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Das tägliche Physikrätsel

Wie hoch ist Ihr IQ? Sind Sie fit im Einschätzen von Situationen?
Können Sie logisch denken? Stellen Sie Ihren gesunden
Menschenverstand beim Physikrätsel unter Beweis! Bei täglich
wechselnden Experimenten kann jeder mitraten - und letztlich auch
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renommiertem Buchhaus Wittwer. Neben tollen Physikbüchern gibt es
dort auch viele andere Dinge zum Schmökern, Blättern und Lesen…

Dienstag:

Das clevere Dosenrennen

Auf der schiefen Ebene traten gegeneinander an: zwei völlig gleichwertige Cola-Dosen. Die Frage: Welche Dose gewinnt, wenn man eine der beiden vorher schüttelt?

Die Lösung: Es war noch nicht mal eine knappe Entscheidung. Die geschüttelte Dose hat verloren. Schon kurz nach dem Start war die ungeschüttelte Dose schneller. Und an eine Aufholjagd war auf der zweieinhalb Meter langen Rennbahn nicht zu denken. Im Gegenteil: Die geschüttelte Dose fiel immer weiter zurück. Warum? Schließlich ändert doch das Schütteln nichts am Gewicht der Dose?

Schuld ist das so genannte Trägheitsmoment. Immer wenn sich etwas dreht, spielt nämlich nicht nur eine Rolle, wie schwer das Ding ist, das gedreht werden soll, sondern auch, wie es aussieht. Wer das mit einem großen und einem kleinen Rad ausprobiert, wird es merken: Sind beide Räder gleich schwer, muss man trotzdem mehr Kraft aufwenden, um das große Rad in Drehung zu versetzen. Oder andersrum: Wenn man die beiden Räder mit der gleichen Kraft anschubst, dreht sich das kleine Rad schneller. Der Grund ist das größere Trägheitsmoment des großen Rads. Und genau das ist auch das Prinzip des Dosenrennens. Da ist es die Erdanziehungskraft, die versucht, die Dosen auf der Bahn herunterzurollen. Weil die Erdanziehung aber für beide Dosen gleich groß ist und weil die Dosen gleich schwer sind, kommt es nun darauf an, welche von den beiden Dosen das größere Trägheitsmoment hat – also: Die dickere Dose von beiden wird verlieren. Und das ist die geschüttelte. Denn die Kohlensäure in der Cola pustet die Dose regelrecht von innen auf. Das sieht man zwar nicht mit bloßem Auge, aber das Rennen bringt die Wahrheit ans Licht. Wie im richtigen Leben: Wer zu dick ist, dem geht beim Wettrennen schnell die Puste aus.

Die Gewinner:

1. Marcel Trautweh
2. Martina Ress
3. Sarah Matzke

Mittwoch:

Magische Bälle

Lässt man einen Flummi hüpfen, kommt er maximal wieder in seine Ausgangslage zurück, oder? Ein Basketball dagegen kommt eigentlich nicht so hoch. Das Experiment: Was passiert, wenn unter dem Basketball noch ein Medizinball sitzt, und man beide zusammen fallen lässt?

Die Lösung: Es war rekordverdächtig. Der Basketball hat’s geschafft. Fast sechs Meter katapultierte er sich in die Luft auf dem Schlossplatz. Und der Medizinball, der gleichzeitig und unterhalb des Basketballs zu Boden fiel, machte lediglich einen müden Hüpfer. Aber warum? Eigentlich kann doch ein Ball, wenn man ihn fallen lässt, höchstens in die Ausgangslage hochspringen. Mystik?

Keinesfalls. Das Geheimnis liegt im schwereren Medizinball, der unterhalb des Basketballs zu Boden fällt. Kommen beide Bälle gleichzeitig unten an, wird der Medizinball unter dem eigenen Gewicht und der Wucht des Basketballs zusammengedrückt. Für den oberen Ball wirkt der Medizinball im Prinzip nun wie ein Trampolin. Was folgt, ist damit einleuchtend: Der obere Ball hüpft – katapultiert vom Medizinball – mit viel mehr Schwung nach oben, als er ankam. Und der Verlierer ist der Medizinball. Er hat seine Energie (und genau genommen auch noch eine andere Eigenschaft, zu der Physiker Impuls sagen) an den Basketball abgetreten. Deshalb bleibt er auch am Boden.

Die Gewinner:

1. Marcel Riehl
2. Marvin Hantung
3. Sabrina Edelberg

Donnerstag:

Dick und Dünn – die Wunderballons

Zwei große Luftballons – einer mit viel, der andere mit wenig Luft – sind über eine Leitung mit Ventil verbunden. Wenn man sie in Ruhe ließe, würde sich nichts verändern. Doch was passiert, wenn man die Leitung öffnet?

Es war ein Kampf David gegen Goliath. Ein kleiner, nur wenig aufgeblasener Luftballon trat gegen einen riesigen Ballon im Wettpusten an. Was geschah? Zuerst sah man nicht viel, doch dann hatte David schlechte Karten. Dem kleinen Ballon ging es an den Kragen. Obwohl in seinem Innern viel weniger Inhalt war als im großen Ballon, pustete er mit seiner Luft den Großen auf. Der Kleine gab alles: Am Schluss hing nur noch eine schlaffe Hülle auf der einen Seite, während der große Ballon noch größer und runder wurde. Doch warum?

Das Geheimnis ist das Verhalten der Gummihaut beim Aufblasen. Denn diese drückt die Luft im Innern umso stärker zusammen, je kleiner der Ballon ist. (Physiker sagen dazu, dass der Druck in einer elastischen Haut antiproportional zum Radius ist) Bei der Seifenblase ist das übrigens genauso. Die Folge der Repressalie: Der Druck im kleinen David-Ballon ist größer als im dicken Goliath-Ballon. Das bedeutet Pech für den kleinen: ihm geht die Puste aus, der große Ballon wird rund und runder…

Die Gewinner:

1. Ralf Kisel
2. Katrin Hagmann
3. Christopher Tietz

Freitag:

Röhrenrotor mit Heliumballon

Eine dicke Plexiglasröhre steht waagrecht auf einem Stahlrohr. Wie ein Rotor eines Hubschraubers kann sie sich drehen. In ihrem Innern ist ein mit Helium gefüllter Luftballon eingesperrt. Er bewegt sich nicht, weil er nach oben ja nicht aus der Röhre herauskann. Aber was passiert, wenn die Röhre mit ihrer Drehung beginnt?

Ha! Eigentlich haben es alle gewusst. Die große Röhre aus Plexiglas hat sich gedreht. Und der kleine, mit Helium gefüllte Luftballon, der in der Röhre eingesperrt war, wanderte nach? Na? Genau: nach innen!

Aber warum? Schließlich wird man, wenn man im Auto um die Kurve fährt, nach außen und nicht nach innen gedrückt. Der Grund für das Phänomen ist etwas, das man nicht sieht und deshalb oft vergisst: die Luft. Denn die besteht ja auch nicht aus nichts, sondern aus dem Sauerstoff zum Atmen und noch einigen anderen Gassorten. In der Röhre befindet sich jetzt also nicht nur der Ballon, sondern auch Luft. Und bei der Drehung gilt das Prinzip der Zentrifuge: Das schwerste Material landet ganz außen an der Wand – es wird sozusagen am stärksten in die Kurve gedrückt. Damit ist aber außen kein Platz mehr, und das leichtere Material wandert nach innen. Weil ein mit Helium gefüllter Luftballon aber nun leichter ist als Luft (wenn man ihn loslässt, steigt er schließlich auch nach oben), geschieht genau das. Der Luftballon wird von der schweren Luft in die Mitte der Röhre geschoben.

Die Gewinner:

1. Yvonne Straßburg
2. Helena Gieß
3. Sarijn Sultic

Samstag:

Das Zauberrad

An zwei bunten Bändern aufgehängt dreht sich ein Fahrradreifen. Das ist noch nicht ungewöhnlich. Doch was passiert, wenn man eines der Bänder durchschneidet?

Schnipp! Und? Das haben die wenigsten vermutet. Zuerst baumelte der drehende Fahrradreifen ganz ruhig zwischen den Bändern. Doch nachdem eines der Halteseile durchschnitten war, hing er nur noch an einer Seite an einem Seil. Jedes normale Ding hätte angesichts der wackeligen Aufhängung wohl gleich das Übergewicht gekriegt und wäre nach unten gekippt. Nicht so das Rad. Es reagierte skurriler. Statt zu kippen fing es an, sich um die verbleibende Aufhängungsschnur zu drehen. Ganz langsam und bedächtig hat es sich im Kreis bewegt.

Warum? Schuld daran ist etwas, das die Physiker Drehimpuls nennen. Diese besondere Eigenschaft ist der Grund, warum ein Fahrrad im Stand leichter kippt als in voller Fahrt. Immer wenn sich etwas dreht, ist Drehimpuls im Spiel. Die bezeichnendste Eigenschaft des geheimnisvollen Drehimpulses ist dabei seine Faulheit. Lässt man ein Rad einfach so vor sich hindrehen, verändert sich der Drehimpuls nämlich überhaupt nicht. Im Gegenteil: weil er so faul ist, wirkt dieses Verhalten für die Drehung stabilisierend. Die Folge: Das Fahrrad kippt nicht. Aber auch bei der Drehung des Mondes um die Erde hat er ein Wörtchen mitzureden. Diese Drehung verläuft nämlich immer in einer Ebene. Wäre der Drehimpuls nicht da, würde der Mond um die Erde eiern.

Warum das Rad dann aber nicht einfach stehen bleibt, hängt damit zusammen, dass der Drehimpuls nicht nur faul, sondern auch eigensinnig ist. Geht es nämlich gar nicht mehr anders und der Drehimpuls muss sich verändern (das Durchschneiden einer Halterung ist ein solcher Notfall), dann tut er das immer anders, als man gerade denkt. Deshalb fällt das Rad nicht nach unten, sondern rotiert um die verbleibende Aufhängung. Ganz schön eigensinnig eben.

Die Gewinner:

1. Christine Franzreb
2. Gudrun Fischer
3. Yannick Tanner

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