Donnerwetter - Physik!

Peter Häußler

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2016
• ISBN:
  9783527808960
• Auflage: 1
• Thema: Naturwissenschaften
• Thema: Physik

Jetzt als Sonderausgabe! Auf einer Geburtstagsparty werden Jugendlichen sieben Zauberkunststücke vorgeführt. Sieben erstaunliche Phänomene, die Anne und ihre Freunde zunächst vor Rätsel stellen. Doch so nach und nach kommen sie den Tricks auf die Spur. Mit der Unterstützung eines Nachbarn, einem pensionierten Physiker, entwickeln sie dazu physikalische Ideen: Anhand des Gewichts von Schokolade wird die Einheit für die Kraft diskutiert, "Schau mir in die Augen" leitet ein Gespräch über die Bildentstehung ein. Das Beobachten von Zugvögeln ist Aufhänger für den Magnetismus, und ein heftiges Gewitter gibt Anlass zum Nachdenken über die Elektrizität. Auch die von Physikern entwickelten Vorstellungen zu Quarks, Weißen Zwergen und Schwarzen Löchern kommen zur Sprache.
Peter Häußler ist Professor für die Didaktik der Physik an der Universität Kiel und versteht es, lebendig und spannend zu schreiben. Über die Grundlagen der Physik hinaus erfährt der Leser auch etwas über ihre Erkenntnismethoden und den Unterschied zwischen Alltags- und Wissenschaftssprache. Alle Versuche sind genau beschrieben und können ohne großen Aufwand mit alltäglichen Gegenständen nachvollzogen werden. Das Buch ermutigt Jugendliche wie Erwachsene sich (wieder einmal) mit Physik zu beschäftigen, Kenntnisse aufzufrischen oder zu erweitern.

1
Licht und Sehen

Inzwischen war es mächtig heiß geworden, und Herrn Sommer kamen Zweifel, ob Anne und ihre Freunde nicht vielleicht doch lieber baden gehen wollten, als sich mit ihm über Physik zu unterhalten. Aber als er Anne im Treppenhaus begegnete und sie daraufhin ansprach, zerstreute sie seine Bedenken. »Wir können uns ja morgens schon ganz früh bei Ihnen treffen, da ist es noch nicht so heiß«, schlug sie vor. »Julia und ich sind sowieso Frühaufsteher, von Felix weiß ich es nicht – und Niki, den schmeiß ich einfach aus dem Bett, der würde sonst sicher bis Mittag pennen.«

»Gut, so könnten wir es machen«, meinte Herr Sommer. »Mein Arbeitszimmer liegt nach Westen, da ist es morgens noch ziemlich kühl.«

Eine halbe Stunde nach der abgemachten Zeit kamen die vier schließlich in der Wohnung der Sommers an. »Niki hat natürlich verschlafen«, entschuldigte Anne die Verspätung. »Also das ist mein Vetter Niki – und das ist Herr Sommer.«

»Hallo Niki!«, begrüßte ihn Herr Sommer freundlich, »Von Anne weiß ich, dass du schon Physik in der Schule hast, zwei Jahre schon, nicht? Aber es wird auch für dich nicht langweilig werden.«

»Da hab ich keine Sorge«, meinte Niki. »Sie sollen es ja ganz spannend machen, hat mir Anne erzählt. Und wenn ich das schon kenne, was Sie den anderen erklären wollen, dann halt ich mich vornehm zurück!«

»Du bist mir vielleicht ein Angeber!«, rief Anne empört. »Zeig doch erst einmal, was du gelernt hast, bevor du solche Töne spuckst!«

»Nun, wir werden ja sehen«, sagte Herr Sommer schnell. »Lasst uns gleich in mein Arbeitszimmer gehen. Ich habe es die ganze Nacht gelüftet und es ist noch angenehm kühl.«

Herrn Sommers Arbeitszimmer war recht spartanisch eingerichtet. Das auffallendste Möbelstück war ein großer, alter Tisch mit einer Massivholzplatte. Links daneben stand auf einem kleineren Tisch ein Computer mit Bildschirm, Tastatur und Drucker. An einer der Wände des Zimmers war ein deckenhohes Bücherregal angebracht, in dem neben Massen von Büchern und Zeitschriften allerlei Gerätschaften bereitlagen. An der dem Regal gegenüberliegendenWand hingen ein schlichtes Thermometer und eine große, weiße Wandtafel, auf die man nicht mit Kreide, sondern mit einem speziellen Filzstift schreiben konnte. Die dem Fenster gegenüberliegende Wand war bis auf ein Waschbecken mit einem Spiegel darüber vollkommen kahl. Offensichtlich hatten dort früher einige Bilder gehangen, wie man aus einigen Nägeln und Staubkanten schließen konnte. Jetzt war ein etwa handgroßes Mosaik aus Achatplatten und einem Rand aus geschliffenem Glas, das vor der Fensterscheibe baumelte, der einzige Schmuck im Zimmer. Dann gab es noch ein paar Stühle um den Tisch herum. Das war alles.

Herr Sommer nahm einen der Stifte, die auf einer schmalen Ablage am unteren Rand der Tafel lagen, und schrieb mit großer Schrift quer über die ganze Tafelfläche:

»Ich ahne schon, was Sie mit uns vorhaben«, sagte Anne. »Sicher verraten Sie uns jetzt diesen Trick mit der Münze, den Sie an meinem Geburtstag vorgeführt haben. Hab ich Recht?«

»Ja, darum wird es auch gehen«, antwortete Herr Sommer. »Aber ich habe gedacht, wir fangen mit etwas Einfacherem …«

»Ach so, Niki«, wurde er von Anne unterbrochen. »Du warst da ja gar nicht dabei. Also, da ging es darum, dass man ein Geldstück auf dem Boden einer Schüssel erst sehen konnte, wenn die Schüssel mit Wasser gefüllt wurde …«

»Kenn ich«, schnitt ihr Niki das Wort ab, »den Versuch haben wir auch gemacht. Das liegt an der Lichtbrechung.«

»An was?«

»Lichtbrechung«, wiederholte Niki herablassend. »So heißt das, weil das Licht am Wasser gebrochen wird.«

»Welches Licht denn?«, hakte Anne nach.

»Na, eben Licht. Alles Licht wird am Wasser gebrochen und natürlich auch an Glas.«

»Du glaubst doch nicht im Ernst«, sagte Anne leicht gereizt, »dass das so zu verstehen ist!«

»Was heißt hier verstehen?«, verteidigte sich Niki. »Das sind Tatsachen. Wenn du eine Münze ins Wasser legst, dann bleibt die nicht dort, wo du sie hingelegt hast, sondern rutscht nach oben, eben wegen der Lichtbrechung. Du kannst ja Herrn Sommer fragen, wenn du mir nicht glaubst.«

»Die Münze bleibt doch aber auf dem Boden der Schüssel liegen, Niki«, wandte Anne ein.

»Kann sein, dass sie nicht wirklich hochrutscht, sondern dass es nur so aussieht, als ob. Das ist eben so eine Art optische Täuschung, verstehst du. Und schuld daran ist die Lichtbrechung.«

»Du solltest dich nicht nur vornehm zurückhalten, wenn du etwas schon weißt, sondern auch, wenn du etwas nicht ganz richtig weißt.«

»Nun ja«, schaltete sich Herr Sommer ein, »mit der Lichtbrechung hat das tatsächlich etwas zu tun. Aber so weit sind wir noch nicht.«

Augenfälliges – Bedingungen für das Sehen

Ohne weiteren Kommentar nahm Herr Sommer eine Taschenlampe vom Bücherregal, knipste sie an und legte sie so auf ein brusthohes Regalbrett, dass ihr Schein die im rechten Winkel zum Regal verlaufende weiße Wand traf. Auf der weißen Tapete konnte man einen hell erleuchteten, an den Rändern etwas verschwommenen Lichtfleck sehen. Dann schwenkte er die Taschenlampe langsam und der Lichtfleck wanderte auf der Tapete weiter in Richtung auf den Spiegel zu. Als ihr Licht auf den Spiegel traf, war auf diesem kein Lichtfleck mehr zu sehen. Dem Spiegel war überhaupt nicht anzumerken, dass er vom Schein der Taschenlampe getroffen wurde. Aber der Lichtfleck tauchte jetzt auf der dem Regal gegenüberliegenden Wand auf.

Herr Sommer schaute seine Gäste fragend an, aber niemand wollte etwas dazu sagen. »Nun, ich habe nicht erwartet, dass euch dieser einfache Versuch besonders beeindruckt. Ihr habt natürlich auch vorher schon gewusst, dass es einen Lichtfleck gibt, wenn man mit einer Taschenlampe auf eine Wand leuchtet, und wahrscheinlich auch, dass ein Spiegel das Licht umlenkt. Interessant wird es erst, wenn man versucht, diese Beobachtungen zu deuten. Warum sehen wir z. B. den Lichtfleck auf der Wand, aber nicht auf dem Spiegel?«

»Vielleicht ist es so«, meinte Julia nach kurzem Nachdenken, »dass die weiße Wand das Licht der Taschenlampe festhält und deshalb hell wird. Aber an dem glatten Spiegel flutscht das Licht irgendwie ab, und deshalb sehen wir auf ihm auch keinen Lichtfleck.«

Herr Sommer verzog keine Miene, sondern bat Julia, von dem gespiegelten Lichtfleck aus in Richtung Spiegel zu blicken. »Na, was siehst du da, Julia?«

»Da seh ich die Taschenlampe im Spiegel. Sie ist sehr hell und blendet mich. Es ist fast ein wenig unangenehm.«

»Und jetzt gehe mal zum Spiegel und blicke in Richtung Taschenlampe!«

»Das sieht genau so aus. Na, vielleicht ist es noch ein bisschen greller. Und wenn ich jetzt blinzele, dann seh ich immer noch einen hellen Fleck, egal, wo ich hinschaue.«

»Ah, das kenne ich«, meinte Anne. »Wenn ich für kurze Zeit in die Sonne schaue – lange darf man ja nicht hineinschauen, weil es den Augen schadet –, sehe ich auch nachher noch eine Weile einen hellen Fleck, sogar mit geschlossenen Augen. Da ist vielleicht immer noch etwas von dem grellen Sonnenlicht in meinen Augen?«

»Ja, so könnte man es ausdrücken«, erwiderte Herr Sommer. »Wenn besonders grelles Licht in die Augen fällt, verursacht es solche Nachbilder. Es dauert dann eine Weile, bis sich die Augen wieder erholt haben. Wenn wir also in Richtung eines leuchtenden Gegenstands blicken, z. B. in eine Taschenlampe oder eine Kerzenflamme, fällt sein Licht in unsere Augen und wir sehen den Gegenstand. Seid ihr damit einverstanden?«

»Ja, wie soll es denn sonst sein«. antwortete Felix. »Und wenn das Licht von der Taschenlampe nicht direkt in unser Auge fällt, sondern erst auf einen Spiegel und dann in unser Auge, sehen wir die Taschenlampe auch, nur eben im Spiegel.«

»Gut, genau so weit ist uns das also klar«, sagte Herr Sommer. »Wir sehen die Taschenlampe, ob direkt oder im Spiegel, weil ihr Licht in unser Auge fällt. – Nun sehen wir aber nicht nur Dinge, die von sich aus leuchten, so wie diese Taschenlampe oder die Sonne oder eine Kerzenflamme. Wir sehen z. B. diesen Lichtfleck hier an der Wand. Wie erklärt ihr euch denn das?«

»Julia hat es doch vorhin schon gut erklärt«, antwortete Felix. »Die weiße Wand hält das Licht fest, das auf sie fällt, und deshalb wird sie dort hell. Und wenn wir diesen Lichtfleck anblicken, sehen wir ihn.«

»Ist das nicht sonderbar?«, fragte Herr Sommer. »Die Taschenlampe sehen wir, weil ihr Licht in unser Auge fällt, aber einen von der Taschenlampe auf eine weiße Wand geworfenen Lichtfleck sehen wir, weil wir diesen Fleck anblicken. Hast du es so gemeint, Felix?«

»Ja, schon, aber jetzt finde ich es auch nicht mehr so überzeugend. Warum sagen Sie uns nicht einfach, wie es wirklich ist?«

»Nun, das möchte ich lieber nicht«, antwortete Herr Sommer. »Über das Sehen haben Menschen seit über 2000 Jahren nachgedacht und dabei ganz unterschiedliche Vorstellungen entwickelt. Darunter waren auch welche, die der von Julia und dir sehr nahe kommen. Ich könnte euch natürlich sagen, welche Vorstellungen sich heutige Physiker vom Licht und vom Sehen machen. Aber ich möchte euch lieber dabei helfen, eure bisherigen Vorstellungen über das Sehen zu überprüfen. Ich habe euch z. B. absichtlich in eine sehr helle Lichtquelle blicken lassen, damit ihr deutlich spüren könnt, dass beim Sehen etwas in euren Augen passiert.«

Es entstand eine kleine Pause, in der sich niemand so recht traute, etwas zu sagen. Schließlich sagte Julia: »Vielleicht wollten Sie uns zeigen, dass von allen Dingen Licht in unser Auge kommen muss, um sie zu sehen, also auch von diesem Lichtfleck an der Wand?«

Als Herr Sommer zustimmend nickte, fuhr sie fort: »Dann dürfte das Licht aber nicht einfach auf der Wand liegen bleiben, sondern von der Wand auch irgendwie wieder weggehen und in unser Auge fallen.«

»Genau...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhaltsverzeichnis
• Weitere Sonderausgaben der »Erlebnis Wissenschaft
• Titelseite
• Impressum
• Vorspiel
• 1 Licht und Sehen
• 2 Bewegung und Wärme
• 3 Töne und Hören
• 4 Magnetismus
• 5 Elektrizität
• 6 Chaos
• 7 Mikrokosmos – Mesokosmos – Makrokosmos
• Nachspiel
• Sachregister
• Endbenutzer-Lizenzvereinbarung