Unter Radioaktivität oder radioaktivem Zerfall oder Kernzerfall versteht man die Eigenschaft instabiler Atomkerne, sich spontan unter Energieabgabe umzuwandeln. Die freiwerdende Energie wird in Form ionisierender Strahlung, nämlich energiereicher Teilchen und/oder Gammastrahlung, abgegeben.
Ja sie funktioniert. Sie hilft unserem Planeten jeden Tag dabei, das Leben auf ihm, aufrecht zu erhalten. Jede Sekunde fusionieren, im Inneren der Sonne, Wasserstoffkerne zu Heliumkernen.
Tipp: Hier geht’s ausführlichen 10-Punkte-Plan der VWA (Vorwissenschaftliche Arbeit)
Beim Blick auf den Mond sehen wir die Mondphasen. Vollmond, Halbmond, Neumond. Alle 29½ Tage ist dieselbe Mondphase beobachtbar. Wenn bei diesen Mondphasen ein Teil des Mondes nicht sichtbar ist, dann deshalb, weil er im Schatten liegt – nicht beleuchtet wird. Woher aber kommt der Schatten?
Nebel ist die Ansammlung vieler sehr feiner Wassertröpfen. Diese Wassertröpfchen streuen das weiße Licht der Sonne oder eines Scheinwerfers in alle Richtungen. Wir sehen also das gestreute weiße Sonnen- oder Schweinwerferlicht, wenn wir auf den Nebel sehen.
Eine Banane ist gelb, nicht weil sie gelbes Licht abstrahlt. Sie ist ja keine Taschenlampe. Die Banane ist gelb, weil sie sich Violett behält. Das weiße Licht der Sonne besteht ja aus vielen Regenbogenfarben. Wenn diese Farben auf die Bananen auftreffen, und ohne Violett wieder reflektiert werden, erscheint diese Mischung gelb. Es handelt sich bei der Farbe von nichtleuchtenden Objekten (Banane) um das Phänomen der subtraktiven Farbmischung.
Am Mond ist der Himmel schwarz, bis auf die Sterne, die als Lichtpunkte in Erscheinung treten. Der Himmel ist auf der Erde blau, weil es im Gegensatz zum Mond die Atmosphäre gibt. Was genau passiert?
Archimedes soll laut Geschichtsschreiber im Jahr 212 v. Chr. in Sizilien die ganze Römische Flotte angezündet haben. Eine Legende? Es gab damals keine Spiegeln. Und kann so etwas überhaupt funktionieren?
Der Aufzug ist das statistisch sicherste Transportmittel. Es handelt sich daher um eine rein hypothetische Angelegenheit. Wenn das Aufzugseil oben reißt, fällt alles nach unten. Der Aufzug. Der Passagier. Was würde der Passagier während des Falls erleben? Klebt er an der Decke, schwebt er, oder wird er bloß ein bisschen leichter?
Sonderbarer Unterschied. Was unterscheidet Astronauten von Äpfeln und Flugzeugen? Äpfel fallen vom Baum. Flugzeugteile fallen vom Himmel. Astronauten und Satelliten nicht. Warum?
Fragt man Menschen, woher die Jahreszeiten kommen, meinen die meisten: Vom unterschiedlichen Abstand zur Sonne. Würde dies stimmen, müsste aber jeweils am gesamten Globus Winter/Sommer herrschen. Man sieht also, da müssen wir an der Antwort schrauben.
Gezeiten werden durch die Gravitationskraft des Mondes und der Sonne auf die Erde verursacht. Diese Anziehungskraft hält das bewegliche Wasser fest, und die Erde dreht sich in dieses Wasser hinein. Für den Beobachter am Strand erscheint es, als ob das Wasser auf ihn zukäme. Das Gezeitenphänomen zur Gänze zu verstehen ist im Detail allerdings kompliziert. Es gibt nämlich auch einen Gezeitenberg auf der mondabgewandten Seite. Woher kommt dort die Anziehung?
Diese Frage ist gar nicht einfach zu beantworten. Die Beobachtung des Himmels während des Tages zeigt nämlich genau das Gegenteil: die Sonne kreist um die Erde: so sahen es auch die Vertreter des geozentrischen Weltbilds.
Ein Flugzeug macht Lärm. Wenn es schneller als der Schall ist, fliegt es dem Lärm davon. Die Form der Schallwellen sind dabei ähnlich wie beim Schwimmen einer Ente auf dem Teich. Nach hinten weg. Der Überschallknall fliegt mit derselben Geschwindigkeit hinter dem Flugzeug her, entsteht also nicht nur, wenn das Flugzeug die Schallmauer durchstößt.
Ein Bumerang fliegt, weil seine „Arme“ wie Tragflächen eines Flugzeugs sind. Damit erzeugt er einen Auftrieb. Seine kreisförmige Bahn kommt von seiner Rotation, die auf seinen beiden Flügelenden unterschiedlich starken Auftrieb verursacht. Gemeinsam mit stabilisierenden Kreiselkräften entsteht eine Kurve.
1) Statischer Auftrieb. Hier ist alles in Ruhe. Etwas bläht sich auf. Etwas wird mit heißer Luft erfüllt. Etwas hebt ab. In aller Ruhe. Es ist genau das Prinzip, mit dem das Schiff schwimmt. Es hat eine bauchige, voluminöse Form, der Oberteil befindet sich in einem Gebiet mit niedrigerem Wasserdruck als der Unterteil, der sich in einem Gebiet mit höherem Wasserdruck befindet. Unten drückt es also mehr auf das Schiff, und es wird nach oben getragen. Mit einer Kraft, die statischer Auftrieb genannt wird. Es geht nach oben, wenn dieser Auftrieb größer als die Gewichtskraft – das Gewicht ist. Auch beim Heißluftballon ist das der Fall. Hier findet das Ganze in der Luft statt, es braucht einen sehr großen Unterschied zwischen Oben und Unten, damit das Unten mehr auf den Ballon drückt. Der Heißluftballon kennt aber noch einen zweiten Trick – er macht sich leicht, er erfüllt sich mit heißer Luft, die ausgedehnter ist, und daher wenige Gewicht pro Kubikmeter hat. Somit braucht der Auftrieb nicht allzu groß werden, weil das Gewicht des Ballons zusätzlich klein gehalten wird.
2) Dynamischer Auftrieb. Hier kann man aufsteigen, auch wenn man kein großes Volumen hat. Man braucht dazu aber Geschwindigkeit. Dann stellt man seine Flügel etwas an – sie werden durch die stoßenden Luftteilchen nach oben gedrückt. Wieder Auftrieb – der größer sein muss als das Gewicht des fliegenden Dings. Die Hummel, der man nachsagt, sie könne gar nicht fliegen, sie wüsste es nur nicht, nimmt hier noch Wirbel zu Hilfe, die den Auftrieb verstärken. Gut gebaute Flugzeuge nehmen noch das Profil der Tragflächen zu Hilfe, die einen zusätzlichen Sog erzeugen, weil sie an der Oberseite mehr gerundet sind als unten.
Genau solche Flügel hat nun ein Bumerang „im Kreis montiert“.
Durch die Drehung des Bumerangs bekommt immer der sich zur Flugrichtung bewegende Flügel einen höheren Auftrieb. Als Folge dieses asymmetrischen Auftriebseffekts neigt sich die Rotationsachse des Bumerangs kontinuierlich. Das führt zu einer Änderung der Flugrichtung, durch die im Idealfall eine kreisförmige Flugbahn bis zum Ausgangspunkt des Wurfes entsteht.
Warum der Bumerang im Detail zurückkehrt ist aber nur sinnvoll mathematisch – und das recht kompliziert – zu beantworten.
Es spielen jedenfalls nur die üblichen physikalischen Gesetze mit, keine Tricks.
Einen wichtigen Einfluss haben die folgenden Punkte, die einen Bumerang von einem normalen Holzstück unterscheiden:
Booomeransgs sind flach und so gebaut, dass sie stabil rotieren und nicht ins Trudeln geraten. Daher greifen hier die selben Gesetze wie beim Kreisel – und sind tatsächlich für einen Großteil der Rückkehreigenschaften verantwortlich. Die Arme des Bumerangs, egal wie viele es sind, sind wie Tragflächen gestaltet und erzeugen Auftrieb, das erklärt warum er überhaupt fliegt.
Die Auftriebswirkung der Arme ist unterschiedlich groß. Jener Arm, der sich gerade in Flugrichtung dreht, hat einen anderen Auftrieb wie jener, der sich im Verhältnis dazu zurückdreht. Auch beim Hubschrauber haben die Blätter einen unterschiedlichen Auftrieb, je nachdem welche sich gerade in Flugrichtung bewegen und welche gegen sie. Beim Hubschrauber ist das aber unerwünscht. Durch eine zyklische Blattverstellung wird der Effekt korrigiert, bei der die sich in Fahrtrichtung bewegenden Rotorblätter einen geringeren Anstellwinkel erhalten als die rückläufigen Rotorblätter.
Übrigens: nicht jeder Bumerang kehrt auch zurück: Der traditionelle Jagdbumerang kehrt nicht zum Werfer zurück: sein Vorteil besteht gerade darin, dass er weiter, geradliniger und damit auch zielsicherer fliegt als ein gerader Stock.
(Autor: Lothar Bodingbauer, mit Hilfe eines nicht mehr bekannten Studierenden, Foto: Jonn Leffmann, Wikimedia)
Ein fliegendes Objekt muss leichter werden. Es braucht einen Auftrieb. Beim Heißluftballon wird der Auftrieb durch heiße Luft erzeugt. Die Hülle dient zum Umfassen dieser heißen Luft.
Wikipedia Stichworte: Heißluftballon, Statischer Auftrieb
Der Heißluftballon umfasst mit seiner Hülle heiße Luft. Sie hat im Gegensatz zur umgebenden kalten Luft eine geringere Dichte und erzeugt so einen Auftrieb. Wenn dieser Auftrieb größer ist als das Gewicht des Ballons, steigt der Ballon.
Ein Heißluftballon benötigt einen Mindestdurchmesser, um abheben zu können. Bemerkenswert ist, dass der Auftrieb kubisch (Hoch 3) mit dem Ballondurchmesser wächst: 2-mal so großer Durchmesser: 2•2•2 = 8-mal so hoher Auftrieb.
Wir müssen nun noch die Frage klären, warum heiße/wenig dichte Luft in kalter Luft aufsteigt. Das wird zwar immer als selbstverständlich angenommen, aber begründet muss das physikalisch werden.
Das Phänomen wird “statischer Auftrieb” genannt. Das selbe Phänomen tritt auf beim Schwimmen/Schweben/Aufsteigen eines U-Bootes. Ein bauchiges, voluminöses Objekt wird in einer Umgebung, wo der Druck nach oben hin abnimmt, und nach unten hin zunimmt, einen Auftrieb bekommen. Ob das der Wasserdruck (U-Boot) ist, oder der Luftdruck (Heißluftballon) ist egal.
Eine Zeichnung kann das illustrieren:
(1) Luftdruck nimmt nach oben hin ab.
(2) Luftdruck von oben
(3) Luftdruck von unten
(4) Luftdruck von links und rechts
(5) Alle Druckkräfte zusammen ergeben einen Auftrieb
Ist das Gewicht des Objektes geringer als sein Auftrieb, gewinnt der Auftrieb: das Objekt steigt auf. Ist sein Gewicht größer als der Auftrieb, sinkt es zu Boden.
Wie war das nun mit der heißen Luft?
1. Ein Ballon mit kalter Luft bekommt einen Auftrieb. Der Ballon fliegt nicht, da das Gewicht der Hülle größer ist.
2. Ein Ballon mit heißer Luft dehnt sich aus. Der Auftrieb steigt durch das größer werdende Volumen und irgendwann ist der Auftrieb größer als der Gewicht des Ballons. Er beginnt zu schweben.
Übrigens: ein Ballon würde am Mond nicht fliegen, da es keine Atmosphäre gibt, deren Druck nach oben hin abnimmt. Es entsteht kein Auftrieb.
