Paramagnetischer Sauerstoff bei der Nacht der Wissenschaftskultur in Duisburg

Flüssiger Wasserstoff fließt an einem Magneten vorbei.
Flüssiger Sauerstoff fließt an einem Magneten vorbei.

Ein Besuch bei der Nacht der Wissenschaftskultur zeigt Experimente hautnah, die man sonst nicht macht. Hier wurde mit einfachsten Mitteln Sauerstoff aus einer Gasflasche in einer dünnen Röhre durch flüssigen Stickstoff geleitet. Der Sauerstoff fließt wie aus einem kleinen Wasserhahn. Der Magnet links zieht den Sauerstoff an, da dieser paramagnetisch ist.

Ist die Gravitation eine entropische Kraft?

Kurz vor Weihnachten veröffentlichte die niederländischen Tageszeitung „Volkskrant“ einen Artikel mit dem (übersetzten) Titel „Schwerkraft ist keine Kraft“, in dem die Idee von E. Verlinde über den entropischen Charakter der Schwerkraft vorgestellt wurden.
Die Idee hat Charme, auch wenn sie nicht neu ist. An der Vereinigung von Schwerkraft mit den anderen Kräften wird seit Jahrzehnten gearbeitet. Wenn die Schwerkraft keine „echte“ Kraft ist, könnte das erklären, weshalb die Bemühungen bisher weitgehend erfolglos waren……… mehr … 

Wie schnell ist der Rotor eines Hubschraubers?

Bei einer Belichtungszeit von 1/100s und einem Rotordurchmesser von 11m entnimmt man ca. 220m/s für die Rotorspitzen.

Man liest häufig, dass die Rotorspitzen eines Hubschraubers Überschallgeschwindigkeit (über 340m/s) erreichen. Im Schwebeflug ist das bei diesem Hubschrauber nicht der Fall. Der Hubschraubertyp Eurocopter BK117-C1 hat einen Rotordurchmesser von 11m. Während der Belichtungzeit von 1/100s haben sich die Spitzen ca. 2,2m bewegt. Der Rotor bewegt sich mit ca. 220m/s und dreht sich knapp 7 mal pro Sekunde.

Wie schnell fällt Schnee?

Schneefall durch eine Laterne beleuchtet
Schneefall durch eine Laterne beleuchtet

Dieses Foto wurde mit 1/10 s belichtet. Die einzelnen Schneeflocken fliegen ca. 15cm in dieser Zeit, die Geschwindigkeit beträgt also ca. 1,5m/s oder etwa 5km/h. Größere Schneeflocken fallen natürlich viel langsamer. In der Vergrößerung links oben sieht man deutlich, dass die Bewegung gestückelt aussieht. Das liegt daran, dass die Laterne 100 mal pro Sekunde leuchtet (100Hz), während der Belichtungszeit wird die Schneeflocke daher 10 mal beleuchtet. Im Gegensatz zum Freien Fall bei Neonlicht fällt eine Schneeflocke aufgrund des Luftwiderstandes gleichmäßig. Ein Regentropfen  fällt viel schneller.

Beugungsbegrenzung bei der Digitalkamera

Die Auflösung eines Objektivs ist beugungsbegrenzt von der Blende abhängig.

In dem Bild sieht man kleine Ausschnitte (ca. 100 Pixel breit) eines Fotos, dass mit einem 50mm Objektiv aus 5m Entfernung von einem Laptop Bildschirm aufgenommen wurde. Man sieht deutliche Unschärfe bei den größeren Blendenzahlen (22). Die niedrigere Qualität bei der Blende 1,8 liegt an anderen Abbildungsfehlern.

Aufgrund der Beugungsbegrenzung kann man den Durchmesser eines Bildpunktes d=2,44·λ·B, bei der Blendenzahl B und der Wellenlänge λ, bestimmen. Mit einem typischen Wert λ=555nm erhält man d=B·1,3 μm. Die typische Pixelgröße heutiger digitaler Spiegelreflexkameras liegt bei ca. 5μm, so dass man schon bei Blende 4 die theoretische Grenze erreicht. Digitale Kompaktkameras haben teilweise deutlich kleinere Pixelgrößen, da sie mit kleineren Bildsensoren arbeiten.

ISS Foto, der 2. Versuch

Diesmal wurde ein einfaches Teleskop verwendet, um die ISS zu fotografieren. Mit etwas Nachschärfen sind einige Details zu erkennen.

Mit einem einfachen 200€ Spiegelteleskop wurde die ISS fotografiert. Rechts das Originalfoto, links nachgeschärft.
Mit einem einfachen 200€ Spiegelteleskop wurde die ISS fotografiert. Rechts das Originalfoto, links nachgeschärft.

Nachdem beim 1. Versuch die ISS nur zu erahnen war, wurde jetzt ein einfaches Teleskop mit 1m Brennweite verwendet, und der Sensor der Digitalkamera direkt in den Fokus justiert. Das Originalfoto rechts zeigt die mangelhafte Qualität des Spiegels, das Nachschärfen mit GIMP brachte aber dennoch einige Details hervor. Die Spiegelmängel scheinen eine Gaußverteilung aufzuweisen. Unten ist vermutlich das angedockte Spaceshuttle zu sehen. Zu dem Zeitpunkt gab es Außenarbeiten von zwei Astronauten, aber um die Astronauten zu sehen, braucht man doch ein erheblich besseres Teleskop.

Streuung des Licht an der Atmosphäre

Abendhimmel zeigt die unterschiedliche Streuung von unterschiedlichen Wellenlängen.

Unterschiedliche Wellenlängen werden unterschiedlich gestreut

Ein Blick auf den Abendhimmel zeigt alle Himmelsfarben, vom Abendrot bis zum Blau des Himmels. Der Grund dafür liegt in der unterschiedlichen Streuung von unterschiedlichen Wellenlängen. Kurze Wellenlängen werden stark gestreut, daher überwiegt das blaue Licht oben am Himmel (in großem Winkel von der Lichtquelle). Direkt über dem Horizont überwiegt aus dem selben Grund das rote Licht, da das blaue Licht aus der „Strahlrichtung“ gestreut wird.