Ask a Scientist

Wie funktioniert die Kraft­über­tragung bei einem Pendel?

Von David

Die Kugeln eines Kugelstoßpendels sind meist identisch, die Fäden gleich lang und in gleicher Höhe aufgehängt. Das bedeutet, die einzelnen Kugeln bilden einzelne Pendel mit gleicher Masse und Pendellänge.

Wird nun eine äußere Kugel gegen die anderen "gestoßen", so nimmt die nächste ruhende Kugel den Impuls der aufprallenden Kugel auf und gibt ihn an die rechts daneben liegende Kugel ab, jene dann an die rechts daneben liegende und so weiter. Die am weitesten rechts liegende Kugel kann allerdings keinen Impuls mehr weitergeben und wird abgestoßen. Wenn die abgestoßene Kugel dann zurück pendelt und ihrerseits aufprallt, stößt sie die äußerste Kugel auf der anderen Seite wieder ab – das System „schwingt“. Dabei handelt es sich um elastische Stöße, bei denen die kinetische Energie und der Impuls erhalten bleiben.

Redaktion ScienceClip.at

Wieso ent­steht eine Stich­flamme, wenn man mit Schnee eine Flamme löscht?

Von Alexander

In diesem Falle ist es so wie mit Wasser in heißem Öl: Die Wassertröpfchen (Schnee, der in der Flamme bzw. im heißen Wachs sofort schmilzt) verdampfen im heißen Wachs schlagartig, der Wasserdampf seinerseits reißt heißes Wachs mit in die Flamme hoch, welches durch die gute und feine Verteilung stichflammenförmig verbrennt.

Beantwortet von Ao. Univ.-Prof. Dr. phil. Norbert Klempier, Professor am Institut für Organische Chemie an der TU Graz.

Was passiert mit der weißen Farbe, wenn Schnee schmilzt?

Von Martin

Gefroren haben die Wassermoleküle eine feste Kristallstruktur, die Licht stark und gleichmäßig reflektiert - so entsteht die weiße Farbe. Wenn der Schnee schmilzt, wird die Kristallstruktur aufgelöst und die Moleküle können sich frei umherbewegen. Dadurch wird nur wenig Licht reflektiert; das Meiste kann hindurchgehen und sieht durchsichtig aus.

Prof. Dr. Ulrich Strasser, Institut für Geographie und Raumforschung an der Uni Graz.

Wieso gibt es den Sekunden­zeiger-Stopp bei Bahn­hofs­uhren?

Von Daniel

Dieses Phänomen tritt dann auf, wenn es sich bei den Bahnsteiguhren um sogenannte Minutensprunguhren handelt. Bei diesen Uhren bewegt sich der Minutenzeiger nicht kontinuierlich voran, sondern springt alle 60 Sekunden um einen Minutenstrich weiter. Bei Bahnhöfen (und anderen großen Gebäuden mit vielen Uhren) wird dieser Impuls zum Weiterspringen des Minutenzeigers von einer zentralen Hauptuhr vorgegeben, damit alle Uhren exakt gleich gehen.

Der Sekundenzeiger wird aber oft unabhängig von der Hauptuhr an jeder einzelnen Uhr mit einem extra Motor (in der Uhr) betrieben. Die Sekundenzeiger werden gebraucht, da man sonst bei Minutensprunguhren nicht sehen kann, wie weit die jeweilige Minute schon vorangeschritten ist. Damit auch der Sekundenzeiger bei allen Uhren möglichst synchron läuft, ist der Motor so eingestellt, dass der Zeiger für eine komplette Umdrehung etwas weniger als 60 Sekunden braucht. Er stoppt kurz bei der Zahl 12 und startet erst mit dem nächsten Minutenimpuls der Hauptuhr – gleichzeitig mit allen anderen Sekundenzeigern des Bahnhofs – in die nächste Runde.

Redaktion ScienceClip.at

Reicht ein 50 Mal gefaltetes Blatt Papier bis zum Mond?

Von Marcel

In gewissem Sinne stimmt es, in gewissem Sinne nicht.
Einerseits kann man ein Blatt Papier nicht 50 Mal in der Mitte falten, es wird sehr schnell zu dick, das kann man selber ausprobieren.

Nun können wir uns vorstellen, dass das Papier in der Mitte halbiert wird (geschnitten) und dann die beiden Hälften aufeinandergelegt werden. Das könnte man 50 mal tun. Jedes Mal verdoppelt sich dabei die Dicke. Das heißt, dass man die Dicke des Papiers mal 2 rechnet, dann nochmals mal 2, dann wieder mal 2, etc., insgesamt 50 Mal.
Wenn das Papier eine übliche Dicke hat, etwa 0.1mm, so ist das Resultat ein "Stapel" der Dicke 0.1mm mal (2^50) (in Worten: 0.1 mal 2 hoch 50). Die Zahl 2^50 ist riesig, das ist (man kann "calculator" in google benutzen): 1.1258999 mal 10^15. Oder anders gesagt: Das ist etwas mehr als eine 1 mit 15 Nullen dran. Das gibt also 0.1 mal 1.125899 mal 10^15 Millimeter. Das kann man umrechnen auf Zentimeter (eine 1 mit 13 Nullen), Meter (eine 1 mit 11 Nullen) oder Kilometer: ca. eine 1 mit 8 Nullen. Also ca. 100 Millionen Kilometer (oder 125.8999 Millionen Kilometer) ist die Dicke des Resultats.

Das ist weiter als die Entfernung der Erde zum Mond - es ist fast die Entfernung der Erde zur Sonne (149.6 Mio Km ist die mittlere Entfernung der Sonne von der Erde). Die Entfernung des Mondes zur Erde beträgt etwa 370'000 Km.

Damit könnte man sagen: Ja, es stimmt.

Nun bleibt die Frage, wie groß denn die Fläche des Papiers am Ende ist. Ein A4-Papier ist ca. 623 Quadratzentimeter groß. Die Fläche wird nun in jedem Schritt halbiert. D.h. man müsste 623 durch 2^50 teilen. Das ergibt ca. 5.5 mal 10 hoch -13 Quadratzentimeter, eine extrem kleine Zahl. Das ist ca. 1/2 Pikometer (im Quadrat) und damit kleiner als ein Atom (der Durchmesser eines Atoms kann bei einigen 10 hoch -10 Metern sein).

D.h. diese große Dicke (die ja ca. 100 Millionen Kilometer beträgt) steht einer winzigen Fläche gegenüber, einer Fläche, die kleiner als ein Atom ist. Und daher wäre wohl die Antwort vielleicht doch eher: Es stimmt, aber…

Beantwortet von Univ.Prof. Dr. Karin Baur mit Unterstützung von Mark Parsons, PhD und Dipl.-Math. Jernej Pribosek, Institut für Mathematik und wissenschaftliches Rechnen der Uni Graz.

Warum sind Wiesen und Blätter grün?

Von Denise

Liebe Denise!

Danke für deine Frage: „Warum sind Wiesen und Blätter grün?“
Zuerst müssen wir uns mit der Frage beschäftigen, wie Dein/unser Farbeindruck überhaupt entsteht. Wie du sicherlich weißt, kann man ohne Licht keine Farben erkennen, alles erscheint fahl (und bei absoluter Dunkelheit schwarz). So wird dein Lieblings-T-Shirt bei Nacht kaum so schön ausschauen wie im hellen Sonnenlicht. Die Voraussetzung für Farben ist also das Licht. Das Sonnenlicht erscheint weiß. In Wirklichkeit setzt es sich aber aus den Farben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett, den sogenannten Spektralfarben zusammen. Soweit also die Farben des Sonnenlichtes. Aber dein T-Shirt kann ja jetzt nicht von selbst leuchten (auch wenn eine Sonne drauf wäre 🙂 ), warum hat es nun diese Farbe? Der Grund ist folgender: Ein Teil des Sonnenlichtes wird von deinem T-Shirt aufgenommen (absorbiert), der andere Teil des Lichtes von ihm zurückgeworfen (reflektiert). Die Lichtstrahlen, die vom T-Shirt zurückgeworfen werden, gelangen in dein Auge und du nimmst die entsprechende Farbe wahr; z. B. ein rotes T-Shirt nimmt alle Farben des Sonnenlichtes auf, bis auf die Farbe Rot. Welche Lichtstrahlen jetzt von deinem T-Shirt aufgenommen oder zurückgeworfen werden und so in dein Auge gelangen, hängt davon ab, mit welchem Farbstoff das T-Shirt zuvor behandelt wurde, denn dieser ist für die Absorption bzw. Reflexion des Sonnenlichtes verantwortlich.

Jetzt aber endlich zu deiner Frage, warum Wiesen und Blätter grün sind.

Wie du vielleicht schon einmal im Bio-Unterricht gehört hast, können Pflanzen aus Wasser und Kohlendioxid Zucker (Glukose) produzieren, diesen Vorgang nennt man Fotosynthese. Den Zucker (Glukose) braucht die Pflanze um wachsen zu können und um Früchte und Samen auszubilden. Für den Prozess der Fotosynthese benötigt sie aber Energie. Diese Energie bekommt die Pflanze von der Sonne über das Sonnenlicht. Ähnlich wie dein T-Shirt haben nun auch die Blätter der Pflanzen Farbstoffe, die einen Teil des Sonnenlichtes aufnehmen (absorbieren) und den anderen zurückwerfen (reflektieren). Den wichtigsten Farbstoff der Blätter nennt man Blattgrün oder Chlorophyll.
Das Chlorophyll nimmt einen Teil der Sonnenenergie in Form von Licht auf und stellt sie den Blättern für die Produktion von Zucker (Glukose) zur Verfügung. Der übrige Teil wird zurückgeworfen. Wie du ja schon weißt, besteht das Licht aus Spektralfarben. Das Chlorophyll nimmt nun nahezu das gesamte Sonnenlicht auf, abgesehen von, naja, jetzt weißt du es sicher schon, der Farbe Grün. Wenn du nun eine Wiese betrachtest, so gelangt das von den Blättern zurückgeworfene Licht in dein Auge, und „Es grünt so grün …………..“.

Beantwortet von Mag. Dr. Stephan Monschein, Institut für Pflanzenwissenschaften der Uni Graz.

Warum sind Ameisen so stark?

Von Max

Es hat vor allem physikalische Gründe. Kleine Tiere können immer größere Lasten bewältigen, da die Querschnittsfläche der Muskeln für die Stärke verantworlich ist, aber das Volumen der Tiere die Masse und Gewicht ausmachen. Je größer die Tiere werden, desto schlechter wird das Verhältnis Querschnitt der Muskeln zu eigener Masse.

Beantwortet von Univ.-Prof. Dr. Birgit Schlick-Steiner, Professorin für Molekulare Ökologie am Institut für Ökologie der Uni Innsbruck.

Super­helden: Was ist physikalisch möglich?

Von Tommy

Da gäbe es viel zu sagen zu den verschiedenen Aspekten schneller, stärker, höher! Ja, es würde sich viel ändern, und manches ist physikalisch nicht möglich.

Ein ausgezeichnetes Buch dazu, das ich empfehlen kann, ist:

James Kakalios: Physik der Superhelden, Rowohlt Taschenbuch Verlag, Reinbeck bei Hamburg, 2008

Ich hoffe, das hilft weiter!

Anmerkung Redaktion ScienceClip.at:
Zu dem Buch von James Kakalios gibt es hier einen interessanten Artikel:
http://science.orf.at/stories/1687231/

Beantwortet von Dr. Franz Embacher, Fakultät für Mathematik & Fakultät für Physik der Uni Wien.