» Physik

Oft werden Flugzeuge benutzt. Gerade in Zeiten der Billigflieger ist es ein sehr beliebtes Transportmittel. Von denjenigen, die das Flugzeig nutzen, dürften aber nur die wenigsten wissen, warum der Flieger eigentlich in der Luft bleibt.

Bei bestimmten Flugobjekten wie Heißluftballons oder Zeppelinen, ist es nicht schwer eine Erklärung für ihre Flugfähigkeit zu finden. Sie sind einfach leichter als Luft. Zeppeline weil sie mit einem leichten Gas wie Helium gefüllt werden und Heißluftballone, weil heiße Luft leichter als kalte ist. Bei Flugzeugen ist das physikalisch schon komplizierter. Sie fliegen, weil sie sogennanten Auftrieb haben. Dieser Effekt ist auch im Alltag zu beobachten. Wenn man seine Hand bei hoher Geschwindigkeit (z.B. aus dem Fahrenden Auto) in die Luft ausstreckt und leicht schräg hält, wird man feststellen, dass sie nach oben gedrückt wird. Ähnlich ist die Technik auch bei Flugzeugen. Der Flügel muss in einem bestimmten Anstellwinkel ausgerichtet sein. Darüber hinaus muss er in einer bestimmten Art geformt sein: vorne rund und hinten spitz zulaufend. Außerdem muss die Oberseite des Flügels stärker gewölbt sein, als es bei der Unterseite der Fall ist. Bewegt sich das Flugzeug und also die Flügel, so wird die Luft an den Flügeln geteilt. Dann fließt die Luft zu einem Teil oben und zum anderen Teil unten an dem Flügel vorbei. Da der Flügel gewölbt ist, muss die Luft an der oberen Seite einen längeren Weg hinter sich bringen und an der Unterseite einen kürzeren. Deshalb strömt die Luft an der Oberseite schneller vorbei als an der Unterseite. Der Luftdruck an der Oberseite sinkt und ein Sog entsteht, der das Flugzeug nach oben “saugt”.

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13. Februar 2008

Kategorie: Physik, Technik

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Indem ein Dynamo am Knie angebracht wird, kann beim Laufen günstiger Strom erzeugt werden, der dann für Handy, GPS, Gelenkprothesen, MP3-Player und ähnliche Geräte genutz werden kann.

Eine Technik dieser Art werden schon länger versucht zu entwickeln. Doch nun ist es einem kanadischen Forschungsteam des Locomotion Laboratory um Max Donelan gelungen, etwas zu entwickeln, das bald auch marktreif sein dürfte. Es handelt sich um einen Generator der an dem Knie angebracht wird. Wenn die Person mit ihm läuft, wird Energie erzeugt. Dies funktioniert physikalisch ähnlich wie bei Hybrid-Autos oder Zügen. Die Abbremsbewegung wird dazu genutz um Energie zurück zu gewinnen. Dies ist beim Laufen nicht viel, aber es werden immerhin ungefähr 2,5 Watt pro Knie erzeugt. Da das Gerät noch relativ schwer ist, es wiegt etwa 1,6 Kilo, erhöht sich natürlich auch der Energieaufwand fürs Laufen. Es wird um ungefähr 20 Prozent mehr Energie verbraucht. Für Personen die eh ein wenig Sport treiben wollen, ist das kein Problem. Wer das aber nicht möchte, kann darauf hoffen, das das Endgerät leichter sein wird und damit auch nicht mehr lästig herumzuschleppen sein wird. Meine Hoffnung wäre ja eher, dass es andere Möglichkeiten der Energieeinsparung oder Erzeugung geben wird. Die Tendenz, dass Geräte immer weniger Energieintensiv sind, lässt sich ja schon beobachten. So lässt sich bei den neuen Prozessoren bald schon ein Laptopprozessor mit nur einem Knie betreiben (also ungefähr 2 Watt). Und wer sich längere Zeit im Niemandsland aufhält, wo sich wirklich keine Steckdose finden lässt, dem würde ich wohl eher noch ein Solarsystem empfehlen, mit dem sich recht bequem Akkus aufladen lassen. Solarzellen haben dabei den Vorteil, dass sie nicht am Knie getragen werden müssen, sondern im Rucksack verstaut werden können und bequem herausgeholt werden können, wenn es nötig ist. Mal sehen, was sich die Wissenschaftler noch alles einfallen lassen, schließlich steigen auch die Gaspreise in nächsten Jahren.    [...mehr]

10. Februar 2008

Kategorie: Physik, Technik

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Oft können wir sie sehen, aber nicht ganz. Regenbögen bilden einen Kreis, den wir zumeist nicht sehen. Aber warum sind sie so gebogen und warum sehen wir den Kreis nicht?

Regenbögen waren Gegenstand von Liedern und Gedichten, Geschichten und Mythologie aber folgendes ist der Grund, warum Regenbögen in der Natur so erscheinen, wie sie es tun:
Regenbögen sind hell und man kann sie nicht berühren. Die Sonne muss scheinen und sich hinter einem befinden und es müssen Wassertropfen in der Luft vor einem sein. Sonnenlicht leuchtet in die Wassertropfen, die als winzige Prismen, das Licht biegen oder “brechen” und es in die einzelnen Farben zerlegen.
Regenbogenstrahlen biegen zweimal. Wenn sie in die Tropfen eindringen, werden die Strahlen leicht gebogen, dann reflektieren sie an der Rückseite der Tropfen und biegen sich beim verlassen der Tropfen ein zweites Mal.
Der Regenbogen ist kreisförmig, weil, wenn ein Regentropfen das Licht biegt, das Licht die Regentropfen in einem 40-42 Grad-Winkel wieder verlässt..
Die violett und blau Kurve wird in einem 40 Grad-Winkel gebogen und die orangen und roten Kurven in einem 42 Grad-Winkel.
Regenbögen haben keine “Enden”, sondern sind volle Kreise, aber wir können nicht sehen, weil der Horizont der Erde im Weg liegt.
Wenn die Sonne sehr niedrig am Himmel ist, entweder kurz vor oder kurz nach Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang, dann können wir einen halben Kreis sehen. Je höher die Sonne am Himmel steht, desto weniger sehen wir dem Regenbogen.
Der einzige Weg, um den vollständigen Kreis eines Regenbogens am Himmel zu sehen, besteht darin, über dem Regenbogen zu sein und die Sonne hinter sich zu haben. Dies ist zumiest nur möglich beim einem Blick aus einem Flugzeug heruntzer auf die Tropfen.

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9. Februar 2008

Kategorie: Natur, Physik

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In zwei Jahren müssen Autoscheiben vielleicht nicht mehr vom Frost befreit werden und Scheiben und Spiegel beschlagen nicht mehr.

Wer kennt das Problem nicht: bevor im Winter losgefahren werden kann, muss erst das Eis von der Scheibe abgekratzt werden und im Innenraum darauf gewartet werden, dass die Scheibe nicht mehr beschlägt. Ein recht ähnliches Problem stellt sich auch in Badezimmern. Der Spiegel beschlägt und es ist nicht mehr möglich etwas durch den Beschlag zu sehen. Grund für diesen Beschlag ist, dass die Scheiben deutlich kühler sind als die Luft im Badezimmer oder im Inneren des Autos. Treffen die in der Luft enthaltenen kleinsten Wasserteilchen auf das kühle Glas, kondensieren sie. Es bilden sich kleine Tropfen am Glas, die die Durchsicht verhindern. Mittel dagegen ist es, die Scheiben zu erhitzen. In Autos wird dies schon lange durch die Heckscheibenheizungen gewährleistet. Doch es benötigt einige Zeit, bis die am Glas befestigten Drähte heiß genug geworden sind. Für die vordere Scheibe im Auto sind sie ungeeignet, da sie die Sicht behindern. Wissenschaftlern von der Fraunhofer-Technologie-Entwicklungsgruppe TEG  gelang es nun eine Technologie zu entwickeln, die zügig und auf großer Flächig für ungehinderte Sicht sorgt: eine Beschichtung der Scheiben aus Nanomaterial, sehr dünn und für das menschliche Auge nicht sichtbar. Sie besteht aus Carbon Nano Tubes (CNT) – kleinsten Kohlenstoffröhrchen, die gerade mal einen milliardstel Meter lang sind. Diese CNTs haben besondere physikalische Eigenschaften. Sie haben eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit. Wird eine Stromquelle an die Scheibe mit der Nanoschicht angeschlossen, so breitet sich der Strom in Form von Wärme in sekundenschnelle über die Fläche, die beschichtet wurde, aus – und das Sichthindernis wird beseitigt. Sogar bei Glasscheiben, die vereist sind, gelang es den Forschern auf diese Art wieder für Durchblick zu sorgen. Wann diese Technik für den Markt einsatzbereit ist, ist noch unklar. Es wird jedoch erwartet, dass in circa zwei Jahren markttaugliche Produkte entwickelt sein werden. Auch in vielen anderen Bereichen sollen die CNT zum Einsatz kommen. So z.B. bei Displays, Transistoren und Speichermedien.

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2. Februar 2008

Kategorie: Physik, Technik

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Beamen kann nach heutigen physikalischen Erkenntnissen nicht funktionieren, es gibt hierfür noch keine entsprechende Formel. Beim Beamen, wie es bei Star Trek oft zu sehen ist, stoßen wir in unserer realen Welt vor allem auf zwei scheinbar unüberwindbare Probleme.
Zum einen ist da die überaus hohe Energiemenge, die nötig wäre, um eine Person, die gebeamt werden soll, auf atomarer Ebene zu zerlegen. Nach Berechnungen von Physikern wäre hierzu eine Energiemenge notwendig, die die gesamte Menschheit zu Zeit nicht einmal produziert.
Das zweite, scheinbar unüberwindbare Problem ist die entstehende Informationsmenge, die beim Beamen eines Menschen entstehen würde. Nach vorsichtigen Schätzungen wird hier von einer Datenmenge gesprochen die ca. 10 hoch 28 Kilobyte beinhalten würde. Eine derartig große Datenmenge kann heute also auch nicht gespeichert werden.
Vielleicht sind wir dem Beamen jedoch näher, als mancher glaubt, denn dem Physiker Anton Zeilinger ist es bereits 1997 gelungen, Photonen zu teleportieren.
Beim genaueren Betrachten der Begriffe Beamen und Teleportation stellen wir jedoch gewaltige Unterschiede zwischen beiden fest.
Bei der Teleportation kann also nicht von Beamen gesprochen werden, da dabei bereits ein gleichwertiges Photon am Zielort vorhanden sein muss. Beim Beamen hingegen wird der zu beamende Mensch in seine Elementarteile zerlegt und dann am Zielort wieder entsprechend zusammengesetzt.
Nach heutigen Erkenntnissen ist es also unmöglich, einen Menschen wie bei Star Trek zu Beamen. Ich halte es jedoch durchaus für möglich, einen Durchbruch in Richtung Beamen zu erlangen. Es bedarf vielleicht nur eines Zufalls um uns von A nach B zu Beamen.    [...mehr]

1. Februar 2008

Kategorie: Physik

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Laser kommen heutzutage an sehr vielen Orten zum Einsatz. Dies wird nur selten wahrgenommen. Wie so ein Laser aber funktioniert, das wissen nur sehr wenige. Grund genug dieser Technik ein wenig mehr Aufmerksamkeit zu widmen.
Laser ist übrigens kein einfacher Eigenname, sondern eine Abkürzung. Sie steht für den englischen Ausdruck Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Lichtverstärkung durch Induzierte Emission). Entdeckt wurde die Technik die Laser ermöglicht am 16. Mai 1960. Der amerikanische Physiker Theodore Maiman hat ein Experiment aufgebaut, in dem eine spiralförmige Gasentladungslampe aufblitzt. In ihr befindet sich ein länglicher Rubinkristall, dessen beide Enden verspiegelt worden sind. Das Blitzlicht verursacht in dem Rubin den ersten Laserpuls der Erde. Maiman zeigte schon bald verwunderten Pressevertretern einen verbesserten Rubinlaser, mit dem er kräftige rote Laserblitze vorführen konnte. Heutzutage sind Laser überall im Einsatz. Sie befinden sich in Glasfasernetze der Telekommunikation und ermöglichen ein schnelles Internet. Ohne sie wäre das Daownloaden größerer Musikdateien Videofilmen oder Spielen unmöglich. Mit Laser ließt und beschreibt das CD oder DVD Laufwerk die Silberscheiben. Laserscanner helfen beim Kassieren und lesen Preisschilder ein und Polizeibeamte messen mit Laserpistolen die Geschwindigkeit von Autos. Starke Gaslaser zerschneiden in den Industriebetrieben Bleche und helfen beim Verformen, Biegen und Härten oder Beschichten von verschiedenen Werkstoffen. In der Medizin können Laser die Blutzirkulation messen oder vollführen als Lichtskalpelle blutstillende Schnitte oder behandeln fehlsichtige Augen. Laser können in der Atmosphäre umweltschädliche Gase aufspüren. In größeren Schiffen oder Flugzeugen haben Lasersysteme den Kreiselkompass durch modernere Technik ersetzt. Mit solchen Ringlasern können Geophysiker auch kleinere Änderungen der Erdrotation messen. Aber was ist nun das besondere und bemerkenswerte an diesem Laserlicht: Bei einem Laserlicht haben alle Wellenberge und -täler denselben Abstand. Das heißt, dass alles Licht ganz genau dieselbe Farbe besitzt. Es ist also monochromatisch. Doch das Laserlicht besitzt noch eine weitere Besonderheit. Alle Wellen bewegen sich in die gleiche Richtung auf und ab. Es ist polarisiert. Das ist dann das, was das Laserlicht so besonders macht. Es besteht aus sehr geordneten Wellen, die alle in die gleiche Richtung gehen und genau dieselbe Farbe besitzen. Es ist auch möglich, das Licht als kleine Teilchen aufzufassen. Beim Laser sind diese Teilchen alle gleich und bewegen sich alle in dieselbe Richtung. Weil das Laserlicht diese Eigenschaften besitzt, kann es sehr genau gesteuert und kontrollieren werden und das ist auch der Grund, weshalb es für so viele Dinge eingesetzt werden kann.


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1. Februar 2008

Kategorie: Physik, Technik

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