Puls und Blutdruck

Das Blut fließt durch den Körper. Damit das passiert, braucht es eine Pumpe. Das Herz. Es zieht sich zusammen und entspannt sich wieder. Durch die Herzklappen wird das Blut “vorwärts” gepumpt. Das passiert ungefähr 60 mal in der Minute, wenn man halbwegs ruhig sitzt. Wir sprechen von “Puls 60”.

Nun gibt es durch den Herzschlag einen Druck in den Blutgefäßen in den Adern. In dem Moment, in dem das Herz pumpt herrscht ein höherer Druck – er wird systolischer Druck genannt. In dem Moment, in dem sich das Herz entspannt, herrscht ein niedrigerer Druck, er wird diastolischer Druck genannt.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Blutdruck


Diese Texte sind Starthilfen zum Lernen. Sie geben Ihnen einen Einblick, worum es bei dem Thema geht. Die Idee. Achtung: Es ist möglicherweise nicht unbedingt genau das, was Ihr:e Prüfer:in darüber hören möchte. Es ist auch nicht der ganze Stoff. Machen Sie sich nach dem Lesen des Textes ein eigenes Bild mit Ihren Büchern und den anderen Quellen. Ein freies Online-Schulbuch aus Österreich: https://physikbuch.schule, aus Deutschland: https://www.leifiphysik.de/. Weitere empfehlenswerte Schulbuchreihen der Oberstufe aus Österreich: Big Bang, Sexl, Physik kompakt.

Farben von Lebewesen

Farben von Lebewesen

Drei Arten von Farben gibt es in der Natur:

  1. Jene Farben, die durch Pigmente entstehen, durch färbige Stoffe.
  2. Jene Farben, die durch Strukturen entstehen, durch Interferenz – Bestimmte Farben löschen einander aus oder verstärken sich.
  3. Jene Farben, die durch farbiges Licht entstehen – bei Glühwürmchen

Links: https://de.wikipedia.org/wiki/Entstehung_von_Farben | https://de.wikipedia.org/wiki/Pigmente | https://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtkäfer


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Sinnesorgane

Sinnesorgane

Sinnesorgane sind Messgeräte in Lebewesen. Sie messen:

  1. Den Schall (Ohr)
  2. Elektromagnetische Wellen (Haut/Tastsinn, Auge)
  3. Chemie (Nase, Zunge)

Menschen haben keine Sinnesorgane für Magnetismus – manche Tiere haben eines. Wir haben kein Sinnesorgan für Radioaktivität oder Radiowellen. Das Ganze kann man auch größer sehen: Es gibt Antennen und Fernrohre, die uns vom Universum erzählen: Sie nehmen Licht auf, und Radiowellen, Röntgenstrahlen oder Gammastrahlen. Infrarotstrahlen auch. Auch Teilchenstrahlen. Alles, was von wo anderes herkommt.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Sinnesorgan


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Physik in aktuellen Filmen (Interstellar, Marsianer, Gravity)

Physik in Filmen ist immer dann besonders spannend, wenn es in den Weltraum hinausgeht. Science-Fiction-Filme vermischen dabei wissenschaftliche Erkenntnisse mit ausgedachten Elementen. Naturgesetze werden eingebaut, so wie sie sind, oder frei erfunden, wie sie sein könnten. In einigen Filmen wird mit den Dimensionen gespielt, mit der Veränderung der Raumzeit, mit der Schwerkraft, die Schauplätze werden in Gegenden des Universums verlegt, wo noch nie jemand war.

  1. Interstellar: https://de.wikipedia.org/wiki/Interstellar
  2. Der Marianer: https://de.wikipedia.org/wiki/Interstellar
  3. Gravity: https://de.wikipedia.org/wiki/Gravity_(Film)

Link: Science Fiction: https://de.wikipedia.org/wiki/Science-Fiction


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Science-Fiction und Realität

Die Realität ist alles was wirklich ist. Wenn man ein Buch darüber schreibt, dann nennt man das Sachbuch. Dann gibt es die erfundenen Geschichten – das wird auf Englisch “Fiction” genannt. Romane, Erzählungen etwa. Keine Sachbücher über Hunde und Städte. Oder Wissenschaft (englisch sagt man “Science”). Wenn man nun so ein Buch erfindet, in der auch die Wissenschaft verändert und neu erfunden wird, die Naturgesetze anders sind, die Welten, die Menschen, wie sie zusammenleben, wo vielleicht auch Außerirdische auf fremden Planeten mitspielen, die wir uns vorstellen, dass es sie gibt – dann sprechen wir von Science-Fiction. Klar, es gibt dann auch die Science-Fiction-Filme.

Oft werden Science-Fiction-Romane auch als “Zukunftsromane” bezeichnet. Obwohl sie gar nicht in der Zukunft spielen müssen.

Science-Fiction Autor:innen sind superschlaue Leute.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Science-Fiction


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Marsexpedition

Marsexpedition

Expeditionen helfen, Wissen über andere Welten zu gewinnen. Der Mars ist unser Nachbarplanet, weiter draußen im Sonnensystem. Mit einer unbemannten Mission wurde zum Mars bereits ein Fahrzeug gebracht, das herumfahren und Proben sammeln kann. Es gibt bei solchen Missionen immer auch Teams, die untersuchen, ob man dabei nicht Schaden anrichtet, weil etwa Krankheitskeime von der Erde auf einen anderen Planeten gebracht werden.

Man möchte nun durchaus eine bemannte Mission zum Mars schicken. Problem ist die lange Reisedauer, die Versorgung des Teams, psychologische Aspekte, und natürlich viele technische Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Entwicklungen für eine Mission sind aber auch immer Technologietreiber, das was man dabei lernt, kann für viele Prozesse auf der Erde verwendet werden. Etwa geschlossene Systeme für die Produktion von Lebensmitteln.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Bemannter_Marsflug und Podcast “Raumzeit/Bodenerkundung auf dem Mars”: https://raumzeit-podcast.de/2019/12/20/rz082-bodenerkundung-auf-dem-mars/ sowie über den Mars selbst: https://raumzeit-podcast.de/2012/11/09/rz049-der-mars/

Photo: NASA/JPL-Caltech


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Neue Erkenntnisse in der Kosmologie

Neue Erkenntnisse in der Kosmologie

Kosmologie ist die “Lehre von der Welt”. Sie versucht zu beschreiben, wie das Universum entstanden ist. Wie Sterne entstehen und vergehen. Wie Galaxien entstehen. Was Schwarze Löcher sind. Ihre Informationen nimmt sie aus dem Bereich der Astrophysik, die elektromagnetische Wellen aus dem Universum sammeln (Licht, Infrarotstrahlen, UV-Strahlen, Mikrowellen, Radiowellen, Gammastrahlen). Dazu kommt ein hoher “theoretischer Apparat”, also einerseits Rechnungen, die auf Papier durchgeführt werden, und andererseits Computersimulationen.

Das Bild über das Universum ändert sich, je nachdem auf welchem Gebiete Fortschritte gemacht werden. So hat zum Beispiel der Nachweis von Gravitationswellen einen Boost gebracht, was das Verständnis der Gravitation im Zusammenhang mit der Raum-Zeit betrifft.

Link: Kosmologie https://de.wikipedia.org/wiki/Kosmologie

Photo by Jeremy Thomas on Unsplash


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Neutrinos

Neutrinos sind Elementarteilchen, die zum Beispiel in der Sonne entstehen. Sie erreichen genauso wie die Lichtstrahlen die Erde – nur reisen sie weitgehend ungehindert durch sie durch. Neutrinos sind nämlich schwer zu “fangen”, sie sind nicht “klebrig”, weil sie nur “schwach wechselwirken”, also nicht elektrisch oder magnetisch angezogen werden können. Neutrinos entstehen aber auch in anderen Prozessen, auch auf der Erde. Beim Beta-Zerfall von radioaktiven Atomen etwa.

Es gibt viele Arten von Neutrinos, und es gibt ihre Antiteilchen, die Antineutrinos.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Neutrino


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Gravitationswellen

Stellen wir uns doch eine Wasseroberfläche vor. Ein See. Ein Fluss. Du wirfst einen Stein hinein, und es gibt Wellen, die sich gleichförmig ausbreiten. Der Stein war ein Auslöser für die Wellen. Ähnliches bei Gravitationswellen. Hier geht es nicht um eine Wasseroberfläche, sondern um das Raum-Zeit-Gefüge des Universums selbst. Wenn sich dort etwas abspielt – ein Stein hineingeworfen wird, dann breiten sich Gravitationswellen aus. Es ist nur kein Stein, der hineingeworfen wird, sondern das Verschmelzen von zwei Schwarzen Löchern, die so eine Welle auslösen. Raum- und Zeit wird auseinandergezogen und wieder gestaucht. Das kann man messen, mit Interferenz. Ein Laserstrahl wird vor- und zurückgeschickt, er löscht sich aus, oder verstärkt sich, und wenn sich an dem Ganzen etwas ändert, kann man die Änderung in der Helligkeit des Lichts bemerken. Mittlerweile wurden schon mehrere Gravitationswellen gemessen.

Link zu Gravitationswellen bei Wikipedia und zu einem Gespräch über Gravitationswellen im Raumzeit-Podcast


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Nanotechnologie (Graphen, Nanomaschinen)

Milli … Mykro … Nano. Ein Tausendstel, ein Millionstel, ein Milliardstel. Wenn wir von Nanotechnologie sprechen, bewegen wir uns auf der Größenordnung von Milliardstel Meter. Das ist richtig wenig. Es gibt dort Phänomene, die in höheren Größenordnungen nicht auftreten. Im Nanometerbereich sind die (äußeren) Oberflächeneigenschaften wichtiger, als die (inneren) Eigenschaften des Volumens einer bestimmten Menge.

Beispielsweise können sich Kohlenstoffatome im Nanobereich zu einer bestimmten Form zusammenlagern, die Graphen genannt wird. Ein Material mit interessanten elektrischen und quantenphysikalischen Eigenschaften.

Links:

  1. Graphen: https://de.wikipedia.org/wiki/Graphen
  2. Nanotechnologie: https://de.wikipedia.org/wiki/Nanotechnologie
  3. Molekulare Naontechnologie: https://de.wikipedia.org/wiki/Molekulare_Nanotechnologie

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Laser

Laser

Ein Laser erzeugt Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge. Das Licht ist kohärent, das heißt, die Wellenzüge sind lange und haben eine feste Phasenbeziehung. Laserlicht kann daher leicht interferieren: Wellen können sich überlagern und je nach Phasenunterschied verstärken oder auslöschen. Bekannt ist rotes und grünes Laserlicht. Es breitet sich geradlinig als dünner Strahl aus, der sichtbar wird, wenn er auf Materie fällt (Nebel, Staub).

Das Licht im Laser entsteht durch so genannte “stimulierte Emission”. Elektronen werden angeregt, einen höheren Energiezustand einzunehmen, und alle auf einmal wechseln dann gemeinsam (stimuliert) auf einen niedrigeren Energiezustand, die Energiedifferenz wird als Licht ausgestrahlt.

Das kann konstruktiv verschieden bewerkstelligt werden, am leichtesten verständlich ist das Prinzip der Halbleiterlaser, wo es im Halbleiter ganz bestimmte, wohldefinierte Energiestufen gibt.

Laserlicht kann sehr schwach sein (Laiserpointer) oder sehr energiereich (Lasergravur).

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Laser

Photo by Opt Lasers on Unsplash


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Halbleiter

Es gibt Materialien, die elektrischen Strom nicht leiten. Sie werden Isolatoren genannt.

Es gibt Materialien, die Strom leiten. Im allgemeinen sind das Metalle. Sie werden Leiter genannt. Sie leiten Strom schlechter, wenn sie wärmer sind.

Es gibt Materialien, die Strom etwas leiten. Sie werden Halbleiter genannt. Silizium zum Beispiel. Halbleiter leiten Strom besser, wenn sie wärmer sind.

Man kann Halbleiter gezielt verändern, sie zu n oder p Leitern machen. Wenn man solche veränderte Halbleiter kombiniert, entstehen Dioden und Transistoren. Man kann damit Ströme in ihrer Richtung beeinflussen, Ströme verstärken und Schalter bauen. Halbleiter werden daher auch viel in Computer verwendet.

Link: https://de.wikipedia.org/wiki/Halbleiter


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Lärmbelastung/Schallschutz, Solarzellen/Sonnenkollektoren

Lärmbelastung/Schallschutz, Solarzellen/Sonnenkollektoren

Hier werden zwei Themen angesprochen:

  1. Emissionen – Das ist all das, was jemand aussendet. Es gibt Schallemissionen, durch den Verkehr, durch Maschinen, durch Parties. Dagegen gibt es Schallschutz. Schalldichte Fenster, Schallschutzwände an Autobahnen und Eisenbahnlinien.
  2. Solarzellen und Sonnenkollektoren. Sie verwenden die Energie der Sonne, um elektrische Spannung herzustellen, und um kaltes Wasser zu erhitzen.

Links: Lärm und Schallschutz (Stadt Wien): https://www.wien.gv.at/umwelt/laerm/ sowie https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle und https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenkollektor


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Alltagselektrotechnik: Wie funktioniert ein elektromotor? Wie funktioniert ein Generator? Wie funktioniert ein Fahrraddynamo?

Alltagselektrotechnik: Wie funktioniert ein elektromotor? Wie funktioniert ein Generator? Wie funktioniert ein Fahrraddynamo?

Früher gab es noch keinen elektrischen Strom. Eine Getreidemühle wurde am Mühlbach gebaut. Die Wasserkraft drehte ein Mühlrad. Erst mit der Erfindung von Generatoren ist es möglich geworden, elektrische Energie aus Wasserkraft zu gewinnen, die man über eine Stromkabel an eine ganz andere Ecke des Landes schicken kann, wo sie von Elektromotoren verwendet werden kann.

Ein Generator besteht aus einem Magneten und einem Draht, der sich in einer Schleife im Magnetfeld dreht. Durch das “Induktionsprinzip” wird dabei Spannung erzeugt. Die Ladungen im Draht werden getrennt, es entsteht eine elektrisch positiv geladene Seite und eine elektrisch negativ geladene Seite. Wechselspannung entsteht, weil sich die Leiterschleife dreht. Diese Spannung wird über Kabel übertragen.

Beim Elektromotor kommt diese Wechselspannung nun an. Strom fließt in diesem Kabel in die eine und die andere Richtung – ebenfalls wechselnd. Ein fließender Strom reagiert im Magnetfeld mit einer Kraft. Die sogenannte Lorentzkraft. Etwas bewegt sich, insgesamt dreht sich das drehende Teil im Motor.

Wie auch immer das ingenieurstechnisch gelöst wird, in der Physik interessiert uns das Prinzip.

Der Generator wandelt Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Link: Generatorprinzip

Der Motor wandelt elektrische Energie in Bewegungsenergie um. Link: Motorprinzip


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Strom im Haushalt

Strom im Haushalt

Elektrischer Strom ist das Fließen von elektrischen Ladungen. Das ist möglich, wenn es elektrische Spannung gibt, wenn jemand die + und – voneinander getrennt hat. Das kann in einem Kraftwerk passieren, die diese getrennten Ladungen letztlich in unseren Steckdosen bereitstellt, oder das kann mit Batterien passieren, die nach ihrem Gebrauch weggeworfen werden (schlecht) oder in Akkus, die wieder aufgeladen werden können (gut).

Die elektrische Spannung in unseren Steckdosen, sowie der elektrische Strom in unseren Elektroleitungen im Haushalt, das ist potenziell gefährlich/gesundheitsschädlich. Deswegen gibt es Sicherheitsmechanismen, die im Sicherungskasten zu finden sind. Sicherungen stellen sicher, dass nicht zu viel Strom über die Leitung fließt, FI-Schutzschalter erkennen, dass es wo ein “Leck” gibt, und der Strom einen Weg nimmt, der nicht über das Kabel verläuft.

Links:

  1. Elektrische Energie Bedarf: https://de.wikipedia.org/wiki/Bedarf_an_elektrischer_Energie
  2. Elektrifizierung: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrifizierung
  3. Sicherung: https://de.wikipedia.org/wiki/Schmelzsicherung
  4. FI-Schalter: https://de.wikipedia.org/wiki/Fehlerstrom-Schutzschalter

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