NMS Schöffelschule
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Physik für Zuhause (Versuche) :) Empty Physik für Zuhause (Versuche) :)

am Mo März 23, 2020 10:24 am
Wie wärs mit ein paar Physikversuche für Zuhause?

Zeig uns, wie es dir bei den Versuchen geht! Poste ein Foto Smile

Das erste Experiment:
Eine Zahnbürste um den Finger drehen

Du brauchst:

  • Eine Zahnbürste oder zwei.


  • Honig oder Zuckerwasser, wenn du magst


So gehts:

Zeige mit dem Zeigefinger deiner starken Hand gerade nach vorne. Hänge die Zahnbürste mit der Bürste als Haken an den Finger, und zwar auf Höhe des distalen Interphalangealgelenks - womit natürlich das der Fingerspitze nahe Gelenk gemeint ist. Nun versuche, vorsichtig startend, die Bürste in Drehung zu versetzen. Wenn du Rechtshänder bist, rechts herum, sonst in die andere Richtung. Wenn dir das gelingt, prima! Wenn nicht, solltest du die Reibung zwischen Bürste und Finger erhöhen, Freuchte deinen Finger im Mund ein wenig an und probiere es erneut.
   Natürlich lässt sich dieser Trick steigern: Zwei Hände, zwei Bürsten. Entgegengesetzte Richtungen. Stoppen, weitermachen. Horizontal drehen wie ein Hubschrauber. Die Möglichkeiten sind unbegrenzt!

Was steckt dahinter?

Tja, was soll man dazu sagen? Du drehst deinen Finger, und die Bürste dreht sich drum herum. Eine Drehung halt. Die Drehung funktioniert am besten, wenn genügend Reibung zwischen Finger und Bürste herrscht. Das ist der Fall, wen der Finger ein bisschen feucht ist - wir kennen diesen Effekt vom Umblättern glatter Magazin- oder Katalogseiten.
Der Grund dafür ist die verbesserte Kontaktfläche. Auf mikroskopischer Ebene sind sowohl dein Finger als auch die Bürstenhaare sehr rau. Sie berühren sich immer nur punktuell. Die Moleküle auf Haut und Bürste möchten sich anziehen, können aber nur wenig ausrichten, weil sie lediglich an winzigen Stellen aneinanderliegen. Ein dünner Wasserfilm gleicht viele Unebenheiten aus und ermöglicht besseren Kontakt. Wasser hat außerdem einen starken inneren Zusammenhalt und die Eigenschaft, Oberflächen gut zu benetzen. Es wirkt zwischen Finger- und Bürstenhaaroberfläche als Kleber.
Wenn die Wasserschicht jedoch zu dick ist, passiert das Gegenteil: Die Oberflächen gleiten, geschmiert vom Wasser, aneinander vorbei, und  deine Zahnürste landet, bestenfalls, im Waschbecken. Der Finger sollte deshalb etwas feucht sein - weder ganz trocken noch zu freucht.
Damit das Wasser am Finger nicht so schnell verdunstet kann man Zuckerwasser verwenden.

Quelle:
Marcus Weber & Judith Weber: Physik ist, wenn's knallt Verlagsgruppe Random House FSC: 2019
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am Mo März 23, 2020 10:53 am
Physik für Zuhause (Versuche) :) Zahnbu10
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Physik für Zuhause (Versuche) :) Empty Experiment: Wasser kopfüber

am Mi März 25, 2020 9:10 am
Experiment: Wasser kopfüber
Der Klassiker - aber so groß hast du es noch nie gesehen! Smile

Du brauchst:


  • für alle Versionen: Wasser!


für die kleine Version:

  • Ein Wasserglas


  • einen Bierdeckel, eine Postkarte oder ein Stück Karton


für die mittlere Version:

  • eine runde Blumenvase, idealerweise aus Glas


  • einen Luftballon


für die große Version:

  • einen Kübel


  • ein Schwimmbad oder einen Strand


  • einen Wasserball


So gehts:

Fülle das Gefäß mit Wasser und lege den Deckel, den Ballon oder den Ball so drauf, dass er das Gefäß dicht abschließt. Dreh beides zusammen um, sodass die verschlossene Öffnung unten ist. In allen Fällen sollte ein wenig Wasser aus dem Gefäß entweichen. Entweder wird es vom Bierdeckel aufgesaugt oder es läuft am Ballon bzw. Wasserball vorbei nach unten. Nun lasse den Deckel vorsichtig los. Das Wasser bleibt im Gefäß!


Was steckt dahinter?

Der Luftdruck! Aber ganz so einfach ist es diesesmal nicht ...
Da das Funktionsprinzip bei allen Varianten das gleiche ist, gehen wir davon aus, wir hätten das Experiment mit einem Bierglas gemacht (weil das Glas relativ zylindrisch ist). Das macht die physikalische Betrachtung einfacher.
Nehmen wir an, wir würden das Glas bis zum Eichstrich füllen und einen Bierdeckel darauflegen. Wenn wir das Glas nun umdrehen, wird der Bierdeckel nass. Er tut das, wofür er da ist, und saugt ein wenig Wasser auf. Das bedeutet, dass sich im Glas nun weniger Wasser als vorher befindet. Die Luft im Glas muss sich ausdehnen, um den Platz zu füllen.
Wenn sich Luft ausdehnt, sinkt der Luftdruck. Angenommen, in einem Bierglas wären 1000 Luftteilchen (natürlich sind es in Wahrheit viel mehr). Diese Teilchen bewegen sich und stoßen dabei immer wieder an die Glaswand. Dieses Anstoßen ist der Luftdruck. Füllen wir unsere 1000 Luftteilchen nun um in eine Vase, haben sie viel mehr Platz, um sich lockerer zu verteilen. Und sie stoßen weniger häufig gegen die Glaswand. Der Luftdruck ist also gesunken.
Damit hast du schon einen Teil des Boyle-Mariotteschen Gesetzes verstanden! Das Gesetz besagt, dass sich Druck und Volumen eines Gases umgekehrt proportional verhaltet. Je weniger Druck, desto mehr Volumen nimmt es ein. Für unser Bierglas bedeutet das: Fülle ich meine 1000 Luftteilcen in ein doppelt so großes Glas, sinkt der Druck auf die Hälfte. Allerdings nur, wenn die Temperatur konstant ist. Lass dein Wasser also nicht warm werdn, während du das Experiment machst.
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am Mi Apr 29, 2020 10:18 am
Experiment: Der mehrstimmige Kaffeebecher

Du brauchst:
• Einen Kaffeebecher oder eine Teetasse mit Henkel
• Einen Löffel
So gehts:
Entlocke dem Kaffeebecher unterschiedliche Töne, indem du mit dem Löffel an den Rand schlägst. Um die verschiedenen Tonhöhen gezielt zu treffen, stell dir den Rand des Bechers in acht Tortenstücke aufgeteilt vor. Jedes Tortenstück umschließt jeweils 45°, also ein Achtel des Randes.

Schlage nun mit dem Löffel exakt gegenüber dem Henkel an den Rand. Nun schlage ein Tortenstück weiter (45°) gegen den Becher. Der Ton sollte nun etwas höher klingen. Wieder tiefer klingt er, wenn du ein weiteres Tortenstück entfernt anschlägst. So wanderst du um die Tasse. Immer, wenn du dich mit dem Löffel weiterbewegst, wird der Ton ein bisschen höher oder wieder tiefer. Wie stark der Effekt ist, hängt vom Becher oder von der Tasse ab.

Was steckt dahinter?
Ganz schön viel Physik! Wenn du gegen den Becher schlägst erzeugst du in der Becherwand eine stehende Welle. Wenn man die Bewegung des Kaffeebechers stark vergrößert kann man sich das etwa so vorstellen: Ein Hula-Hoop-Reifen, welcher an zwei gegenüberliegenden Seiten festgehalten und abwechselnd zusammengedrückt und auseinandergezogen wird.
Jeder Gegenstand, den man anschlägt, sodass er von allein schwingt, tut das in bestimmten Frequenzen. Wie diese Frequenzen klingen, hängt von Form und Material des Körpers ab. So klingt eine Espresso-Tasse viel höher als ein großes Rotweinglas und eine dünne Geigensaite höher als eine dicke Kontrabasssaite. Jeder einzelne Ton bleibt jedoch, wenn du ihn nochmal anschlägst, derselbe. Er ist dem Körper „eigen“. Diesen Ton nennt man daher Eigenfrequenz.
Doch Körper besitzen nicht nur eine Eigenfrequenz. Bei einfachen Körpern wie einer schwingenden Saite gibt es neben der normalen Tonhöhe viele andere Eigenfrequenzen, die sogenannten Obertöne. Gitarristen und Geiger kennen diese Obertöne, weil man sie auch direkt anspielen kann. Wenn man den Finger leicht auf die Mitte der Saite legt und diese anzupft, erklingt ein Ton, der doppelt so hoch ist wie der Grundton. Auf der Saite entstehen zwei Schwingungsbäuche, die von einem Schwingungsknoten in der Mitte getrennt werden.
Wenn du eine Saite anschlägst, erklingt nie der Grundton allein. Es schwingen immer Obertöne mit. Das könnte nun einen ziemlichen Klangbrei geben. Aber praktischerweise sind die Frequenzen der Obertöne bei einer schwingenden Saite immer Vielfache der Frequenz des Grundtons. Deshalb klingt eine Saite immer ziemlich harmonisch.
Anders ist das bei komplizierteren Körpern wie einem Schlagzeugfell. Hier sind die Frequenzen der Obertöne keine Vielfachen des Grundtons. Das ist der Grund, warum Trommeln keinen wirklich reinen Klang besitzen und ein Schlagzeug nicht umgestimmt werden muss, wenn das Keyboard in einer anderen Tonart spielt.
Mathematisch und physikalisch gesehen ist der Kaffeebecher die Steigerung des Schlagzeugfells. Seine Eigenfrequenzen lassen sich nur durch komplizierte Simulationen berechnen. Dafür kann man sie umso besser ausprobieren, wie du das ja vorhin schon getan hast.
Auf dem Rand des Bechers entstehen vier Schwingungsbäuche, jeweils um 90° versetzt. An diesen Stellen bewegt sich die Becherwand. Zwischen den Bäuchen liegen vier Schwingungsknoten, an denen sich die Wand nicht bewegt. Der tiefe Ton entsteht, wenn du genau gegenüber dem Henkel anschlägst. Entscheidend ist, dass der Henkel in der Mitte eines Schwingungsbauches liegt und kräftig mitschwingt. Der Henkel ist physikalisch gesehen nur Masse – er macht das System träger, und der Becher schwingt langsamer. Eine langsame Schwingung verursacht einen tiefen Ton.
Jetzt schlägst du den Becher um genau 45° versetzt an. Der Henkel liegt nun bequem zwischen zwei Schwingungsbäuchen auf dem Schwingungsknoten. Er schwingt nicht mit. Sofort ist das System weniger träge und die Schwingung schneller. Der Ton klingt – tataa! – höher!
Triffst du den Becher genau zwischen den beiden Stellen mit den sauberen Tönen, hören Sie nicht etwa die Tonhöhe dazwischen, sondern eine Überlagerung der beiden Eigenschwingungen. Physikalischen spricht man von einer Schwebung, gehörtechnisch eher von einem Scheppern.
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