Ach so!
vorbeiziehenden Lichtteilchen abgesehen haben. Sie sind dabei empfänglich für ganz
bestimmte Frequenzen des Lichts.
Wenn die passenden Photonen auf geeignete freie Elektronen
treffen, übertragen sie ihre Energie auf die Elektronen und sterben: Das Licht wird
absorbiert und als Wärme gespeichert. Finden sich hingegen keine passenden
Elektronen, dann passieren die Photonen das Material ungehindert: Der Stoff ist dann
durchsichtig. Aufgrund der sehr geordneten Atomstruktur in einem Metallgibt es viele freie Elektronen. Sie sind auch zuständig für das
Leiten des elektrischen Stroms. In diesem Fall treffen die Lichtteilchen immer auf
das passende Elektron, und somit sind Metalle nicht durchsichtig.
Glas hingegen ist ein Isolator und leitet den elektrischen
Strom nicht, denn es besitzt aufgrund seiner amorphen Struktur kaum freie
Elektronen. Es existieren also bei weitem nicht so viele Lichträuber, und die
auftreffenden Photonen werden daher kaum »eingefangen«. Das sichtbare Licht kann
Glas problemlos passieren. Nur die kurzwellige UV-Strahlung hat ein Problem mit dem
Glas, denn diese hochfrequenten Lichtteilchen werden von den Elektronen der äußeren
Atomschalen absorbiert. Glas lässt also sichtbares Licht durch, schluckt jedoch die
UV-Strahlung. Das ist der Grund, warum wir hinter einer Glasscheibe nicht so schnell
braun werden.
Durch verschiedene Zusätze kann man die Durchlässigkeit
und somit die Farbe des Glases beeinflussen: Ein weltbekanntes Beispiel sind die
blauen Kirchenfenster der Kathedrale von Chartres. Die damaligen Glasmacher nutzten,
wie man heute weiß, Beimengungen von Kobalt bei der Glasschmelze, doch sie hüteten
ihr Geheimnis bis ins Grab.
Noch heute werden laufend neue Gläser geschaffen. Moderne
Lichtleiter aus Glas sind so raffiniert hergestellt, dass sie eine sensationelle
Durchlässigkeit besitzen: Eine zehn Kilometer dicke Glasscheibe würde immer noch die
Hälfte aller Lichtteilchen passieren lassen!
Ist es nicht aufregend, wie viel Physik in einer einfachen
Fensterscheibe steckt?
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Warum knallt eine Peitsche?
48 Manche Fragen klingen geradezu trivial, doch bei der
Suche nach der Antwort macht man eine erstaunliche Entdeckung. Zu dieser Art von
Fragen gehört: »Warum knallt eine Peitsche?«
Bevor es Autos gab, waren die Straßen voller Kutschen, und
das Knallen der Peitschen gehörte zum Alltag. Die Kutscher entwickelten mit der Zeit
ihre eigenen Knallfolgen, so dass regelrechte Erkennungsmuster entstanden. Heute
kann man die Kunst noch bei den sogenannten »Goaßlschnalzern«, den
Geißel-Schnalzern, bewundern.
Genau wie früher besteht die Peitsche oder Goaßl aus einem
Stock und einem langen, möglichst fexiblen Lederseil, welches sich oft zum Ende hin
verjüngt.
Der Knall entsteht nicht dadurch, dass das Peitschenende
auf den Boden trifft oder – noch schlimmer – das Pferd berührt. Das Endstück bleibt
die gesamte Zeit in der Luft.
Zwei Mathematiker der University of Arizona
haben die Physik der Peitsche genau untersucht: 20 Beim Schwingen der Peitsche entsteht, wenn man es richtig kann, am
Stockende eine U-förmige Schlaufe in der Schnur. Diese Schlaufe bewegt sich dann
Richtung Peitschenende. Ein kleines Schnurstück bewegt sich also quer zur
Schnurrichtung hin und her.
Da die Peitschenschnur jedoch immer dünner wird, wird bei
diesem Hin und Her immer weniger Masse bewegt. Dem Gesetz von Energie- und
Impulserhaltung entsprechend wirddie Abnahme der bewegten Masse
durch eine Zunahme der Geschwindigkeit kompensiert. Je kleiner der Querschnitt der
Schnur wird, desto schneller bewegt sich die Schlaufe. Die gesamte Energie des
Schlags konzentriert sich also irgendwann auf das kleine, dünne Endstück.
In der Zeitlupe sieht man, wie das U in der Schnur immer
schneller wird, selbst bei extremer Verlangsamung der Bilder rast die Schleife am
Ende derart schnell, dass man ihr mit dem bloßen Auge nicht mehr folgen kann.
Wissenschaftler haben daher mit einer
ausgefeilten Fotografier- und Belichtungstechnik, wie sie bei der Analyse von
Geschossen verwendet wird, einen Peitschenschlag genau beobachtet: Durch
Einzelbilder konnten sie die Endgeschwindigkeit des Seils ermitteln: Zwischen den
Aufnahmen 21 lagen gerade einmal 111
Millionstelsekunden! Man mag es kaum glauben, doch das Ende bewegt sich mit
doppelter Schallgeschwindigkeit! Beim Peitschenknallen hören wir
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