Harmonische Schwingungen lassen sich mit einer Sinusfunktion darstellen. Sie verlaufen regelmäßig – die Wellenlänge gibt an, wie weit sich ein Wellenberg und ein Wellental der aufgezeichneten Schwingung erstreckt. Die Frequenz gibt an, wie oft in einer Sekunde eine vollständige Schwingung erfolgt. Harmonische Schwingungen finden wir überall dort, wo wir ein „Bim-Bam“ mitsingen könnten. Bei Glocken, Schaukeln, Pendeln.
Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingung#Harmonische_Schwingung
Ein Pendel ist etwas, was hin- und herschwingt. Du kannst „bim-bam“ dazu singen. Die Pendelbewegung, das ist etwas Regelmäßiges. Bim-Bam-Bim-Bam-Bim-Bam.
Du kannst das bei einer Schaukel tun. Bei einem Faden, an dem eine Masse hängt. Die schwingen hin und her – beide können wir als „Fadenpendel“ bezeichnen, auch wenn bei einer Schaukel eigentlich kein Faden verwendet wird, sondern ein Seil oder eine Kette.
Es gibt nämlich noch eine zweite Art von Pendel: das Federpendel. Da schwingt etwas auf und ab, an einer Feder. Nicht die Feder eines Vogels ist gemeint, sondern dieser aufgewickelte Metalldraht, wie in einem Kugelschreiber. An so einer Feder kann man eine Masse befestigen, und wenn man die daran hängen lässt und die Masse anzupft, schwingt das Federpendel.
Wir sagen: beide Pendelbewegungen sind periodische Bewegungen. Sie haben eine bestimmte Schwingungsdauer – und eine bestimmte Frequenz, die sich aus der Schwingungsdauer ergibt. Eine Schwingungsdauer von 1/5 Sekunde bedeutet: 5 Schwingungen passen in eine Sekunde, die Schwingung hat 5 Hertz (Hz).
Es gibt menschliche Probleme oder Wünsche, für die die Natur bereits eine Lösung gefunden haben. Für das Fliegen. Das effiziente Schwimmen. Für schillernde Farben. Oder für die Konstruktion von Brücken.
Man muss das Rad also nicht neu erfinden.
Das Ganze heißt Bionik: Eine Mischung aus Biologie und Technik.
Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter. Wenn etwas so klein ist, besteht es aus wenigen bis zu wenigen Tausend Atomen oder Molekülen. Die Eigenschaften von Nanopartikeln sind anders, als größere Partikel (Teilchen). Sie können im menschlichen Körper oder in Lebewesen Effekte hervorrufen, die noch nicht vollständig bekannt sind. Natürlich soll der Nutzen größer sein, als das Risiko, wenn Nanopartikel für bestimmte Zwecke eingesetzt werden.
Hier werden mehrere medizinische Themen angesprochen, die in Verbindung mit der Physik stehen.
Nanotechnologie – darunter wäre der Wunschtraum, kleine Roboter/Maschinen im Körper Untersuchungen machen zu lassen. Im Idealfall würden sie auch mit Reparaturen beauftragt werden können. Nano – das ist der Bereich von 1 Milliardstel Meter, die betrachteten Skalen sind also wirklich sehr klein.
Prothesen – das betrifft das Thema Biomaterialien. Materialien für die Natur. Lebewesen haben so gute Materialien für Knochen, Gelenke, Zähne, Muskeln, dass Prothesen, die von Menschen gemacht werden, im Nachteil erscheinen. Auf der anderen Seite sind Keramikkronen für Zähne, künstliche Gelenke, selbst Arme oder Beine, die mit Gedanken bewegt werden können, schon sehr weit entwickelt und der Stand der Technik geht durch Forschung rasch voran.
Ferrofluide – das sind Flüssigkeiten, die magnetisch sind. Man versucht sie in Krebszellen einzuschleusen, um sie danach in einem Magnetfeld zu erhitzen und zu zerstören. Das würde die Krebsbehandlung verbessern.
Links:
Homöopathie gehört eigentlich in den Gesundheitsbereich. Es ist für klassische Wissenschafter:innen klar, dass es keine Wirkmechanismen gibt, die eine Wirksamkeit dieser „Medikamente“ erklären würde, vor allem in den hochverdünnten Darreichungsformen. Physikalisch ist in diesem Bereich also nichts zu tun. Oft sind die Wirkstoffe so stark verdünnt, dass rein rechnerisch keine Moleküle mehr im Alkohol oder in den Milchzuckerkügelchen sind. Befürworter der Homöopathie sagen – macht nichts, wirkt trotzdem. „Es gibt keine Studien“, die das belegen, sagen die Wissenschafter:innen. Und so ist die Homöopathie ein Beispiel dafür, wie sich Naturheilkunde und Wissenschaft diametral gegenüber auf unterschiedlichen Standpunkten befinden können, und was das für die oft auch politische Argumentation in Auseinandersetzungen bedeutet. Denn: sollen homöopathische Medikamente von der Krankenkasse bezahlt werden, auch wenn nicht wissenschaftlich nachgewiesen werden kann, dass sie bei Krankheit helfen? Der Placeboeffekt wird oft erwähnt, homöopathische Medikamente helfen, weil sich Patient:innen gut behandelt fühlen. Ein wichtiges Problem ist, dass bei homöopathischen Behandlungen unter Umständen Behandlungen mit evidenzbasierter Medizin nicht durchgeführt werden, die für die Genesung wichtig wären.
Radioaktive Strahlung ist im allgemeinen schlecht für den menschlichen Körper. Aber wie alles Schlechte macht die Dosis das Problem. Radioaktive Strahlung entsteht durch den Zerfall von Atomkernen, sogenannter Radionuklide. Nuklearmedizin macht sich diese Strahlung in zwei verschiedenen Aspekten zunutze.
Wir möchten in den menschlichen Körper hineinschauen – ohne ihn zu „öffnen“. Das ist gar nicht so leicht. Man kann es aber sogar selbst mit der Sonne sehen, wenn sie etwa durch die Ohrmuschel leuchtet. In der Medizin werden folgende Verfahren verwendet:
Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Bildgebendes_Verfahren_(Medizin)
Es steckt viel Physik im Sport. Und in der Medizin. Und natürlich auch in der Sportmedizin.
Beim Tauchen geht es um den Druck, der in größeren Tiefen zunimmt. Es geht um das Atmen mit einer Druckflasche, in der Atemgas ist. Mit größerer Tiefe ändert sich die Situation in der Lunge. Man darf nur mehr langsam oder über Stufen auftauchen. Stichworte: Dekomprimieren. Taucherkrankheit.
Beim Bergsteigen ist ebenso das Atmen interessant: in größeren Höhen nimmt der Druck der Atmosphäre ab, Sauerstoff wird weniger. Auch hier werden Atemgase (Sauerstoff) in Druckflaschen mitgenommen. Zusätzlich ist der Energieumsatz interessant. Um eine Masse nach oben zu bekommen, muss man Energie haben – die natürlich aus der Nahrung kommt. Die steckt am Gipfel im Körper (in der Masse) in Form von potenzieller Energie. Epot=m•g•h (m…Masse, g..:Erdbeschleunigung 9,81 m/s2, h…Höhe)
Links:
Nervenzellen bilden ein Netzwerk, in dem Informationen übertragen werden können. Diese Informationen werden elektrisch übertragen. Nervenzellen werden von einer Membran umgeben, einer Hülle. Sie hat auch ein Inneres. Es baut sich Spannung auf, ein „Potenzial“, das sich über die Nervenleitungen ausbreitet. Folgende Punkte sind interessant: Mit welcher Geschwindigkeit kann das passieren? Wie entsteht die elektrische Spannung – das Potenzial – weil doch normalerweise sich negative und positive Ladungen ausgleichen. Und wie wird verhindert, dass dauernd Strom fließt, sondern Nervenzellen „feuern“. Weiterführende Fragen wären dann, wie ein „Gedanke“ entsteht, wie sich Nervenzellen synchronisieren. Das wird hier aber im Themengebiet „Nervenleitung“ nicht behandelt, das wäre Teil der Neurowissenschaften. Wir sind hier im Bereich der Physik. Vorweg: zwischen 1 und 100 m pro Sekunde ist die Nervenleitung schnell, je nachdem um welche Nervenleitungen es sich handelt.
Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Nervenleitgeschwindigkeit