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Physik hinter den Dingen
Schon mit einem kleinen Hobby-Fernrohr ist er zu erkennen: Der Große Rote Fleck in der Atmosphäre des Planeten Jupiter. Wie entsteht so ein gigantischer Sturm?
Materie
Der Magnetismus begegnet uns in vielen Naturphänomenen und technischen Anwendungen, angefangen vom Erdmagnetfeld bis hin zu den Hochtemperatursupraleitern.
Technik
Biomasse hat genau wie fossile Brennstoffe ihren Ursprung in organischer Materie. Wo endet Biomasse und wo fangen fossile Brennstoffe an?
Leben
Forscher untersuchen den geschickten Aufbau von Biomaterialien, vor allem die variierenden Kombinationen von brüchigen Mineralien und weichen Biopolymeren, die die Naturstoffe robust und zäh machen.
Die Luftfeuchtigkeit ist nicht die einzige Größe, um den Wasserdampfgehalt der Luft zu charakterisieren. Ein alternatives Maß dafür ist der Taupunkt.
Universum
Die größten bekannten Materieansammlungen im All sind Galaxienhaufen. Durch ihre Anziehungskraft lenken sie sogar Licht ab – sie wirken wie eine gigantische Linse.
Ein Experiment für den nächsten Kaffeeklatsch: Der Klang, den ein Löffel an einer Tasse erzeugt, verändert sich, wenn ein Cappuccino gut umgerührt ist.
Von der Erde aus ist die Rückseite des Mondes nie zu sehen. Verantwortlich dafür ist ein Effekt der Gezeitenkräfte, die von unserem Planeten ausgeübt werden.
Im Oktober und November geht es los: Die Herbststürme brausen übers Land. Warum aber lebt das stürmische Wetter so plötzlich auf?
Luftfeuchtigkeit
Der Winter ist nicht nur kalt, sondern auch trocken – zumindest im warmen Zimmer. Der Grund: Die kalte Luft, die von draußen kommt, enthält kaum Wasserdampf.
Nach dem Umrühren von Tee bildet sich in der Mitte der Tasse ein kleines Häufchen aus Teeblättern. Schon Albert Einstein beschäftigte sich mit diesem Teetasseneffekt.
Das Rauschen des Meeres wird von den meisten Menschen als angenehm empfunden. Aber was erzeugt diese Schallwellen?
Die physikalischen Grundlagen der Wechselwirkung der Ionen mit Gewebe sorgt für den entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlicher Bestrahlungstechnik.
Wer glaubt, allein die Temperatur bestimme die Farben einer Kerzenflamme, der irrt. Tatsächlich spielen auch andere physikalische und chemische Prozesse eine Rolle.
Auf offenem Meer folgen die Wellen immer der Windrichtung. An der Küste beobachtet man aber Wellen, die parallel zum Ufer laufen. Warum?
Weht der Wind zu stark, klappt der Regenschirm nach oben um. Ursache ist die Strömungsmechanik: Der Wind erzeugt einen Aufwärtssog.
Die Sonne beleuchtet nur die ihr zugewandte Seite der Erde – doch das allein erklärt nicht, warum es nachts dunkel wird.
Wohl jeder hat schon darüber gestaunt: Der Vollmond geht auf – und erscheint uns von ungewöhnlicher Größe. Für diese Erscheinung kursieren verschiedene Erklärungen.
Wenn man den Fuß in den feuchten Sand stellt, hellt sich der Sand in einem Bereich rund um den Fuß auf. Das ist ein Zeichen, dass der Sand trockener wird.
Ein genauer Blick auf die Bestandteile der Milch zeigt, wie dessen typische Farbe zustande kommt.
In den Ozeanen ist das Wasser salzig – in Seen und Flüssen enthält es meist nur sehr wenig Salz. Die Ursache liegt in Quellen und Senken von Meersalz.
Ein großes Problem beim sicheren Eislaufen in der freien Natur sind vor allem die dünnen Bereiche, die es an einigen Stellen gibt – besonders unter Brücken.
Die nussigen Sterne mit der weißen Glasur gehören sicherlich zu den wohlschmeckendsten Klassikern der Weihnachtsbäckerei. Sie werden ohne Mehl hergestellt – und halten trotzdem zusammen.
Auf Fotos und Gemälden sind Sterne zwar oft von strahlenförmigen Zacken umgeben. Das entspricht aber nicht der Realität. Verantwortlich sind verschiedene optische Effekte.
Frühling, Sommer, Herbst und Winter existieren nur, weil die Erdachse geneigt ist. Doch auch andere Faktoren beeinflussen die jahreszeitlichen Schwankungen des Wetters.
Ein genauer Blick auf unser Wärmeempfinden zeigt, dass sich unsere Haut keineswegs als Thermometer eignet.
Im Weltall leuchten die Sterne ganz ruhig, sie funkeln nur, weil Blasen unterschiedlich warmer Luft in der Erdatmosphäre den Lichtstrahl eines Sterns immer wieder anders ablenken.
Aerodynamik
Ein Zusammenspiel von mehreren physikalischen Effekten macht es möglich, dass die Plastikscheiben lange und weit durch die Luft schweben können.
Je schneller ein Fahrrad rollt, desto schwerer ist es zum Kippen zu bringen. Zum dynamischen Gleichgewicht braucht es ab einem bestimmten Tempo kaum die Balancierfähigkeit des Fahrers.
War es Abseits oder nicht? Und warum gibt es diese Regel, deren Erklärung und Auslegung schon manche Streitigkeiten ausgelöst haben mag?
Aus unseren Steckdosen kommt Wechselstrom, durch Hochspannungsleitungen fließt künftig dagegen wohl vor allem Gleichstrom.
Müsste die Bewegung der Himmelskörper nicht ständig durch eine Kraft angetrieben werden, damit sie nicht zum Stillstand kommen?
Auch wenn die Sandmuster den Seegang des Meeres widerspiegeln, ist ihre Entstehung doch einem gänzlich anderen physikalischen Prinzip geschuldet.
In der kalten Jahreszeit kann man bei einem Spaziergang beobachten, wie Enten über zugefrorene Seen huschen. Aber wieso frieren diese Tiere auf dem Eis nicht an?
Erde
In den Aschewolken von Vulkanen lassen sich Blitze beobachten. Diese sogenannten Vulkanblitze sind ein bislang wenig untersuchtes und kaum verstandenes Phänomen.
Alle Keramiken sind spröde. Dieser Behauptung würde Dieter Brunner vom Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart vehement widersprechen.
Die TV-Röhre arbeitet nach dem selben Prinzip wie die Teilchentherapie, allerdings arbeitet die Ionenbestrahlung auch fein abgestuft im Dreidimensionalen.
Mehrere Strategien haben sich in der Schwerionenbestrahlung ausgebildet. Die klinischen Ergebnisse in der kurzen Geschichte stützen die Therapieform als solche.
Berufe in der Physik
Über seinen bisherigen Werdegang in Neuseeland berichtet der deutsche Auswanderer Ulrich Speidel.
Ultraschall besteht aus Schallwellen, die für den Menschen nicht hörbar sind. In der Tumorvorsorge und bei anderen Untersuchungen nimmt Ultraschall eine wichtige Rolle ein.
Bose-Einstein-Kondensate bestehen aus vielen hunderttausend Atomen. Mit einer solchen Atomwolke kann im Prinzip ein Quantencomputer hergestellt werden.
Teilchen
Vielfältiger Nutzen
Im Jahr 1912 stieg der österreichische Physiker Victor Franz Hess siebenmal mit einem Ballon auf, um nachzuweisen, dass eine bisher unerforschte Strahlung aus dem All durch die Atmosphäre dringt.
Ständig wird Gestein zersetzt, zerkleinert und abgetragen. Dabei spielen sowohl physikalische als auch chemische Prozesse eine entscheidende Rolle.
Als Wissenschaftler Neutrinos aus der Sonne oder Atmosphäre zählten, zeigten sich weit weniger, als sie erwartet hatten. Die Teilchen entwischten, weil sie sich ineinander umwandeln.
Thomas Preibisch von der LMU München erforscht zusammen mit seinen Kollegen den Carinanebel – einen der hellsten Emissionsnebel am Himmel der südlichen Hemisphäre.
Die Raumsonde Gaia soll Position, Entfernung und Geschwindigkeit von einer Milliarde Sternen in der Galaxis mit bisher unerreichter Präzision aufzeichnen.
Vakuumfluktuationen sind virtuelle Teilchen, die aus dem Nichts entstehen und sofort wieder verschwinden. Forscher haben sie nun erstmals vermessen.
Bei den Uranressourcen unterscheidet man zwischen relativ günstig gewinnbaren Reserven, Vorkommen mit höheren Gewinnungskosten und Vorkommen, die nicht nachgewiesen, aber sehr wahrscheinlich vorhanden sind.
Welt der Physik
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Verfahren zum Nachweis radioaktiver Elemente in der natürlichen Umwelt spielen eine zentrale Rolle in den Umweltwissenschaften.
An das energiereiche Ende des sichtbaren Lichts grenzt die Ultraviolettstrahlung. Sie ist dafür verantwortlich, dass wir in der Sonne braun werden oder T-Shirts im Discolicht leuchten.
Ein Gebiet der Quantenoptik befasst sich damit, ultrakurze Laserpulse zu erzeugen. Forscherteams ist es gelungen, Pulse mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden herzustellen.
Ultrakalte Gaswolken, deren Atome den gleichen „Quantenzustand“ besetzen, sogenannte Bose-Einstein-Kondensate, könnten die Entwicklung völlig neuer Technologien anstoßen.
Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen am Forschungszentrum ForWind erforschen den Treibstoff der Windenergie: Den Wind.
Wie entsteht Turbulenz? Diese Frage beschäftigt Forscher schon lange. Chaostheorie und moderne Computer liefern inzwischen einige Antworten; Ursachen und Strukturen beginnender Turbulenz werden fassbar.
Wie läßt sich das Plasma stabil einschließen, gleichzeitig aber an seinem Rand ein kontrollierter Abtransport der ungeheuren Wärmemengen erreichen?
Bedeutsame Anwendungen oft aus der Grundlagen-Forschung und derem wissenschaftlichen Umfeld. So auch die mittlerweile sehr erfolgreiche Tumortherapie.
Spätestens seit dem 2. Weihnachtsfeiertag 2004, als gewaltige Wogen die Küsten des Indischen Ozeans verheerten, sind Tsunamis auch hierzulande jedem ein Begriff. Die Ursache eines Tsunamis ist meist ein Seebeben.
Möglicherweise kann durch Abbau von Gashydraten an Unterwasserhängen der Küsten Material in die Tiefe rutschen. Solche Rutschungen können auch Flutwellen auslösen.
Ob Treibstoff in einen Motor eingespritzt wird oder sich Wolken in der Atmosphäre bilden – viele Vorgänge lassen sich nur simulieren, wenn das Verhalten einzelner Tropfen bekannt ist.
Um aus Rohöl Treibstoffe oder Heizöl zu gewinnen, kommen folgende Verfahren zum Einsatz: Destillation, Konversion oder Cracken, Reinigung (Entschwefelung) und Veredelung.
Allein mit der Abtrennung von Kohlendioxid in fossil befeuerten Kraftwerken ist es nicht getan. Das Treibhausgas muss transportiert und in abgeschlossenen Räumen gespeichert werden.
Nobelpreis für Physik
Der Physiknobelpreis wurde 2016 „für die theoretische Entdeckung von topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen der Materie” verliehen.
Topologische Isolatoren gelten als vielversprechende neue Materialklasse mit besonderen Eigenschaften.
Um den Untergrund zu erforschen, bohren Geowissenschaftler mehrere tausend Meter tiefe Löcher. Die Informationen, die sie dabei gewinnen, kommen zahlreichen Fachgebieten zugute.
Radiopharmaka kommen bei der Behandlung von entzündeten Gelenkschleimhäuten und der Schilddrüsenüberfunktion zum Einsatz, aber auch bei speziellen Formen von Krebs, zum Beispiel in der Schilddrüse und der Bauchspeicheldrüse.
Ein Großprojekt wie den European XFEL baut man nicht, ohne die Technologie zuvor auf Herz und Nieren geprüft zu haben.
Die Terahertz-Strahlung bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, von der Grundlagenforschung bis zur Sicherheitstechnik und Biomedizin.
Aus der Teilchenphysik könnten Antworten auf Fragen zur Dunklen Materie und Dunklen Energie kommen.
Physikern aus München und Berlin gelang erstmals die Beschleunigung von geladenen Teilchen durch mechanische Kräfte, die von einem hoch intensiven Laserstrahl ausgehen.
Unterschiedliche Methoden der Diagnostik helfen die Vorgänge im Fusionsplasma zu verstehen.
Rotor, Turm und Getriebe: Diese Schlüsselbauteile bestimmen über die Leistungsfähigkeit einer Windkraftanlage.
In solarthermischen Kraftwerken wird Sonnenstrahlung mittels Spiegeln so stark konzentriert, dass damit ein geeignetes Arbeitsmedium um mehrere Hundert Grad erhitzt werden kann. Damit wird dann beispielsweise in Dampf- oder Gasturbinen Strom erzeugt.
Der sogenannte Magneto-Resistance-Effekt (TMR-Effekt) kann möglicherweise zur Herstellung neuartiger Speicherchips führen.
Wissenschaftler studieren die Vorgänge in Mikroorganismen, um existierende Zellen zu verändern und vielleicht einmal Zellen mit neuen Eigenschaften künstlich herzustellen.
Symmetrien
Symmetrien bilden das Grundgerüst, auf dem viele physikalische Theorien beruhen. Das Standardmodell der Elementarteilchen ist dabei in seinem Kern symmetrisch aufgebaut.
Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart haben erstmals nachgewiesen, dass Flüssigkeiten über eine fünfzählige innere Symmetrie verfügen. Dieses Ergebnis ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der…
Beim internationalen Linearcollider soll supraleitende Technologie eingesetzt werden, sie hat entscheidende Vorteile gegenüber der normalleitenden Variante.
Forschung – gefördert vom BMBF
Im ILC-HiGrade-Labor trimmen Forscher die Herzstücke zukünftiger Linearbeschleuniger auf optimale Beschleunigungsleistung.
Die Suche nach supersymmetrischen Teilchen blieb bislang erfolglos. Trotzdem geben Physiker die Hoffnung nicht auf, die Supersymmetrie in den kommenden Jahren doch noch zu bestätigen.
Bei der Supersymmetrie geht es darum, die strikte Trennung zwischen Materie und Kräften aufzuheben. Der Preis: Die Zahl der Teilchen würde sich verdoppeln.
Gewaltige Sternexplosionen setzen binnen Sekunden so viel Energie frei wie alle Sterne im Weltall zusammen im selben Zeitraum. Doch noch gibt es davon nur Simulationen.
Bleiben einzelne Plätze in einem Kristall leer oder nehmen Fremdatome die Plätze ein, so verändern sich die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiters.
Unser Stromnetz weist vier Spannungsebenen auf, die mit Wechselstrom betrieben werden und durch Transformatoren miteinander verbunden sind.
Die Speicherung elektrischer Energie erfolgt nicht direkt, sondern im Regelfall auf indirekte Weise. Eine Übersicht über aktuelle Möglichkeiten.
Angetrieben durch den Ausbau erneuerbarer Energien beinhaltet die Energiewende einen massiven Umbau des Stromnetzes. Physiker untersuchen die Auswirkungen einer verstärkt dezentralen Versorgung.
Ein wachsender Anteil von erneuerbaren Energieträgern zeigt in den letzten Jahren beachtliche Ergebnisse, den Strom mit deutlich geringeren Emissionen von Kohlendioxid zu erzeugen.
Die Sonneneinstrahlung in Südeuropa und Nordafrika ist das ganze Jahr über hoch – ein idealer Standort für Solarkraftwerke. Desertec soll die Energie nutzbar machen und ganz Europa mit Strom beliefern.
Wie ist die Beschaffenheit der elementarsten Strukturen? Wieviele Dimensionen gibt es? Mit diesen Fragestellungen bschäftigt sich die Stringtheorie.
Die Energie der Sonne ist nahezu immer und überall verfügbar. Seit Jahrtausenden nutzen wir ihre Wärmestrahlung und ihr Licht.
Viele Strahlungsformen durchdringen jeden Tag den Körper, ohne dass die Gesundheit gefährdet ist. Doch sie können ab einer bestimmten Dosis den Zellen schaden.
Um dynamische Prozesse in Materialproben zu beobachten, wenden Forscher am FLASH-Beschleuniger in Hamburg einen einfachen Trick an.
MAGIC – das größte Teleskop seiner Art – öffnet gleichsam ein neues Fenster und gibt den Blick frei auf die energiereichsten Prozesse im Universum.
Wenn nach einigen zehn Millionen Jahren die Entwicklung massereicher Sterne endet, schleudern sie fast ihre gesamte Materie ins Weltall hinaus – Stoff für neue Himmelskörper.
Die Masse entscheidet – so einfach lässt sich die Entwicklung der Sterne charakterisieren. Was wann und wie aus einem Stern wird, hängt letztlich von seiner Masse ab.
Claus Ropers von der Universität Göttingen über einen neuartigen photoelektrischen Effekt, bei dem sich die Elektronen völlig anders verhalten als beim üblichen Photoeffekt.
Stahl ist eines der wirtschaftlich bedeutendsten Materialien überhaupt. Mithilfe neuer Forschungsansätze versuchen Forscher, neue Stähle für die Industrie zu entwickeln.
Logistiker arbeiten mit ausgeklügelten Verteilnetzen. In Zukunft können GPS-Technik, Funkchips und vielleicht ein unterirdisches Rohrpostsystem den Lieferverkehr noch effizienter machen.
Aus der Kombination von Elektronik und Magnetismus versprechen sich Forscher Bauteile mit ganz neuen Eigenschaften. In einigen Nischen kommen sie bereits zum Einsatz.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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