im Ohr
In Festkörpern wie z.B. Löffel oder Geschenkbändern breiten sich Schallwellen sehr viel schneller aus als in der Luft. Wickelt ein Geschenkband, wie im Bild gezeigt, auf der einen Seite um einen Löffel und auf der anderen Seite um euren Finger. Haltet den Finger an euer Ohr und schlagt den Löffel an, so hört ihr den Ton des Löffels viel lauter, was an der besseren Leitung der Schallwellen liegt.mehr...
111. Impuls: Gesetz von Hagen-Poiseuille
Fließt eine Flüssigkeit wie z. B. Blut oder Wasser permanent und ohne Turbulenzen durch ein zylindrisches Rohr, dann beschreibt das Gesetz von Hagen-Poiseuille die Wassermenge, welche pro Zeiteinheit durch das Rohr fließt. Bei doppeltem Radius des Rohres ist der Durchfluss sechzehn mal so groß! Das muss bei der Konstruktion von Rohren berücksichtigt werden und lässt sich auch im menschlichen Körper bei Verengung von Blutgefäßen beobachten. Die starke Abhängigkeit des Durchflusses vom Radius kommt daher, dass die Flüssigkeit nahe den unbewegten Rohrwänden von Reibung gebremst wird, während die Flüssigkeit in der Mitte des Rohres nur wenig Reibung erfährt.mehr...
110. Impuls: Brown'sche Bewegung
Auf molekularer Ebene bewirkt die Temperatur eine chaotische Bewegung von Teilchen: Die sogenannte Brownsche Bewegung. Je höher die Temperatur ist, desto stärker tritt diese Bewegung auf. Durch Stöße der Wassermoleküle mit größeren Teilchen wird für uns diese Bewegung wahrnehmbar. Im Mittel bewegen sich dadurch Gas- und Flüssigkeitsteilchen von ihrem Platz.mehr...
109. Impuls: Quarzuhr
Quarzkristalle haben eine nahezu konstante Schwingungsfrequenz und sind ideal für den Bau von elektrischen Uhren geeignet. Eine Wechselspannung verformt die Elementarzelle des Quarzkristalls und regt ihn somit zu gleichmäßigen Schwingungen an. Zudem erzeugt ein schwingender Quarzkristall durch den so genannten Piezo-Effekt elektrische Spannungen, die ausgelesen und verstärkt werden können. Die Steuerelektronik zählt die Schwingungen des Kristalls und gibt nach einer festgelegten Anzahl der Quarzuhr das Signal den Sekundenzeiger einen Schritt vor zu bewegen. Die übliche Abweichung liegt im Bereich von einigen Sekunden pro Jahr.mehr...
108. Impuls: Kühlschrank
Warum ist es im Kühlschrank eigentlich kühl? Im Kühlschrank gibt es ein Rohrsystem, indem sich eine Kühlflüssigkeit befindet. Innerhalb des Kühlschranks verdampft diese und entzieht dem Innenraum dadurch Wärme. Ein Kompressors (unten im Bild) erhöht den Druck des Kühlmittels, wenn dieses den Kühlschrank verlässt. Dadurch verflüssigt sich das Kühlmittel und gibt dabei Wärme an die Außenluft ab. Über ein Drosselventil sinkt der Druck beim Zurückfließen ins Innere des Kühlschranks auf Normaldruck ab. Somit beginnt der Prozess von vorne.mehr...
107. Impuls: Röntgenröhre
Beim Durchleuchten von organischem Gewebe mit Röntgenstrahlung absorbieren verschiedene Gewebetypen die Strahlung unterschiedlich stark. Knochengewebe absorbiert die Strahlung am stärksten, sodass der dahinter liegende Film kaum belichtet wird. Bei der Entwicklung des Films schwärzen sich nur belichtete Stellen. An den unbelichteten Stellen hinter den Knochen entstehen hingegen weiße "Schatten".mehr...
106. Impuls: Halbwertszeit von Bierschaum
Die Schaumkrone auf dem Bier schrumpft mit der Zeit ein. Die Bläschen des Schaums verbinden sich zu größeren, platzen nach und nach bis schließlich der Schaum einfällt. Die Höhe der Krone halbiert sich immer in denselben Zeitabständen (der Halbwertszeit). Es stellt sich ein exponentieller Zerfallsverlauf ein. Diese Zeitabhängigkeit findet man auch bei radioaktiven Zerfallsprozessen.mehr...
105. Impuls: Selbsttragende Konstruktion
Eine Konstruktion bezeichnet man als selbsttragend, wenn sie ohne zusätzliche Stützen auskommt. Reibung zwischen den Bauelementen und Spannung innerhalb der Bauelemente kompensieren die äußeren, einwirkenden Kräfte. Daher ist beispielsweise die hier abgebildete selbsttragende Brücke stabil. Leonardo da Vinci hat diese Konstruktion entwickelt, weshalb sie auch Leonardo-Brücke heißt.mehr...
104. Impuls: Wind Chill Effekt
Ist dir schonmal aufgefallen, dass sich die Luft draußen kühler anfühlt, wenn der Wind weht? Dies liegt am Wind Chill Effekt. Der Wind trägt die hautnahe, warme Luft davon und wirkt auf uns somit kühlend. Deshalb ist die gefühlte Temperatur an windigen Tagen niedriger. Auch die Luftfeuchtigkeit hat einen Einfluss auf das Temperaturempfinden.mehr...
103. Impuls: Tag-und-Nacht-Gleiche
Tag-und-Nacht-Gleiche oder auch Äquinoktium heißt der Tag, an dem die Dauer des Tages und der Nacht genau gleich sind. Diese Tage treten genau zweimal im Jahr auf und kennzeichnen den astronomischen Frühlings- und Herbstanfang. An diesen beiden Tagen scheint die Sonne exakt senkrecht auf den Äquator. Der Sonnenuntergang dauert am Äquator nicht so lang, weil die Sonne dort senkrecht hinterm Horizont verschwindet.mehr...
102. Impuls: Liquid Crystal Display
Ein Flüssigkristallbildschirm (LCD) nutzt die Polarisation von Licht und die Ausrichtung von Flüssigkristallen, um einzelne Farbpixel (rot, grün oder blau) an- oder auszuschalten. Dazu muss das Licht zwei gegeneinander verdrehte Polarisationsfilter passieren, zwischen denen sich eine Flüssigkeit mit schichtweise verdreht angeordneten Molekülen befindet. Der erste Filter legt die Polarisationsrichtung des Lichts fest. Im Normalzustand drehen diese Flüssigkristalle die Polarisation des Lichts mit, wodurch das Licht mit gedrehter Polarisation auch den zweiten Filter passiert und der Pixel leuchtet. Beim Anlegen einer Spannung hingegen ordnen sich die Flüssigkristalle und das Licht behält die Polarisationsrichtung des ersten Filters bei, weshalb der zweite Filter das Licht blockiert. So bleibt der Pixel schwarz.mehr...
101. Impuls: MRT
Bei einer Magnetresonanztomographie (MRT) legt man sich in ein Gerät mit einer großen Magnetspule, die mithilfe von Magnetfeldern und Radiopulsen gefahrlos Schnittbilder des Körpers aufnimmt. Der Körper enthält viele Wasserstoffatome, deren Kerne einen Spin haben. Dieser richtet sich entlang der Magnetfeldlinien im Inneren des Geräts aus. Ein Spin kann nur in oder gegen die Richtung des Feldes orientiert sein. Der Energieunterschied der Zustände ist abhängig von der Magnetfeldstärke und wird durch einen Radiopuls überwunden. Beim Rückfall in den erstgenannten, energetisch günstigeren Zustand wird ein Radiopuls mit exakt der Energiedifferenz dieser Zustände ausgesandt und detektiert. Je mehr Wasserstoffatome in einem Bereich vorhanden sind, desto „heller“ das Signal. Das laute Klopfen oder Brummen beim MRT kommt von den starken Stromänderungen, welche die Spulen vibrieren lassen.mehr...
100. Impuls: Quantencomputer
Ein klassischer Computer arbeitet mit Bits, d.h. der Binärzahlen 0 oder 1, die durch elektrische Schaltungen realisiert sind. Das Konzept des Quantencomputers verwendet statt des diskreten Bits ein Quantensystem mit zwei unterscheidbaren Zuständen |0> oder |1>. Dieses sogenannte Qubit kann im Gegensatz zum Bit auch Überlagerungen der Zustände |0> und |1> einnehmen. Alle möglichen Überlagerungszustände eines Qubits entsprechen der Oberfläche einer Kugel, der sogenannten Blochsphäre. Qubits ermöglichen ungleich höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten und parallele Datenverarbeitung. Eine mögliche Realisierung eines solchen Quantenbits ist ein ultrakaltes Ion mit zwei unterscheidbaren Anregungszuständen, welche mit einem Laser geschaltet werden können.mehr...
99. Impuls: Minimalflächen
Ein Seifenfilm versucht stets eine Form mit minimalem Flächeninhalt anzunehmen. Kugelförmige Seifenblasen minimieren die Oberfläche bei maximalem eingeschlossenen Luftvolumen. Zwischen zwei Drahtringen bildet sich eine spezielle Flächen namens “Katenoide” aus, die man zum Beispiel beim Händewaschen beobachten kann.mehr...
98. Impuls: Festplattenlaufwerk
Die Festplatte in Computern hat eine Metallscheibe mit vielen kleinen atomaren Permanentmagneten als Speicherstellen. Beim Speichern richtet ein Elektromagnet über der sich drehenden Metallscheibe die kleinen Permanentmagnete aus. Diese permanent magnetisierte Stelle erzeugt beim „Darüberfahren“ des Lesekopfes eine Induktionsspannung als Signal. Somit lassen sich die gespeicherten Informationen auslesen.mehr...
97. Impuls: Trockener Fußabdruck
Tritt man auf nassen Sand, wird die jeweilige Stelle kurzzeitig heller und trockener. Das liegt daran, dass sich normalerweise bei nassem Sand in den Hohlräumen zwischen den Sandkörnern Wasser sammelt. Der Druck des Fußes erzeugt weiter unten im Sand Scherkräfte, welche die Hohlräume aufreißen. Somit fließt das Wasser nach unten ab. Geht man weiter, kehrt sich der Prozess um, wodurch sich die Sandoberfläche wieder verdunkelt.mehr...
96. Impuls: Meersalz
Wie kommt das Salz ins Meer und warum wird das Meer nicht immer salziger? Zunächst ist Regenwasser aufgrund des Kohlenstoffdioxidgehaltes leicht sauer und löst deshalb auf seinem Weg ins Meer Salze aus dem Boden. Weiteres Salz kommt aus hydrothermalen Quellen und unterseeischen Vulkanen. Insgesamt bleibt der Salzgehalt jedoch aufgrund von Salzsenken und Meeresorganismen, die das Salz abbauen, nahezu gleich.mehr...
95. Impuls: Sonne und Klima
Die Sonnenaktivität schwankt. Anhand der Sonnenfleckenanzahl kann man einen ca. 11 jährigen Zyklus von abwechselnd hoher und niedriger Sonnenaktivität beobachten. Diese Schwankungen führen zu Temperaturänderungen auf der Erde von bis zu 0,2 °C. Sie können allerdings nicht das aktuelle Aufheizen der Erde durch den anthropogenen Treibhauseffekt erklären.mehr...
94. Impuls: GPS
Die Spezielle (SRT) und Allgemeine Relativitätstheorie (ART) helfen uns auch im Alltag genau richtig zu liegen. Durch die hohe Geschwindigkeit (SRT) und das schwächere Gravitationsfeld (ART) laufen Uhren in GPS-Satelliten anders als Uhren auf der Erde. Ohne eine entsprechende Korrektur wäre die weltweite Satellitennavigation ungenau.mehr...
93. Impuls: Gasgrill
Kohle- oder Gasgrill? Die Abwägung im Hinblick auf den CO2-Fußabdruck zwischen effizientem Gas und ineffizienter Kohle lässt keinen Zweifel: Holzkohle ist keineswegs CO2 neutral und wird teilweise aus kostbarem Tropenholz gebrannt. Gas heizt deutlich effizienter und wird zudem etwas umweltfreundlicher hergestellt.mehr...
92. Impuls: Klimaanlage
In einer Klimaanlage sorgt ein Kältemittel für Abkühlung. In flüssiger Form wird es durch eine Röhre ins Gebäude gepumpt. Mithilfe eines Drosselventils wird der Druck verringert, wodurch sich das Kältemittel ausdehnt und dabei abkühlt. Nun findet ein Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft statt und der Raum kühlt ab. Das nun warme Kältemittel verdunstet und wird nach draußen geleitet. Dort verdichtet ein Kompressor das Kältemittel, wodurch es heißer wird als die Außenluft. Somit kühlt es sich durch Wärmeaustausch wieder ab und verflüssigt sich. Der Prozess beginnt von neuem.mehr...
91. Impuls: C-14 Methode
Das Kohlenstoffisotop C-14 entsteht durch Kernprozesse mit kosmischer Strahlung in den oberen Schichten der Atmosphäre und wird später von allen Lebewesen auf der Erde in Biomasse verbaut. Nach deren Ableben wird kein neues C-14 mehr aufgenommen und zerfällt mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren. Misst man nun die Konzentration von C-14 in einem archäologischen Fund und vergleicht diesen mit dem von stabilem C-12 kann der Zeitpunkt des Todes bis auf wenige Jahre genau zurückgerechnet werden.mehr...
90. Impuls: Touchscreen
Ein kapazitiver Tochscreen im Handy oder Tablet verfügt über Elektroden, an denen eine Wechselspannung anliegt. Bei Berührung verhält sich der Raum zwischen Fingerspitze und Elektrode wie ein Kondensator. Die Kapazität hängt von der Lage des elektrisch leitenden Fingers ab und kann an den Elektroden gemessen werden. Dadurch kann das Gerät die Position des Fingers rekonstruieren.mehr...
89. Impuls: Pepper's Ghost
Beim Spiegeltrick “Pepper’s Ghost” projiziert ein halbdurchlässiger Spiegel im Theater Geister auf die Bühne. In vereinfachter Weise kann man dies auch selber nachmachen. Mithilfe von Klarsichtfolie, seinem Handy und ein bisschen Bastelei entstehen fliegende Bilder. Aber Achtung: Es handelt sich dabei nicht um ein Hologramm.mehr...
88. Impuls: Leuchtender Briefumschlag
Beim Abziehen von Kleber im Dunkeln (Briefumschläge, Klebestreifen) entstehen kleine blaue Blitze. Dieses Phänomen nennt sich Tribolumineszenz und hat damit zu tun, dass das Brieföffnen teilweise Elektronen in den Klebstoffmolekülen anregt, die beim Abregen blaues Licht austrahlen.mehr...
87. Impuls: Hören
Eine ausgerollte Hörschnecke läuft spitz zu, sodass jede Stelle eine eigene Resonanzfrequenz hat. Auf diese Weise zerlegt die Hörschnecke im Innenohr Schallsignale in hörbare Frequenzen. In der Hörschnecke sitzen kleine Härchen, die das Signal in Nervenimpulse umwandeln.mehr...
86. Impuls: Kettenlinie
An zwei Enden befestigte Schnüre, Ketten und Bänder hängen immer in Form eines Cosinus Hyperbolikus durch. Diese Funktion entspricht in grober Näherung einer Parabel. Die charakteristische Form ergibt sich aus der Balance der Spannung der Kette und der Erdanziehung.mehr...
85. Impuls: Springflut
An der Küste mischen die Wellen viel Luft ins Wasser. Die Luft bildet unter Wasser kleine Bläschen. Angeregt durch die Bewegung des Wassers fangen die Luftbläschen an zu schwingen, jedes mit seiner eigenen Frequenz. Die Schwingungen überlagern sich als Schallwellen und gehen an der Wasseroberfläche in die Luft über. Das Rauschen kommt also aus der Überlagerung vieler Frequenzen zustande.mehr...
84. Impuls: Komet NEOWISE
Kometen, wie der aktuell mit dem bloßen Auge sichtbare C/2020 F3 (NEOWISE), sind Brocken aus Eis, Staub und Gestein, die sich in weitem Bogen der Sonne nähern und wieder entfernen. Kometen sind für ihren Schweif bekannt. Der Sonnenwind treibt die ausgasenden Stoffe des Kometen von der Sonne weg. Die schnellen Gasteilchen bilden dabei den sogenannten Gasschweif und die langsameren Staubteilchen bilden einen gekrümmten Staubschweif, den der Komet hinter sich her zieht. Aus den zurückbleibenden Staubkörnern können Sternschnuppen werden.mehr...
83. Impuls: MP3
Um eine MP3-Datei zu erstellen, wird ein Schallsignal in Stücke zerschnitten und diese in ihre Frequenzbestandteile zerlegt. Danach folgt eine digitale Kompression, und zwar idealerweise genau so, dass das menschliche Ohr gerade keinen Unterschied zum Original erkennen kann. Das MP3-Format ermöglicht es durch die Kompression, Speicherplatz einzusparen, im Idealfall ohne hörbaren Qualitätsverlust.mehr...
82. Impuls: Langer Strohhalm
Ein Strohhalm darf die Höhe von ungefähr 10 Metern nicht übersteigen, damit man dadurch trinken kann. Ab dieser Höhe reicht der Atmosphärendruck nicht mehr aus, um das Getränk durch den Strohhalm nach oben zu drücken, wenn ein durstiger Mensch am oberen Ende mit dem Mund ein Vakuum erzeugt.mehr...
81. Impuls: Abgelenkter Wasserstrahl
Wassermoleküle sind elektrische Dipole, da es innerhalb des Moleküls zwei getrennte Ladungsschwerpunkte gibt. Kommt ein geladener Gegenstand (z.B. ein durch Reibung geladenes Lineal) in die Nähe eines dünnen Wasserstrahls, dann richten sich die polaren Wassermoleküle im Wasserstrahl aus und der Strahl wird abgelenkt.mehr...
80. Impuls: Zeppelin
Zeppeline können aufgrund ihrer Gasfüllung fliegen. Das Traggas muss dazu eine geringere Dichte als die Außenluft haben, damit ein Auftrieb entsteht. Entsprechend sind u.a. Wasserstoff, Helium und Heißluft dazu geeignet.mehr...
79. Impuls: Meeresrauschen
An der Küste mischen die Wellen viel Luft ins Wasser. Die Luft bildet unter Wasser kleine Bläschen. Angeregt durch die Bewegung des Wassers fangen die Luftbläschen an zu schwingen, jedes mit seiner eigenen Frequenz. Die Schwingungen überlagern sich als Schallwellen und gehen an der Wasseroberfläche in die Luft über. Das Rauschen kommt also aus der Überlagerung vieler Frequenzen zustande.mehr...
78. Impuls: Sublimation von Trockeneis
Trockeneis ist gefrorenes Kohlenstoffdioxid (CO2). CO2 kann bei unserem geringen Atmosphärendruck keinen flüssigen Zustand einnehmen. Wird gefrorenes CO2 der Raumtemperatur ausgesetzt, sublimiert es daher sofort, ohne flüssig zu werden.mehr...
77. Impuls: Treibhauseffekt der Atmosphäre
Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid (CO2) absorbieren Wärmestrahlung und strahlen sie zurück zur Erde. Der natürliche Treibhauseffekt ermöglicht es, dass die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche mit ca. 14°C so hoch ist. Ohne diesen Effekt läge sie lediglich bei ca. -19°C. Durch den zusätzlichen Ausstoß von Treibhausgasen durch den Menschen in unsere Atmosphäre wächst der Effekt allerdings zunehmend, weshalb es auf der Erde immer wärmer wird.mehr...
76. Impuls: Sommersonnenwende
Die Jahreszeiten kommen durch die Neigung der Erdachse zustande. Diese behält ihre Orientierung bei, während die Erde um die Sonne rotiert. Dadurch bekommt zwischen April und August die Nordhalbkugel mehr Sonne ab – Es ist Sommer. Am stärksten ist dieser Effekt am Tag der Sommersonnenwende, dem längsten Tag des Jahres auf der Nordhalbkugel.mehr...
75. Impuls: Sonnenfinsternis
Bei einer Sonnenfinsternis verdeckt der Mond von der Erde aus gesehen die Sonne. Dabei kann der Mond die Sonne teilweise (partielle Sonnenfinsternis) oder vollständig (totale Sonnenfinsternis) bedecken. Bei einer totalen Sonnenfinsternis wird die Corona der Sonne sichtbar, der äußerste Bereich der Sonnenatmosphäre, der aus heißem Plasma besteht.mehr...
74. Impuls: Ultraschall
Schall mit Frequenzen oberhalb des hörbaren Bereichs nennt man Ultraschall. Der hörbare Bereich des Menschen endet bei 20 Tausend Hz (Schwingungen pro Sekunde). Die Bilder zeigen Bereiche in der Luft wo ihre Dichte einmal stark erhöht und darauffolgend ausgedünnt ist. Je näher diese Bereiche liegen, desto höher die Frequenz.mehr...
73. Impuls: Blu-ray
Information wird auf CDs in Form von kleinen Vertiefungen, sogenannten Pits, gespeichert. Diese können mithilfe eines Lasers ausgelesen werden. Bei Blu-rays liegen diese Pits so dicht, dass man blaues, also sehr kurzwelliges, Laserlicht benötigt, um diese auszulesen.mehr...
72. Impuls: Strandmuster
Bei Wasser- oder Windströmungen über Sand bilden sich Wirbel mit typischen Größenskalen aus (einige Zentimeter). Auf der anfangs ebenen Sandfläche bilden sich durch diese Wirbel gleichmäßige Wellenmuster aus, wobei der Abstand zwischen den Wellenbergen genau der typischen Größe der Wirbel entspricht.mehr...
71. Impuls: Geckos stehen Kopf
Geckos kleben mithilfe verschiedener Kräfte an der Wand. Eine davon ist die sogenannte “Van-der-Waals-Kraft”. Es handelt sich dabei um dieselbe Kraft, welche Wasser an Oberflächen haften lässt. Die Van-der-Waals-Kraft entsteht, wenn Moleküle bei Oberflächenkontakt polarisiert werden, d.h. Ladungen innerhalb eines Moleküls verschieben sich.mehr...
70. Impuls: Volumenmischung
Die Mischung aus einem Liter Alkohol und einem Liter Wasser ergibt weniger als zwei Liter Flüssigkeitsgemisch. Das hängt damit zusammen, dass die kleinen Wassermoleküle die Lücken zwischen den großen Alkoholmolekülen füllen. Wenn es ums Volumen geht, ist 1 plus 1 nicht immer 2 ;)mehr...
69. Impuls: Tischtennisball im Trichter
Legt man einen Tischtennisball in einen Trichter und pustet hinein, fliegt er nicht aus dem Trichter hiaus. Sobald er sich etwas von der Trichterwand gelöst hat sorgt der Luftstrom zwischen Ball und Trichter für einen Unterdruck (Bernoulli-Effekt), der den Ball zurücksaugt. Der Ball fängt damit an, im Trichter zu vibrieren.mehr...
68. Impuls: Münzen versenken
Eine Münze, die mit der flachen Seite nach unten durch’s Wasser fällt, befindet sich in einem instabilen Gleichgewicht. Ist die Münze am Anfang auch nur ganz leicht gekippt, verstärkt sich dieses Kippen von selbst – Die Münze steht schräg im Wasser und driftet zur Seite ab.mehr...
67. Impuls: Sauna-Aufguss
Wenn das Wasser auf die heißen Saunasteine gegossen wird, verdampft es und steigt nach oben. So erhöht sich die Luftfeuchtigkeit und damit auch die gefühlte Temperatur in der Sauna. Kondensiert der heiße Wasserdampf auf der Haut, wärmt er den Körper auf.mehr...
66. Impuls: Beugung am Einzelspalt
Trifft eine ebene Wellen auf einen Einzelspalt, breitet sich vom Zentrum dieses Spaltes eine kreisförmige Welle aus. Dies ist mit dem “Huygensschen Prinzip” erklärbar. Es besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen kreisförmigen Elementarwelle betrachtet werden kann.mehr...
65. Impuls: Induktionsherd
Beim Anschalten eines Induktionsherdes fließt durch die spiralförmige Kupferspule unter dem Glaskeramik-Kochfeld ein Wechselstrom. Infolge dessen wird um diese Spule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das wiederum eine elektrische Spannung im leitenden Material des Topfbodens “induziert”. Ein Teil der elektrischen Energie wird dort in thermische Energie umgewandelt und der Topfboden erwärmt sich.mehr...
64. Impuls: Wirbelschleppen beim Flugzeugstart
Große Flugzeuge verwirbeln beim Start die Luft auf der Landebahn, wobei die Stärke der “Wirbelschleppen” von der Masse, Geschwindigkeit und der Flügelspannweite des Flugzeuges abhängt. Nachfolgende Flugzeuge müssen daher eine Weile warten, um nicht von den Luftwirbeln durchgeschüttelt zu werden. Bereits bei kleinen Flugzeugen sind Sicherheitsabstände von über fünf Kilometern notwendig.mehr...
63. Impuls: Smartphone-Kamera
Der CMOS-Chip einer Kamera enthält kleine Zellen mit Halbleiterelektronik. Bei Lichteinstrahlung werden elektrische Ladungen freigesetzt. Die Schaltung wandelt diese in Spannungssignale um. Dabei bezieht sich die Abkürzung CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) auf die komplementär geladenen freien Ladungsträger (positiver p-Typ und negativer n-Typ), welche im Halbleitermaterial verschoben werden. Durch kurze Verschiebedistanzen erreichen CMOS-Kameras höhere Schaltgeschwindigkeiten als CCD-Kameras.mehr...
62. Impuls: Höhenstrahlung
Auf die Erde prasseln ständig geladene Teilchen ein. Diese kosmische Strahlung stammt z.B. aus dem Sonnenwind, von Supernova-Explosionen oder den Zentren von aktiven Galaxien. Trifft kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre, entsteht eine Kaskade neuer Teilchen. Zu viel kosmische Strahlung kann uns gefährlich werden. Sie trägt, wie Radioaktivität, zur natürlichen Strahlenbelastung bei.mehr...
61. Impuls: Reine Farben
Für das Farbsehen in unseren Augen sind sogenannte Zapfen in der Netzhaut zuständig. Es gibt drei Zapfentypen, die entweder im roten, grünen oder blauen Farbbereich empfindlich sind. Je nach Intensität der Anregung werden so alle Farben die wir wahrnehmen aus diesen drei Farben zusammengesetzt. Da bei der Anregung des grünen Rezeptors auch immer der rote und blaue Rezeptor mit angeregt werden, ist es für den Menschen nicht möglich die Farbe zu sehen, bei der nur der grüne Rezeptor (“Hypergrün”) angeregt wird.mehr...
60. Impuls: Feynman-Diagramme
Die moderne, teilchenphysikalische Beschreibung von Wechselwirkung, z. B. die Abstoßung von gleichnamigen Ladungen, lässt sich in Bildern darstellen, die Richard Feynman entwickelt hat, sogenannte Feynman-Diagramme. Sie lassen sich direkt in Formeln übersetzen.mehr...
59. Impuls: Doppelpendel
Bereits ein Doppelpendel zeigt “chaotisches Verhalten”. Das bedeutet, kleine Änderungen der Anfangsposition haben große Auswirkungen auf das Langzeitverhalten. Die Bewegung des Pendels lässt sich also auf lange Sicht nicht mehr vorhersagen.mehr...
58. Impuls: Pandemie
Die Ausbreitung von Infektionserkrankungen lässt sich mit mathematischen Modellen untersuchen: Jede betroffene Modell-Zelle steckt einige Nachbarzellen an und wird danach immun. Fachleute der Epidemiologie nutzen u.a. komplexe Computersimulationen, um z. B. die Entwicklung von CoVID-19 besser zu verstehen. Da manche Parameter variieren können, werden viele Szenarien simuliert.mehr...
57. Impuls: Schwimmende Bakterien
Für ein zwei Mikrometer großes Bakterium fühlt sich Wasser genauso zäh an, wie sich Honig für ein hypothetisches, zwei Zentimeter großes Bakterium anfühlen würde. Das Bakterium kommt daher mit Geißeln besser als durch Schwimmbewegungen voran.mehr...
56. Impuls: Sonnenwind
Der Sonnenwind beschreibt den Strom elektrisch geladener Teilchen aus der Sonne. Das Erdmagnetfeld schirmt die Erde gegen den Sonnenwind ab. Nur in den Polargebieten dringen die Teilchen tief in die Erdatmosphäre ein. Bei hochfliegenden Satelliten kann der Sonnenwind zu Kurzschlüssen und technischen Problemen führen.mehr...
55. Impuls: Photosynthese
Pflanzen wandeln Wasser und Kohlendioxid aus der Luft in Zucker und Sauerstoff um. Diese energieaufwendige Reaktion gelingt in den Blättern, weil das Blattgrün (Chlorophyll) das energiereiche Licht der Sonne einfängt und der Reaktion zuführt.mehr...
54. Impuls: Holografie
Zur Erzeugung eines Hologramms wird sowohl die Intensität als auch die Phaseninformation des Lichts von einem dreidimensionalen Objekt in einem dünnen Film gespeichert. Wird der Film beleuchtet kann durch die Phaseninformation ein dreidimensionales Bild rekonstruiert werden.mehr...
53. Impuls: Fensterscheibe
Beim Sonnenbaden hinter einer Glasscheibe zeigt die Haut weniger Bräunung, da das Glas einen Großteil der UV-Strahlung absorbiert. Die UV-Durchlässigkeit hängt von Glastyp ab. Deshalb schützen normale Fensterscheiben nicht vollständig vor UV-Strahlung.mehr...
52. Impuls: Kernfusion
Kernkraftwerke nutzen zur Energieerzeugung die freiwerdende Energie beim Spalten großer Atomkerne. Genauso lässt sich Energie durch das Verschmelzen leichter Atomkerne erzeugen. Die Stromerzeugung auf Grundlage der Kernfusion ist ein aktuelles Forschungsgebiet, in dessen Rahmen z.B. der Tokamak Reaktor entwickelt wird.mehr...
51. Impuls: Schall
Schall ist eine Dichteschwankung, die man mit dem Rubensschen Flammenrohr veranschaulichen kann. Im Rohr brennt Propangas, das durch eine Schallwelle gestört wird. Durch die Variation der Dichte des Gases aufgrund der Schallwelle variiert die Höhe der Flamme.mehr...
50. Impuls: Gezeiten
Die Anziehungskraft des Mondes und die Rotation der Erde bewirken Ebbe und Flut. Entsprechend ist auch auf der vom Mond abgewandten Seite der Erde Hochwasser.mehr...
49. Impuls: Satz vom Igel
Es gibt immer mindestens einen Ort auf der Erdoberfläche, an dem kein Wind weht. Dies hängt mit einem mathematischen Theorem zusammen, dem sogenannten Satz vom Igel.mehr...
48. Impuls: Hochdruckgebiet auf der Nordhalbkugel
Auf der Nordhalbkugel drehen sich Hochdruckgebiete aufgrund der Corioliskraft von oben betrachtet im Uhrzeigersinn. Auf der Südhalbkugel drehen sie sich gegen den Uhrzeigersinn. Dies ist bei Tiefdruckgebieten genau andersherum.mehr...
47. Impuls: Dzhanibekow-Effekt
Ein Handy hat eine Höhe (kurze Achse), eine Breite (mittlere Achse) und eine Länge (lange Achse), um die es rotieren kann. Um die kurze und lange Achse rotiert es stabil. Bei der mittleren Achse, führt aber schon die kleinste Unwucht zu heftigem Wabbeln. Es flippt sogar um 180 Grad, ohne die Rotationsrichtung zu ändern.mehr...
46. Impuls: Ostereierrampe
Das Innere eines rohen Eis ist flüssig und dreht sich beim Herunterrollen von der Rampe nicht mit. Somit setzt das rohe Ei im Gegensatz zum gekochten die Gesamtenergie in das Rollen der Schale um und es kommt früher unten an.mehr...
45. Impuls: Ostereiertest
Durch die poröse Schale von Eiern verdunstet Wasser. An diesen Stellen sammelt sich Luft an. Somit enthalten verdorbene Eier mehr Luft und schwimmen im Gegensatz zu frischen Eiern.mehr...
44. Impuls: Archimedisches Prinzip
Das Gewicht eines schwimmenden Objekts, z.B. eines Bootes, ist gleich dem Gewicht des von ihm verdrängten Wassers.mehr...
43. Impuls: Schwimmende Büroklammern
Legt man eine Büroklammer ins Wasser, so geht diese unter. Büroklammern, die auf einem Stück Papier auf Wasser gelegt werden, schwimmen allerdings. Dies liegt an der Oberflächenspannung des Wassers.mehr...
42. Impuls: Orangen U-Boot
Ein Stück Orangenschale in einer gefüllten Wasserflasche verhält sich wie ein Cartesischer Taucher. Drückt man auf den Verschluss der Flasche, erhöht sich der Druck und somit füllen sich die mit Luft gefüllten Poren der Orangenschale mit Wasser. Die Schale taucht ab. Beim Loslassen passiert der umgekehrte Effekt.mehr...
41. Impuls: Luftdruck in der Höhe
Der Luftdruck ist auf den Bergen geringer als in Tälern. Deshalb werden Flaschen beim Herunterwandern zusammengedrückt.mehr...
40. Impuls: Flüssige Katzen
Katzen passen fast überall durch und rein. Da sie die Form des Behälters annehmen, verhalten sie sich wie eine Flüssigkeit.mehr...
39. Impuls: Geladene Luftballons
Luftballons laden sich beim Reiben an Haaren auf. Die zum Ballon entgegengesetzten Ladungen in der Decke werden vom Ballon angezogen und positionieren sich möglichst nah am Ballon. Andersherum werden die gleichnamigen abgestoßen. Daher wird der Ballon effektiv von der Decke angezogen. So haften Ballons ohne Klebstoff aufgrund von Elektrostatik an der Decke.mehr...
38. Impuls: Echolot
Fledermäuse, Wale und viele weitere Tiere orientieren sich vorwiegend mithilfe ihres Echolots. Dazu senden sie Schallwellen aus und erkennen anhand des Echos, wie ihre Umgebung aussieht.mehr...
37. Impuls: Fata Morgana
Direkt über dem Wüstensand heizt sich die Luft am stärksten auf. Die heiße Luft hat andere optische Eigenschaften und kann Bilder reflektieren als wäre sie eine Wasseroberfläche. So entsteht eine Fata Morgana.mehr...
36. Impuls: Wärmegleichgewicht großer Tiere
Es gibt keine 100 Meter große, gleichwarmen Tiere, weil diese überhitzen würden. Denn das Volumen eines Tieres, das Wärme erzeugt, wächst schneller an als die Oberfläche, über die Wärme abgegeben werden kann.mehr...
35. Impuls: Verdunstung
Schweiß verdunstet oberflächlich zu Wasserdampf. Die schnelleren Wassermoleküle fliegen leichter aus den Schweißtropfen heraus in die Umgebung. Die zurückbleibenden Moleküle sind im Durchschnitt langsamer, wodurch der Tropfen abkühlt. Auf dieses Weise kühlt uns Schwitzen.mehr...
34. Impuls: Kapillareffekt
Pflanzen saugen durch die Kapillarkraft Wasser gegen die Schwerkraft nach oben. Diese Kraft entsteht durch den schmalen Durchmesser der Kanälchen in der Pflanze und die Oberflächenspannung von Wasser. Durch eingefärbtes Blumenwasser färbt sich auch die Blüte.mehr...
33. Impuls: Summendes Trafohäuschen
Das starke Magnetfeld im Eisenkern eines Trafohäuschens wechselt 100-mal pro Sekunde die Richtung. Dadurch vibriert der Eisenkern, was man als Summen hören kann.mehr...
32. Impuls: Hochspannungsleitung
Es ist tödlich, Hochspannungsleitungen anzufassen, wenn man am Boden steht, weil man zum Leiter starker Ströme von der Hochspannungsleitung zur Erde wird. Einem Vogel hingegen passiert nichts, solange er mit beiden Füßen auf der Leitung steht und keinen Kontakt zur Erde hat.mehr...
31. Impuls: Blick zu den Sternen
Der Blick zu den Sternen ist ein Blick in die Vergangenheit. Da die Lichtgeschwindigkeit nicht unendlich groß ist, braucht auch das Licht der Sterne seine Zeit. So ist zum Beispiel Licht von Sternen der uns nächstgelegenen Galaxie Andromeda bereits 2,5 Millionen Jahre unterwegs, bis es auf unsere Erde trifft.mehr...
30. Impuls: Trägheit im Bus
Ein massebehafteter Körper möchte in seinem Bewegungszustand bleiben. Dieses Phänomen bezeichnet man als Trägheit. Ein Alltagsbeispiel dafür ist die Fahrt in einem Bus. Fährt der Bus an, möchte man selbst in Ruhe bleiben, weshalb man sich nach hinten gezogen fühlt. Anders beim Bremsen: Die Trägheit verlangt, dass man sich weiterhin bewegt, während der Boden des Busses wegbremst.mehr...
29. Impuls: Wirbelstrombremse
Ein Magnet erzeugt in einem bewegten Metallstück elektrische Ströme, die im Kreis fließen, sogenannte Wirbelströme. Durch den endlichen elektrischen Widerstand des Metalls wird dabei Wärme frei. Außerdem bremst dieser Vorgang das Metallstück, ohne die Oberfläche zu verschleißen. Im Gegensatz zu anderen Bremssystemen sind Wirbelstrombremsen also verschleißfrei und kommen deshalb in Zügen, Achterbahnen und Fitnessgeräten zum Einsatz.mehr...
28. Impuls: Weintraube in der Mikrowelle
Aufgrund des hohen Wassergehalts und der Größe von Weintrauben wird das elektromagnetische Feld des Mikrowellenherds genau im Berührungspunkt fokussiert, ähnlich wie Licht mit einer Lupe. Das elektrische Feld ist dabei so stark, dass es die Luft in positiv und negativ geladene Teilchen zerreist und erhitzt. Es entsteht ein Plasma. Bitte nicht zuhause nachmachen!mehr...
27. Impuls: Leidenfrost-Effekt
Auf einer heißen Herdplatte “tanzen” Wassertropfen auf einem Dampfkissen, weil das Wasser auf der Oberfläche der Platte direkt verdampft. Dieses Phänomen wurde zuerst von Johann Gottlob Leidenfrost beschrieben, weshalb es den Namen Leidenfrost-Effekt trägt.mehr...
26. Impuls: Paranuss-Effekt
Durch mehrfaches Schütteln von Müsli wandern die großen Brocken wie beispielsweise die Paranüsse in der Packung nach oben. Dieses Phänomen heißt Paranuss-Effekt. Die Ursache des Effekts liegt in der Bildung von Hohlräumen im Müsli beim Schütteln. Diese Hohlräume werden bevorzugt von kleineren Bestandteilen des Müslis belegt, wodurch diese sich nach unten bewegen. Effektiv wandern die Paranüsse also nach oben.mehr...
25. Impuls: singendes Weinglas
Weingläser erzeugen Töne, wenn ein nasser Finger über den Glasrand streicht. Je voller das Glas, desto tiefer der Ton.mehr...
24. Impuls: Fragmentation
Biegt man eine ungekochte Spaghetti zu stark, bricht sie irgendwann an einer Stelle. Da sie sehr starr ist, begradigt sich die Spaghetti sehr schnell von selbst. Gleichzeitig schnellt sie wegen der Biegung auf, jedoch viel langsamer als sie begradigt. Beides zusammen führt schnell zu einer weiteren Verkrümmung an anderer Stelle, wo die Spaghetti wieder bricht.mehr...
23. Impuls: Garnrolle
Eine Garnrolle, an der ein Faden im flachen Winkel gezogen wird, rollt auf – bei einem steilen Winkel rollt sie ab.mehr...
22. Impuls: Teleskop
Mit Hilfe von Teleskopen lassen sich weit entfernte Objekte vergrößern. Ein Beispiel dafür ist das Spiegelteleskop. Dabei gelangt das Licht nach Durchlaufen eines Spiegelsystems zum Auge des Beobachters. Wegen der Größe des Spiegels wird auch mehr Licht gesammelt als mit dem Auge, sodass sehr lichtschwache Objekte beobachtet werden können.mehr...
21. Impuls: Mossierpunkt
Damit das Kohlendioxid in Sekt entweichen und damit für ein gutes Aroma sorgen kann, ist eine Störstelle im Glas nötig. Fehlt diese, dann schmeckt der Sekt trotz vorhandene Kohlensäure schal. In guten Sektgläser wird deshalb einen sogenannter Moussierpunkt angebracht.mehr...
20. Impuls: Kochschneeflocke
Koch-Schneeflocken sind sogenannte Fraktale, die mit natürlichen Schneeflocken gemeinsame Merkmale haben. Symmetrie – hier um sechs mögliche Drehachsen – und sog. Selbstähnlichkeit trifft man an: Formen im Großen finden sich als Details bei Vergrößerung im Kleinen.mehr...
19. Impuls: Körperwärme
In unseren Zellen werden ständig Strukturen (Proteine) gebildet. Dabei wird Wärme frei. Je mehr Wärme desto mehr bewegen sich diese Strukturen. Wird es zu warm, zerbrechen die Strukturen wieder und die Zellen sterben. Darum muss die Wärme raus aus den Zellen und aus dem Körper. Das geht aber nur wenn der Körper eine höhere Temperatur hat als seine Umgebung.mehr...
18. Impuls: Dichteanomalie von Wasser
Schlittschuhlaufen auf zugefrorenen Seen ist nur möglich, weil festes Wassereis pro Volumen leichter ist als flüssiges Wasser und unter Druck flüssig wird. Wegen dieser Dichteanomalie schwimmt das Eis oben auf der Wasserfläche. Außerdem trägt der Druck unter den Kufen dazu bei, dass sich eine quasi-flüssige Wasserschicht bildet, wodurch die Schlittschuhe mühelos über das Eis gleiten.mehr...
17. Impuls: umgedrehte Flasche
Hält man eine gefüllte Flasche umgedreht in ein Glas Wasser, so fließt nur so viel heraus, bis Innendruck und Außendruck gleich sind und die Wassermenge im stabilen Gleichgewicht halten, falls die Flasche nicht umfällt.mehr...
16. Impuls: Thixotropie
Es gibt nicht-newtonsche Flüssigkeiten die sich umgekehrt zu Stärkewasser verhalten. So wird z.B. Ketchup erst durch viel Bewegung flüssig. Je stärker und länger man schüttelt, desto besser enthaken sich die vielfältigen, winzigen Bestandteile der Mischung und sie wird dünnflüssiger. Nach kurzem Warten wird sie wieder fester.mehr...
15. Impuls: Rheopexie
Sogenannte nicht-newtonsche Flüssigkeiten ändern durch äußere Krafteinwirkung ihre Viskosität. Ein gutes Beispiel dafür ist Wasser mit viel Stärkemehl. Dabei wächst die Viskosität beim Umrühren und es kann passieren, dass der Löffel stecken bleibt.mehr...
14. Impuls: Haftgleiteffekt
Kreide gleitet nicht gleichmäßig über die Tafeloberfläche, sondern bleibt immer wieder kurz daran haften. Sie ruckelt. So gerät die Kreide auf ganzer Länge in Schwingung und überträgt diese als Schallwelle an die Luft. Wir nehmen das als Quietschen wahr.mehr...
13. Impuls: Dopplereffekt
Bewegt sich der Sender eines Tones relativ zum Empfänger, hört der Empfänger einen anderen Ton, als der Sender abgibt. Ein Beispiel dafür ist ein vorbeifahrender Krankenwagen. Der Ton scheint höher, wenn sich der Krankenwagen nähert und tiefer, wenn der Krankenwagen sich entfernt.mehr...
12. Impuls: Raketenstart
Raketen starten immer nach Osten, um den Schwung der Erdrotation zu nutzen.mehr...
11. Impuls: Polarisation
Der dreidimensionale Eindruck eines Films wird erzeugt, indem zwei verschiedene Bilder am rechten und linken Auge ankommen. Die beiden Bilder entsprechen den beiden Perspektiven, mit denen jedes Auge das Motiv jeweils sehen würde. Durch unterschiedliche Polarisation des Lichtes der beiden Bilder trennt die 3D-Brille diese Signale voneinander.mehr...
10. Impuls: Football
Ein Football liegt besonders stabil in der Luft, wenn er um die Achse mit dem größten oder kleinsten Trägheitsmoment rotiert. Die lange Achse ist die mit dem kleinsten Trägheitsmoment.mehr...
9. Impuls: Pascalscher Fassversuch
Blaise Pascal (1623 – 1662) behauptete, er könne mithilfe von Wein ein Fass zerstören. Dazu befestigte er ein langes Rohr oben am Fass und schüttete immer mehr hinein bis es schließlich platzte.mehr...
8. Impuls: Magdeburger Halbkugeln
Mit einer vakuumierten Kugel aus zwei Teilen demonstrierte Otto von Guericke (1602-1686) in diesem Versuch, dass der Luftdruck stärker als Zugpferde ist.mehr...
7. Impuls: Regenbogen
Trifft Sonnenlicht bei Regen auf Wassertropfen, so werden verschiedene Wellenlängen unterschiedlich gebrochen und damit das Licht in seine Farbbestandteile zerlegt. So entstehen Regenbögen.mehr...
6. Impuls: Blitz und Donner
Innerhalb von Gewitterwolken trennen sich elektrische Ladungen, weil positiv geladene leichte Eiskristalle aufsteigen, schwere negativ geladene Wassertropfen hingegen nicht. Die entstehenden Spannungen werden durch Blitze ausgeglichen.mehr...
5. Impuls: Wasserkreislauf
Wasser verdunstet und steigt auf. Auf dem Weg nach oben kühlt der Dunst ab und kondensiert zu Wolken, die sich bei Sättigung abregnen.mehr...
4. Impuls: Farbe des Himmels
Aufgrund der farbabhängigen Streuung des Sonnenlichts durch Staub in der Atmosphäre ist der Himmel tagsüber blau und bei Dämmerung rot.mehr...
3. Impuls: Gravitation
Zwei Körper mit Masse ziehen sich an. Dies hält nicht nur uns auf dem Erdboden, sondern auch unsere Atmosphäre und unser Sonnensystem zusammen.mehr...
2. Impuls: Erdmagnetfeld
Durch Strömungen eisenhaltiger, heißer Flüssigkeiten im äußeren Erdkern entsteht unser Erdmagnetfeld. Es ermöglicht die Verwendung des Kompasses und schützt uns vor kosmischer Strahlung und dem Sonnenwind.mehr...
1. Impuls: Magnus-Effekt
Der rotierende Ball beschleunigt die umströmende Luft auf der einen und bremst sie auf der anderen Seite. Da bei wachsender Strömungsgeschwindigkeit der Druck sinkt, erzeugt die Rotation des Balles somit einen Unterdruck und wird von seiner Flugbahn abgelenkt. Es kommt zur sogenannten Bananenflanke.mehr...