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Astronomie+Physik

Physik ist überall

Frau und Wasserglas
Schon bei etwas so Simplem wie einem Glas voll Wasser steckt reinste Physik dahinter. Tatsächlich umgibt sie uns bei allem, was wir tun. (Foto: Fotolia.com, radub85 )
Viele verbinden mit Physik trockene Schulstunden und komplizierte Formeln. Doch die Wissenschaft, die das Universum erklärt, umgibt uns – auch bei alltäglichen Dingen.

Sonntagnachmittag, eine genüssliche Rundfahrt im Oldtimer über die Landstraße. Etwas zu zügig eine Kurve angegangen, schon wimmern die Reifen. Ein heißer Tag, jetzt ein kühles Bier – doch ohne, dass man die Flasche auch nur im Mindesten geschüttelt hätte, entströmt ihr eine wahre Fontäne aus Schaum und Bier. Nur zwei Beispiele, die zeigen, dass Physik uns umgibt, ganz egal was wir tun. Folgendes kommt zwar ohne die trockenen Berechnungsformeln aus dem Unterricht aus, ist jedoch nichtsdestotrotz Physik in Reinform.

1. Herd

Sie sind seit einigen Jahren der große Wunsch aller, die gerne und oft kochen. Induktionsherde. Beliebt sind sie deshalb, weil sie etwas ermöglichen, was eigentlich gar nicht rational erklärbar ist: Sie erhitzen den Inhalt von Topf und Pfanne, ohne dass diese auf einer Wärmequelle stehen. Kein angebranntes Übergekochtes mehr. Und auch kein Risiko für neugierige kleine Hände.

Dahinter steht, getreu dem Motto dieses Artikels, natürlich Physik. Und zwar das Prinzip der Induktion. Unter der Glasplatte sitzt eine Induktionsspule. Wird sie mit Wechselstrom beaufschlagt, erzeugt das ein in der Frequenz des Stroms (50Hz) wechselndes Magnetfeld. Das erzeugt im Boden des Topfs einen sogenannten Wirbelstrom. Der Strom wird also, vereinfacht ausgedrückt, von Spule zu Topf übertragen, obwohl kein Leitmedium dazwischenliegt. Angst vor einem Stromschlag muss man jedoch keine haben. Nur der Topfboden wird durch die Bewegung der Elektronen warm – und das im Vergleich zum herkömmlichen Kochen sehr schnell.

Prinzipiell ist es die gleiche Technik, die auch beim kontaktlosen Aufladen von Handys zum Einsatz kommt. Allerdings funktioniert nichts ohne magnetisierbaren Empfänger – daher braucht es für den Induktionsherd auch spezielle Töpfe.

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2. Schäumendes Bier

Es ist ein so bekanntes Phänomen, dass unter Biertrinkern sogar ein Begriff dafür besteht: Gushing. Die Angewohnheit eines (kohlensäurehaltigen) Getränks, ohne äußeren Einfluss überzuschäumen.

Tatsächlich handelt es sich dabei sogar um ein Phänomen, an dem die Wissenschaft noch zu knabbern hat. Fest steht nur: Kohlensäure ist auf jeden Fall daran beteiligt. Dazu muss man sich die geschlossene Bierflasche als abgeschlossenes System im Sinne der Thermodynamik vorstellen. Da ist die Kohlensäure drin gelöst; es sind also keine Blasen vorhanden. Nur oben in dem kleinen Raum oberhalb des Bieres ist die Kohlensäure ausgegast vorhanden und beides hält ein perfektes Gleichgewicht.

Öffnet man nun normal die Flasche, entweicht das bereits gelöste C02. Dadurch entsteht aber ein Ungleichgewicht, das dafür sorgt, dass sich das CO2 löst und nach oben perlt. Hier kommt das Gushing ins Spiel: Übermäßige Rauheit der Flascheninnenseite und vor allem mikroskopisch kleine Feststoffe im Bier können als Kondensationskeime dienen – das gleiche Prinzip wie innerhalb von Wolken. Diese „Keime“ (es sind keine echten Keime) sorgen dafür, dass so viel gelöstes CO2 gleichzeitig an ihnen ausgast, dass das Bier wie aus einem Schaumlöscher schießt.

3. Auto

Physik findet sich natürlich auch beim Auto wieder. Und umso mehr der Fahrer eines Fahrzeuges über die Auswirkungen der physikalischer Gesetze Bescheid weiß, umso besser kann er diese richtig einschätzen. Schon die Vorgänge im Verbrennungsmotor sind wahre Physik. Oder wenn man einfach nur etwas schneller in die Kurve geht, wirkt eine buchstäblich mobile Form der Physik und lässt die Reifen quietschen. Geht das Auto in die Kurve, beschreibt es eine Kreisbahn. Und alles, was sich auf einer solchen bewegt, hat die Tendenz, nach außen abzudriften, die Fliehkraft. Sie wächst im Quadrat zur Geschwindigkeit. Wenn man die Reifen wimmern hört, ist das ein deutliches Zeichen dafür, dass sie im rechten Winkel zur Fahrtrichtung über den Asphalt reiben, sie haben also schon einen gewissen Teil ihrer Haftkraft verloren.

Und hier kommt noch etwas mehr Physik in Form der Achsgeometrie. Aufgrund technischer Zugeständnisse müssen die Neigungen an angetriebenen Achsen anders sein als an den „Mitrollenden“. Der Fachmann spricht vom sogenannten Schräglaufwinkel. Bei Fronttrieblern ist er vorn größer, bei Hecktrieblern hinten und bei Allradfahrzeugen ziemlich gleich. Dadurch hat das Auto die Tendenz, bei zu großer Fliehkraft immer über die angetriebenen Räder wegzugehen. Bei Fronttrieblern ist das Untersteuern, also die Vorderseite bricht in Richtung Kurven-Außenseite aus, bei Hecktrieblern ist es Übersteuern, das Heck bricht in Richtung Kurven-Außenseite aus.

4. Verschwommener Blick durch Wein

Ein lauer Sommerabend, man sitzt gemütlich auf der Veranda, ein kühles Glas Wein (oder ein beliebiges anderes Getränk) in der Hand. Während man vor sich hin sinniert, wirft man einen Blick quer durchs Glas auf die Welt dahinter – und stellt fest, dass diese nicht nur gehörig verzerrt ist, sondern teils sogar auf dem Kopf steht. Der Alkohol? Mitnichten, nur einmal mehr angewandte Physik.

Es beginnt bei der Krümmung des Glases. Schon sie sorgt dafür, dass der Blick verzerrt wird. Das Trinkglas ist nichts anderes als eine ebensolche Licht-lenkende Linse wie ein Brillenglas. Bloß wo bei letzterem alles darangesetzt wird, damit das Licht der Augenschwäche entsprechend perfekt gelenkt wird, ist es bei ersterem völlig unkontrolliert. Und je bauchiger ein Glas, desto verzerrter. Dann wird die Physik nämlich dreidimensional, das Bild steht durch die Form sogar auf dem Kopf, statt einfach nur verschwommen und/oder seitenverkehrt zu wirken.

Wenn man das Glas mit einem Inhalt füllt, hat man nicht nur die Linsenphysik, sondern auch noch Lichtbrechung: Der Lichtstrahl wandert von einem Medium geringer Dichte (Luft) in eines höherer Dichte (Wein) und je größer die Dichte des Mediums, desto stärker wird der Lichtstrahl dabei abgeknickt.

5. Rinnender Schweiß

Gerade der Sommer 2018 mit seiner langen Hitzeperiode hat vielen, wenngleich vielleicht unbemerkt, wieder einmal gezeigt, dass Physik auch durchaus biologisch sein kann. Indem uns die Wärme buchstäblich den Schweiß aus sämtlichen Poren trieb. Warum macht Mutter Natur das, wo man doch weiß, dass der Schweiß, der einem da gerade auf der Stirn steht, ebenfalls Körpertemperatur hat und mit seinen 36°C längst nicht so gut kühlt wie ein Sprung in den See?

Ganz einfach: Der Mutter Natur ist eine bessere Physikerin als viele Menschen. Sie weiß nämlich, dass nicht nur der reine Temperaturunterschied einer Flüssigkeit auf unserer Haut uns kühlt (also das, was beim Sprung in den See passiert). Vielmehr kennt sie sich auch mit den Feinheiten der Verdunstungskälte aus.

Wassermoleküle sind nicht fest in ihren Bindungen. Sie sind immerzu in Bewegung. Und je höher die Temperatur, desto wahrscheinlicher ist es, dass einzelne Moleküle diese Bindung (also beispielsweise einen Schweißtropfen) verlassen und vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatszustand übergehen. Man spricht vom Verdunsten. Damit das jedoch funktioniert, ist Energie notwendig. Und diese liegt gleich unter dem Schweißtropfen-Wassermolekül in Form einer ziemlich aufgeheizten Haut vor. Ergo entzieht das verdunstende Molekül etwas Energie in Form von Wärme. Je mehr Moleküle das tun, desto kühler wird einem.

Doch hier kommt ein kleiner Fehler von Mutter Natur. Denn für optimale Verdunstung sollte die Flüssigkeitsschicht so dünn und weit ausgebreitet wie möglich sein. Ist uns nun sehr heiß, pumpt der Körper Schweiß wie verrückt – und erzielt dann oft das Gegenteil von dem, was er beabsichtigte. Der Schweiß sammelt sich nur in dicken Tropfen, die eine kleinere Oberfläche haben und deshalb schlechter verdunsten können. Übrigens mit ein Grund dafür, warum wir Haare am Körper haben: Deren Kapillarwirkung (auch Physik pur) soll auch dickere Schweißtropfen zwecks besserer Verdunstung verteilen. Pech für Glatzenträger aber auch Mähnenbesitzer. Bei ersteren mangels Haaren, bei letzteren, weil die Haare so dicht sind, dass die Dämmwirkung durch zwischen den Haaren festgehaltene Luft wesentlich größer ist, als jeder kühlende Verdunstungseffekt, der durch die zusätzlichen Haare generiert wird.

Abermals weiß sich Mutter Natur jedoch zu helfen: Sie hat uns diesen kleinen Reflex geschenkt, mit dem wir immer wieder über die nassgeschwitzte Stirn reiben – denn auch das verteilt den Schweiß für die Verdunstung besser.
20.08.2018

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