Ein Physiker geht duschen...

...und macht sich Gedanken zu einem schwerwiegenden Problem: Der kalte Duschvorhang bewegt sich während des Duschens, wenn das angenehm warme Wasser von oben über den eigenen Körper plätschert, langsam ins Innere der Duschkabine, bis er sich im schlimmsten Fall auf den Duschenden klebt. Brrr!

Mir passiert dies zwar selten (weil kein Duschvorhang), doch zur Genüge kennen dürfte dieses Problem Prof. Dr. Harald Lesch. In einer Ausgabe von "Leschs Kosmos" erläutert er das "Mysterium des Duschvorhangs" auf sehr anschauliche und humorvolle Weise. Dieses Video werde ich später verlinken - es soll auch der Schwerpunkt dieses Artikels sein.

Harald Lesch erwähnt im folgenden Video mehrmals einen gewissen "Bernoulli-Effekt", welcher besagt, dass der statische Druck in einem Gebiet strömender Flüssigkeiten abnimmt, je schneller sich die Flüssigkeit bewegt. Dieser Effekt kann z. B. auch die Bananenflanke beim Fußball erklären, bei welcher der Ball in der Luft eine gekrümmte Bahn zurücklegt, nachdem er "mit Effet getreten" wurde. Über diesen Magnus-Effekt (im Zusammenhang mit "Fußball-Boomeranging") hab ich sogar schon einmal gebloggt.

Dieses Bernoulli-Gesetz stellt jedoch nur den Spezialfall einer viel umfangreicheren Gleichung dar, welche die Bewegung von Fluiden präzise zu beschreiben vermag - die Navier-Stokes-Gleichung (nach Claude Louis Marie Henri Navier und George Gabriel Stokes). Diese Gleichung berücksichtigt Effekte, wie z. B. die innere Reibung (Viskosität) von Flüssigkeiten oder die Kompressibilität etc.
Der Vollständigkeit halber führe ich diese Gleichung hier an - nicht unbedingt mit der Absicht, dass sie jeder zu analysieren und zu verstehen probiert, sondern eher deshalb, weil es sehr erstaunlich ist, dass die Kombination von ein paar Größen (Dichte ρ, Druck p, Geschwindigkeit eines Teilchens v, Volumenkraftdichte f) in Verbindung mit wenigen Konstanten (λ und μ) beispielsweise dazu führten, dass Passagierflugzeuge in der heutigen Zeit ein relativ sicheres Transportmittel geworden sind, Formel-1-Autos trotz hoher Geschwindigkeiten auf dem Boden bleiben, Leben gerettet werden, weil man den Blutfluss im Körper einigermaßen versteht oder das globale Klima (mit gewissen Wahrscheinlichkeiten verbunden) vorhergesagt werden kann. Nicht zuletzt führte diese Gleichung dazu, dass ein großer Teil der Menschen, wenn man über "die Erde" spricht, eher an unseren Heimatplaneten denkt als an den Bestandteil des natürlichen Bodens.

"Dunkle Welten" - Eine Empfehlung

Gerade habe ich es nachgeholt, die Artikelserie von Florian Freistetter über die Geschichte der Dunklen Materie in seinem Blog Astrodicticum Simplex nachzulesen.

Diese sieben Artikel geben einen schönen, besonders angenehm zu lesenden Überblick über die Entwicklung der Vorstellung, dass das Universum zu einem überraschend großen Teil mit etwas gefüllt sein muss, dass sich unseren Blicken bisher entzogen hat. Warum man trotzdem an die Existenz dieser ungewöhnlichen und völlig andersartigen Art von Materie glaubt, könnt ihr in Florian Freistetters Artikeln nachlesen. Danach findet ihr dieses Thema hoffentlich genau so spannend wie ich! ;-)


Ich werde die einzelnen Teile der Serie "Dunkle Welten" hier ganz komfortabel verlinken, da ich sie als sehr empfehlenswert ansehe:

• Teil I - Wer hat die dunkle Materie erfunden?
• Teil II - Im Universum ist mehr als man sehen kann
• Teil III - Rotierende Galaxien und dunkle Materie
• Teil IV - Dunkle Materie und Deuterium
• Teil V - Gibt es vielleicht doch keine dunkle Materie?
• Teil VI - Dunkle Materie und das erste Licht
• Teil VII - Die Suche nach der dunklen Materie nähert sich dem Ende

Übrigens: Heute ist außerdem eine neue Ausgabe meines automatisch erstellten Online-Magazins "the mug of science" herausgekommen.

Zu Recht: Links - Juni 2013

Während ich im Juni aus einfachen Zeitgründen nicht so viele Blogartikel schreiben konnte, stieß ich dennoch auf viele Seiten des Internets, die es wert sind, weiterverbreitet zu werden.

Im Anschluss findet ihr diese Links. Die besonders guten sind mit einem "≤" markiert.

Entwicklung der Quantenphysik VI: Grenzen der Bestimmbarkeit

Mittlerweile ist einige Zeit vergangen, seit ich den letzten Artikel zur Entwicklung der Quantenphysik geschrieben habe. Doch hier und jetzt geht's weiter! ;-)

Nachdem Planck seine Quantenhypothese aufgestellt hatte, mit der die Strahlung eines idealen schwarzen Körpers beschrieben werden kann, Einstein den photoelektrischen Effekt mit Hilfe eines Modells erklärt hatte, dessen Grundlage die gequantelte Struktur von Licht ist, de Broglie herausgefunden hatte, dass traditionelle "Teilchen" mit Welleneigenschaften versehen werden können und Born letztendlich die Materiewelle, die "Teilchen" (wie etwa Elektronen) mathematisch beschreibt, als eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion interpretiert hatte, die die Wahrscheinlichkeit bestimmt, das Teilchen zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort vorzufinden, werden wir uns heute mit einer Konsequenz dieser Wellenbeschreibung von Materie beschäftigen, deren "Name" vergleichsweise große Berühmtheit erlangte: die Heisenberg'sche Unbestimmtheitsrelation.

Das wohlkalkulierte Klavier

Haben zwei Saiten mit gleicher Spannung unterschiedliche Längen, so geben sie verschiedene Töne ab, wenn man sie in Schwingungen versetzt. Seltsamerweise klingen die Töne für ein Längenverhältnis von beispielsweise 2:1 oder 3:2 besonders angenehm in unseren Ohren - geradezu harmonisch. Andere (kompliziertere) Längenverhältnisse erzeugen im Gegensatz dazu unangenehmere Töne.

Wie die meisten von euch bestimmt wissen, wird der Unterschied in der Tonhöhe von einem Ton zum anderen in Intervallen angegeben. Das heißt, man misst den "Abstand" zweier Töne in diskreten Schritten auf einer Art musikalischer Skala.

Das prominenteste und grundlegendste Intervall ist die Oktave. Zwei Töne, deren Tonhöhenunterschied (gemessen in Intervallen) eine Oktave ergibt, harmonieren besonders gut. Das liegt einfach daran, dass für den Fall einer Oktave das Längenverhältnis der Saiten 2:1 lautet. Anders formuliert: Die höher klingende Saite schwingt doppelt so schnell wie die tiefer klingende. So spielt man Oktaven auf (Saiten-)Instrumenten, wie z. B. Violine, Gitarre, etc., indem man die Saite genau an ihrer Mitte mit dem Finger gegen das Griffbrett drückt und somit die Länge, auf der die Saite schwingen kann, einfach halbiert.

Es gibt natürlich noch zahlreiche andere Intervalle. Für das musikalische Verständnis und Empfinden der "westlichen" Kultur besonders wichtig sind die Längenverhältnisse 4:3 (vierte Stufe, Quarte) und 3:2 (fünfte Stufe, Quinte). Dies entspricht den Tönen "F" und "G" auf der Skala CDEFGAHC, welche durch die weißen Tasten auf einem Klavier repräsentiert wird. (Dabei sind das erste und das letzte "C" eine Oktave voneinander "entfernt".)

Klaviertastatur einer Oktave¹

Doch wie kommt man überhaupt zu dieser Skala CDEFGAHC? Es kann sich dabei um keine reine Willkür handeln, denn sonst würden nicht so viele Töne davon miteinander harmonieren.