Fast Forward?
Die Bewegung einer Schnecke wurde gemessen. Sie brauchte geschlagene zwei Stunden, um einen halben Meter breiten Weg zu überqueren.
Autor/Foto: Lothar Bodingbauer
Auto im See
Jemand hat Pech und kommt mit seinem Auto von der Straße ab. Er rutscht damit in einen See. Das Auto schwimmt zuerst eine Weile. Dann sinkt es langsam, während der Wasserspiegel im Inneren des Autos steigt. Zeichnen Sie die einzelnen Phasen des Zwischenfalls und diskutieren Sie die folgenden Fragen:
1) Warum sinkt das Auto?
2) Kann der Fahrer die Tür öffnen, um sich zu befreien?
3) Braucht er dazu eine Kraft, die größer ist, als ein Mensch sie aufbringen kann?
4) Was unterscheidet diese Situation von jener, wenn er an Land die Tür öffnet?
5) Wie soll er sich in dieser Situation richtig verhalten?
Stichwörter: Druck, Druckdifferenz, Kraft, Auftrieb, Autotür, Wasserspiegel, schwimmen, sinken, steigen, eindringen, öffnen, warten
Immer noch interessiert?
Sehen Sie sich diesen Film an.
Autor: Michael Kiffmann, M01; Redaktion: Lothar Bodingbauer; Photo by Colton Kresser on Unsplash.
Kreuzfahrt nach Venedig
In früheren Zeiten (vor Chorona) sind täglich bis zu neun Kreuzfahrtschiffe in Venedig eingelaufen. Einige Bewohner von Venedig haben dagegen protestiert. Einer von ihnen sagte in einem Interview, dass aufgrund der riesigen Schiffe der Wasserspiegel in Venedig steigt.
Unabhängig davon, dass riesige Schiffe in Venedig für Mensch und Natur störend sein können: können Sie das Argument von dem Bewohner bestätigen oder widerlegen?
Probieren Sie zunächst, diese Frage selbst oder mit Freunden zu diskutieren. Wenn es nicht mehr weitergeht, hilft Ihnen sicher dieser Artikel: Wie schwimmt ein Schiff?
Stichworte: Auftrieb, Schiff, Bruttoregistertonne, Meeresspiegel
Eine genaue Statistik über die Zahl von Kreuzfahrtschiffen in Venedig wurde übrigens hier zusammengestellt: Avoid Crowds (Venice), einen Artikel aus der NZZ zur Situation in Venedig gibt es hier.
Hinweis: Sie können diese Geschichten durch Ihre Antworten am Ende der Seite wachsen lassen. 30+ weitere Geschichten wie diese finden Sie hier in der Sammlung von Phyx-Stories.
Autor: Michael Kiffmann, M16; Redaktion: Lothar Bodingbauer; Photo by Miranda Salzgeber on Unsplash
Reise zum Mittelpunkt der Erde
Allerkniffligste Frage: Wahrscheinlich geben Sie mir recht, wenn ich behaupte, dass ein Körper, den ich fallen lasse, senkrecht nach unten fallen wird, also in Richtung zum Erdmittelpunkt.
Wenn wir es nicht allzu genau nehmen, dann stimmt das natürlich.
Frage: Wenn wir diesen Fall eines Körpers ganz genau betrachten, könnte es dann auch anders sein? Könnte es sein, dass ein Körper nicht ganz exakt auf einer Geraden zu Boden fällt, die direkt zum Erdmittelpunkt weist? Natürlich würde ein wehender Wind den fallenden Körper vertragen, während er zu Boden fällt. Lassen wir diesen Effekt einmal weg. Betrachten Sie dieses Problem, wenn keinerlei Wind weht…
Zusatzfrage: Gibt es Ihrer Meinung nach auf unserer Erde sehr wohl Punkte oder Gebiete, an denen die Körper tatsächlich senkrecht zu Boden fallen?
Autor: Michael Kiffmann, M20. Photo by Marc Szeglat on Unsplash.
Geneigte Erdachse
Die Erdachse ist gegenüber der Ekliptik geneigt. Eine der Konsequenzen besteht darin, dass zum Beispiel in Wien die Tages- und Nachtlängen während des Jahres nicht konstant sind. Zum Beispiel dauert in Wien im Winter ein Tag etwa acht Stunden, wohingegen die Nacht etwa sechzehn Stunden dauert.
Frage: gibt es Orte auf unserer Erde, an denen an allen Tagen des Jahres die Tages- und Nachtlängen gleich sind? Und: wie lange müssten solche Tage, bzw. Nächte denn sein?
Autor: Michael Kiffmann, M19. Photo by ActionVance on Unsplash.
Monde und Planeten
Es gibt viele Planeten, nicht nur in unserem Sonnensystem. Einige dieser Planeten haben einen oder sogar mehrere Monde.
Frage: kann es sein, dass ein Planet zwar einen Mond hat, aber niemals eine Sonnen- oder Mondfinsternis stattfinden kann? Beschreiben Sie, welche Umlaufbahn ein solcher Mond haben müsste und argumentieren Sie, ob es eine solche Bahn geben kann.
Autor: Michael Kiffmann, M18. Foto: NASA.
Schiffe auf der Donau
Nehmen wir an, ich steige in ein Ruderboot, um auf der „Alten Donau“ ein paar Meine Masse ist etwa 100 kg.
Frage: Schätzen Sie, wie tief dieses Ruderboot allein durch mein Gewicht eintauchen wird.
Zusatzfrage: ein andermal steige ich auf ein Ausflugsschiff, mit dem ich nach Dürnstein fahren werde. Dieses Schiff ist 60m lang und 10m breit. Wie weit wird es alleine durch mein Gewicht eintauchen?
Grundlagen nötig? Bitte hier entlang: Wie schwimmt ein Schiff?
Autor: Michael Kiffmann, M17; Foto: Lothar Bodingbauer.
Staumauer
Vielleicht sind Sie schon einmal auf der Staumauer eines Laufkraftwerkes spaziert. Laufkraftwerke sind im Wesentlichen dicke Mauern, die man quer durch einen Fluss baut. Auf der Seite „stromaufwärts“ wird das Wasser aufgestaut, flussabwärts fließt es Richtung Meer.
Ganz bestimmt haben Sie schon Fotos von Staumauern gesehen, die man hoch in den Bergen gebaut hat. Diese sind erstens höher und sehen zweitens ganz anders aus: sie sind zum aufgestauten Stausee hin sehr stark gebogen gebaut.
Frage: ist dieser Unterschied der Mauerformen lediglich die Idee von Architekten oder Landschaftsplanern, oder gibt es einen physikalischen Grund für diesen Unterschied?
Autor: Michael Kiffmann, M15. Photo by Jacek Dylag on Unsplash.
Schwimmbecken
Stellen Sie sich vor, dass Sie ein Schwimmbecken gekauft haben. Es ist kreisrund und hat eine Höhe von 1,5 Meter. Sie stellen dieses Ding in Ihrem Garten auf und befüllen es.
Aufgrund des hydrostatischen Drucks wird die senkrechte Wand belastet. Ihr Pool hat den Durchmesser von 8 Meter.
Ihr Nachbar macht etwas ganz ähnliches: er stellt ebenfalls einen kreisrunden Pool auf, er hat die Höhe von 1,5m. Allerdings hat der Pool bloß einen Durchmesser von 2m. Die senkrechte Wand ist aber ganz genau gleich dick und stabil gemacht, wie bei Ihrem Pool.
Frage: ist die Wand von Ihrem Pool zu schwach? Die Wand Ihres Nachbarn zu dick und stabil gemacht? Oder ist es logisch, dass beide Wände gleich stabil gemacht sind.
Zusatzfrage: Nehmen wir an, jemand baut einen derartigen Pool mit 1,5m Höhe und -seien wir unbescheiden- 300m.
Wie müsste die Wand jetzt aussehen?
Autor: Michael Kiffmann, M14. Photo by Joe Calata on Unsplash.
Freier Fall
Der sogenannte „Freie Fall“ ist eine Idealisierung. Tatsächlich fallen die Körper wohl in der Luft, also nicht im Vakuum.
Frage: welche Änderungen gibt es nun, wenn man beschreiben soll, dass eine Masse tatsächlich in der Luft fällt?
Autor: Michael Kiffmann, M13
Heißer Fallschirmspringer
In der Frage Meteorit im Anflug wurde ausführlich erläutert, dass Körper durch umströmende Gase heiß werden können. Jedenfalls ist dies bei Meteoriten der Fall.
Frage: kann so eine Erhitzung auch beobachtet werden, wenn ein schnelles Auto fährt? Oder ein 100-Meter-Läufer einen Rekord aufstellt? Wird ein Flugzeug warm, während es fliegt? Oder ein Fallschirmspringer?
Autor: Michael Kiffmann, M12. Photo by Quino Al on Unsplash.
Meteorit im Anflug
Körper, die in Kontakt stehen und relativ zueinander bewegt werden, reiben und dabei entsteht Reibungswärme.
Ein ganz gleiches Phänomen ist zu beobachten, wenn ein massiver Körper (zum Beispiel ein Stein) in einem Gas bewegt wird. Das ist der Grund, weshalb ein Meteorit (in guter Näherung ein Stein) auf die Erde fällt und dabei die Luftatmosphäre (in guter Näherung ein ideales Gas) durchquert. Solche Meteoriten werden dabei so heiß, dass wir während der Nacht eine Lichtspur (eine „Sternschnuppe“) sehen können.
Frage: wie können wir uns vorstellen, dass Luftmoleküle, die auf einen Stein prallen, Wärme freisetzen?
Autor: Michael Kiffmann, M11. Photo by Alexander Andrews on Unsplash.
Ideales Gas
Wir haben besprochen, worin das Konzept des sogenannten „idealen Gases“ besteht.
Frage: inwiefern können wir uns ein reales Gas vorstellen? Welche Unterschiede hat es zum idealen Gas?
Autor: Michael Kiffmann, M09. Photo by Mark Eder on Unsplash.
Sonnensystem
Führen Sie folgende Berechnungen durch, um eine Vorstellung von den Dimensionen des Sonnensystems zu bekommen:
Nehmen wir an, die Erde ist eine Kugel mit dem Durchmesser von 3cm. Diese entspricht etwa der Größe eines Tischtennisballs.
Frage a: wie dick wäre dann die Atmosphäre der Luft?
Frage b: wie weit ist dann die Sonne von diesem „Tischtennisball“ entfernt und welchen Durchmesser hat dann unsere Sonne in diesem Modell?
Frage c: wie groß ist in diesem Modell unser Sonnensystem? Führen Sie Ihre Rechnung einmal durch, indem der Planet Pluto der äußerste Planet ist und einmal unter der Voraussetzung, dass Neptun der äußerste Planet ist.
Frage d: Wie groß ist in diesem Modell der Durchmesser unserer Galaxie, also der Milchstraße?
Frage e: wie weit ist der uns nächst gelegene Stern Alpha Centauri (er ist in der Realität etwa 4,5 Lichtjahre von uns entfernt)
Frage f: wie weit ist die nächste Galaxie in diesem Modell von uns entfernt?
Recherchieren Sie dazu die folgenden Größen (z.B. im Internet):
- Durchmesser der Erde, der Sonne und unseres Sonnensystems
- Höhe der Luftatmosphäre
- den Abstand Erde-Sonne
- den Durchmesser unseres Sonnensystems
- den Durchmesser unserer Galaxie
- den Abstand zur nächsten, uns benachbarten Galaxie
Autor: Michael Kiffmann, M08. Photo by Luis Graterol on Unsplash.
