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Albert Einstein und die Relativitätstheorie
Rollsteige und die ruhende Umgebung bilden zwei Inertialsysteme, die sich relativ zueinander bewegen. Läuft ein Fluggast auf dem Rollsteig seinem Ziel entgegen, bewegt sich diese Person für einen Beobachter außerhalb des Transportbandes nun mit einer…
Materie
Theorie und Praxis der Tropfenbildung: Der Tropfen ist mit einem dünnen Faden verbunden. Über die experimentellen Resultate sind die theoretischen Rechnungen gezeichnet, die auf einem selbstähnlichen Ansatz beruhen. Bemerkenswert ist insbesondere,…
Bei der Bildung eines Tropfens bildet sich ein immer dünner werdender Tropfenhals, der schließlich an beiden Enden abreißt und einen Satellitentropfen formt.
Erste Detail-Aufnahmen von Tropfen (Felix Savart)
Universum
Computersimulation von zwei verschmelzenden Neutronensternen über eine Zeitspanne von vier tausendstel Sekunden. Die Sternmaterie heizt sich bis zu 300 Milliarden Grad auf.
Teilchen
Experimentelle Ergebnisse für den Magnetowiderstand und den Hall-Widerstand einer zweidimensionalen Elektronenschicht in einer Aluminium-Gallium-Heterostruktur. Die zahlreichen ausgeprägten Details in den dargestellten Widerstandskurven sind…
Spannungsverteilung in einem zweidimensionalen Elektronengas ohne (oben) und mit Magnetfeld (Mitte: 7 Tesla; unten: 10 Tesla), sichtbar gemacht mit Hilfe eines am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart entwickelten optischen…
Aus eins mach vier – die rötliche Galaxie ist „nur“ drei Milliarden Lichtjahre entfernt und lenkt das Licht des fast genau dahinter stehenden Quasars (zehn Milliarden Lichtjahre entfernt) so ab, dass vier Bilder dieses Objekts zu sehen sind.
Momentaufnahmen der Pulsausbreitung in einem Teflon-Resonator. Nach einiger Zeit bleiben zwei dicht am Rand umlaufende Pulse übrig, wieder ein typisches Flüstergalerie-Verhalten. Eine Abstrahlung erfolgt wie bei einem Leuchtturm immer dann, wenn sich…
Schwingungsmuster in einem Mikrowellen-Quantenpunkt. Aus solchen Messungen lernt man, auf welchen Wegen sich Elektronen durch Quantenpunkte bewegen.
Schwingungsmuster in Mikrowellen-Resonatoren von der Form eines Kreises und eines Stadions. Der Unterschied zwischen beiden Mustern ist augenfällig. Während beim Kreisbillard das Wellenmuster die ganze Fläche ausfüllt, halten sich beim Stadion die…
Chaos und Ordnung
Ein Vogelschwarm scheint sich wie ein großer „Superorganismus“ zu verhalten.
Die Belusov-Zhabotinsky-Reaktion in der Petrischale.
Simulationen sind ein wichtiges Hilfsmittel, um Ergebnisse von Experimenten oder theoretische Modelle zu überprüfen. So kann sich ein Riss mit Überschallgeschwindigkeit ausbreiten (Abbildung oben). Das steht im Widerspruch zum bisherigen Verständnis.…
Versetzungen erkennt man dort, wo das regelmäßige Kristallgitter gestört ist. In diesem elektronenmikroskopischen Bild von Strontiumtitanat werden solche Störungen an den rot markierten Stellen sichtbar. Hier enden in das Kristallgitter eingeschobene…
Zusammenspiel von Diffusion, Riss und der Entstehung von Versetzungen in einer Dünnschicht auf einem Substrat: Durch Diffusion entlang einer Korngrenze (gestrichelte Linie oben links) entsteht ein rissähnliches Spannungsfeld (unten links). Dadurch…
Wenn zwei WIMPs zerstrahlen, entstehen schlussendlich gewöhnliche stabile Teilchen, von denen es nur wenige Typen gibt: Photonen, (Anti-)Neutrinos, (Anti-)Protonen, Elektronen und Positronen.
In einem einfachen Modell ergebe sich der Zustand zu einer Zeit \(t+1\) durch \(x_{t+1} = 2 \cdot x_t \textrm{modulo} 1\), also man multipliziere den gegebenen Zustandswert \(x_t\) einfach mit 2 und wenn das Ergebnis größer ist als 1, ziehe man…
Schon Maxwell war es vor 150 Jahren bewusst, dass es in unserer Welt zuweilen chaotisch zugeht.
Dreidimensionale Computersimulation einer Supernova. Die Bilder zeigen die durch Neutrinos verursachte Konvektion um den entstehenden Neutronenstern. Wegen rechentechnischer Grenzen kann die Neutrinophysik in solchen Simulationen derzeit nur…
Zeitlicher Verlauf der Leuchtkräfte (oben) und mittleren Energien der Neutrinoemission bei der Explosion eines Sterns mit der zehnfachen Masse der Sonne. Durchgezogene Linien: Elektron-Neutrinos, gestrichelt: zugehörige Antineutrinos, gepunktet:…
Physik hinter den Dingen
Berücksichtigt man den Luftwiderstand nach einfacheren Überlegungen, so wird die symmetrische Wurfparabel in eine von rechts her etwas eingedellte Kurve verwandelt.
Diese Formeln beschreiben den einfachsten Fall, nämlich die Situation mit vernachlässigbarem Luftwiderstand.
Physik im Spielfilm
Illuminati – im Original "Angels and Demons" – spielt mit physikalischen Fakten. Allerdings filmisch überhöht…
Die Grafik soll verdeutlichen, dass für einen Abschusswinkel von 45 Grad die Flugweite des Balls maximal wird; vorausgesetzt, man vernachlässigt den Luftwiderstand.
Flugkurve einer kleinen Holzkugel, die von einem Katapult links losgeschossen wurde. Da die Kugel und die Anfangsgeschwindigkeit recht klein sind, macht der Luftwiderstand sich fast nicht bemerkbar. Die Bahn wurde durch eine stroboskopische Aufnahme…
Erwarteter Axionenfluss von der Sonne. Die Energie solarer Axionen entspricht der Energie der Photonen im inneren der Sonne (einige Kiloelektronenvolt), aus denen die Axionen entstanden sein müssten, wo Temperaturen von rund 15 Millionen Kelvin…
Nach rechts, in x -Richtung, und nach oben, in z -Richtung, sind die jeweilige Flugweite und Flughöhe des Balls aufgetragen. Die rote Linie gibt dann die Flugkurve des Balls wieder. Jeder Punkt auf dieser roten Linie gehört zu einer bestimmten…
Axionen aus dem Innern der Sonne erreichen die Erde nach etwa acht Minuten. Dort können sich die Teilchen in einem sehr starken Magnetfeld in Röntgenphotonen umwandeln und nachgewiesen werden.
Dieses Mal befindet sich der Angreifer im Abseits. Allerdings ergibt die Projektion auf der Netzhaut des Linienrichters wieder das Gegenteil, wie die Graphik rechts unten andeutet. Der Linienrichter sieht, dass sich der Abwehrspieler noch dichter als…
Der Aufbau des „Axionen-Sonnentelskops“.
Die Abbildung ist folgendermaßen zu interpretieren: Man kann ablesen, dass es bisher etwa 2550 Spiele mit k =3 Toren in der Bundesliga gab. Das sind alle Spiele mit den Endergebnissen 3:0, 2:1, 1:2, und 0:3. Es gibt auch Spiele mit keinem Tor,…
Der Supernova-Überrest Cassiopeia A (Röntgenaufnahme des Chandra-Satelliten) ist eine Quelle von Gammastrahlen. Er ist 10.000 Lichtjahre entfernt.
Wettbewerbe
Die Jungforscher Tobias Kaufmann, Luca Banszerus und Michael Schmitz aus Bad Münstereifel in Nordrhein-Westfalen haben mit ihrem Projekt zu Graphen den Preis für die originellste Arbeit erhalten.
MAGIC in strahlender Sonne – noch während der Bauphase. Die Spiegelsegmente sind erst etwa zur Hälfte montiert. Die Bauzeit von MAGIC betrug gut zwei Jahre. Die Max-Planck-Gesellschaft und das Bundesforschungsministerium tragen mehr als die Hälfte…
Die elektronische Kamera – an einer ovalen Halterung über dem Spiegel montiert – besteht aus 577 Photomultipliern und erlaubt extrem kurze Belichtungszeiten von wenigen Milliardstel Sekunden.
Das MAGIC-Teleskop auf La Palma soll mit bisher unerreichter Empfindlichkeit die Gammastrahlung von fernen Galaxien und explodierenden Sternen untersuchen. Links im Hintergrund ist die Kuppel eines anderen Teleskops zu sehen.
Physik zum Anfassen
In Schülerlaboren werden physikalische Experimente für verschiedene Jahrgangsstufen angeboten. Unser Bild zeigt den Aufbau für eine Zitronenbatterie.
Am 29. Oktober 2011 fand am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg die Nacht des Wissens gleich im Anschluss an den Tag der offenen Tür statt. Rund 13.000 Interessierte besuchten zu diesem Anlass das Institut.
Angenommen der Linienrichter steht an der Seitenlinie dichter am Tor als der Verteidiger (roter Kreis) und der Angreifer (blauer Kreis), die sich beide nach oben bewegen sollen. Dabei ist der Angreifer weiter weg vom Linienrichter als der…
Diese Graphik zeigt die Dichte der Sehzellen auf der Netzhaut als Funktion der Position im Auge so wie rechts oben angedeutet. Deutlich ist zu erkennen, dass die Sehschärfe des Auges am größten ist, wenn das Licht gerade durch die Linse einfällt.…
Die Graphik zeigt die durchschnittlich pro Spiel erzielten Tore in der 1. Englischen Liga. Deutlich ist zu erkennen, dass die Zahl der Tore nach Einführung der neuen Abseitsregel im Jahre 1925 stark angestiegen ist. Allerdings haben sich über einen…
Je weniger Spieler auf dem Platz sind, umso länger hat jeder Spieler Zeit, den Ball unbedrängt abzuspielen.
Die Zeit, die ein Spieler hat, um den Ball zu spielen, nimmt mit dem Kehrwehrt aus der Wurzel der Spieleranzahl ab.
Die Schülerinnen Britta Vinçon (18) und Ilka Vinçon (16) untersuchten die Erscheinungen am Rand von Rohröffnungen beim Hindurchsehen und gewannen den dritten Preis im Fachgebiet Physik.
Julia Münzner (17) und Patrick Wohlfahrt (18) forschten zu Fluoreszenzeffekten an metallischen Nanopartikeln, wobei beispielsweise DNA mit Fluoreszenzfarbstoffen bestimmt wird.
Maße eines Fußballfeldes. Interessant ist, dass es gar keine genaue Festlegung der Maße des Feldes gibt. Die meisten Fußballfelder sind 7000m² groß. Die verschiedenen Sonderfelder sind in ihrer Größe genau festgelegt.
Die rote Kurve ist die Messung des Luftwiderstandes für einen realen Fussball, wie sie der Engländer John Wesson für sein Buch The Science of Soccer auf einem Flugplatz mit einer selbstgebauten Apparatur durchgeführt hat. Man erkennt nun, dass ein…
Ab der kritischen Geschwindigkeit beginnen sich die entstehenden Wirbel, die den Flug des Balles bremsen, erst verzögert von der Balloberfläche abzulösen.
Der Luftwiderstand zeigt ein seltsames geschwindigkeitsabhängiges Verhalten: oberhalb einer bestimmten kritischen Geschwindigkeit geht er plötzlich stark zurück!
Drei LOPES-Radioantennen zwischen Schauerdetektoren von KASCADE-Grande auf dem Gelände des Forschungszentrums Karlsruhe.
Korrelation des von LOPES gemessenen Radiopulses mit der Myonenzahl, die KASCADE-Grande gleichzeitig gemessen hat. Die Myonenzahl ist ein guter Parameter für die primäre Energie des kosmischen Teilchens.
Welt der Physik
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Die im Laufe der Zeit zunehmende Ungenauigkeit (grüne Flächen) in der Kenntnis eines physikalischen Zustands folgt mathematisch aus den Eigenschaften der klassischen Bewegungsgleichungen. Die Linien (rot, grau) beschreiben die Bahnen eines Körpers,…
Schon Leibniz wusste, dass man die vollständige Entwicklung eines Systems kennen könnte, wenn man nur seine Bewegungsgleichungen und die genauen Anfangszustände wüsste. (Gemälde von Bernhard Christoph Francke, Braunschweig,…
Wir Menschen bringen Dinge gerne in Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge. Das Betätigen eines Lichtschalters ist die Ursache für die Wirkung, dass eine Glühlampe leuchtet. Die Möglichkeit, Ursachen und Wirkungen zueinander in Beziehung zu setzen, nennt man…
Das Energiespektrum der kosmischen Strahlung. Farbig eingezeichnet die Ergebnisse von KASCADE mit den rekonstruierten Spektren einzelner Elemente. Deutlich zeigt sich, dass die leichten Elemente das Knie der kosmischen Strahlung verursachen. Das…
Teilchendichte eines einzelnen Schauers in Abhängigkeit vom Abstand zum Schauerzentrum, gemessen mit verschiedenen Detektorkomponenten von KASCADE-Grande.
Das Detektorfeld von KASCADE-Grande.
Kosmische Teilchen erzeugen in der Atmosphäre eine Kaskade von Sekundärteilchen. Diese werden mit unterschiedlichen Detektortypen auf dem Erdboden nachgewiesen.
Die Ursache des Luftwiderstandes sind Wirbel, die entstehen, wenn die Luft den Ball im Flug umströmt. Die folgende Abbildung zeigt solche Wirbel, die sich hinter einer Kugel bilden, wenn sie sich durch eine Flüssigkeit bewegt.
Die maximale Schussweite weist in Abhängigkeit von ε einen ähnlichen Verlauf auf wie der Abschusswinkel für sie.
Die komplizierte Gleichung soll darstellen, dass die Schussweite mit Luftwiderstand auf eine verwickelte Art vom Parameter ε abhängig ist. Dieser ist selbst wieder von der Schussgeschwindigkeit und dem Stokes-Reibungs-Parameter β bestimmt.
Die Gleichung im Kopf der Grafik ist für die maximale Schussweite schwer nach α 0 aufzulösen, da in ihr gleichzeitig cos α 0 und tan α 0 auftreten. Deswegen ist hier das Ergebnis einer numerischen Analyse aufgetragen, das man einfach durch…
Der Parameter β beeinflusst die Flugkurve eines Fußballs stark.
Wenn man nur die Stokes-Luftreibung betrachtet, so kann die Flugbahn des Fußballs noch durch mathematische Methoden eindeutig berechnet und vorhergesagt werden.
Wissenschaftsjahr
Das Wisenschaftsjahr 2012 „Zukunftsprojekt Erde“ steht unter dem Thema Nachhaltigkeit.
Die Preisträger des 1. Physik-Preises, Karen Wintersperger (19) Lucas Rott (18), präsentieren stolz ihre mit Nano-Goldpartikeln angereicherte rot leuchtende Flüssigkeit.
Steffen Strobel (20), Preisträger der originellsten Arbeit, visualisiert mit seinem neuartigen Infrarotsystem die Hand von der Ministerin Schavan am Computerbildschirm.
Auch wenn die Insel La Palma unter dichten Wolken liegt, haben die MAGIC-Telekope einen freien Blick ins Weltall.
Der Träger des außergewöhnlichen Preises mit einer Computersimulation der Entstehung Dunkler Materie.
Blaue Balken: Tatsächlich in den Bundesligaspielen gefallenen Tore. Rote Balken: Theoretische Verteilung der Spiele mit k Toren unter der Annahme, dass die Poisson-Statistik die Verteilung beschreibt. Recht gute Übereinstimmung, die Abweichungen…
Nur 85 Meter voneinander entfernt können beide MAGIC-Teleskope Gammastrahlung mit deutlich weniger störendem Untergrund untersuchen.
Mit LOPES rekonstruierte Radiokarte für einen einzelnen Luftschauer. Die Position des Spots zeigt die Richtung des einfallenden Schauers, die Intensität ist mit der Energie des Primärteilchens korreliert.
Durch das Ablösen von einzelnen Luftwirbeln in der Grenzschicht entstehen hinter jeder Kugel, also auch jedem Fußball, der durch die Luft fliegt, immer sog. „Wirbelschleppen“, die dem Ball Energie entziehen und seine Bewegung somit verlangsamen.
Ein ähnliches Bild würde sich ergeben, wenn ein Gas wie die Luft eine Kugel umströmt. Zunächst strömt die Luft um die Kugel herum, um sich dann etwa bei der Hälfte von ihrer Oberfläche abzulösen. Dieses Ablösen ist offensichtlich die Ursache der…
Kosmische Teilchen erzeugen in der Atmosphäre einen Luftschauer. Hierbei wird auch nachweisbare Strahlung im Radiofrequenzbereich emittiert.
Die TU Dresden ist eine von vielen deutschen Universitäten, die Vorträge für Schülerinnen, Schüler und andere Interessierte am Samstagmorgen anbietet.
Licht wird bei Fluoreszenz anders als bei der üblichen Anregung von Atomen erst nach einer gewissen Zeit wieder abgegeben.
Wissenschaftsjahr 2011 „Forschung für unsere Gesundheit“
Bundesumweltwettbewerb für Jugendliche und junge Erwachsene
Teilnehmer der DRIVE-E-Akademie 2011 besichtigen ein Elektroauto.
Schülerwettbewerb in Mathematik, Naturwissenschaften und Technik der Siemens Stiftung
Das Diagramm zeigt die maximale Menge an Wasserdampf, die von Luft je nach Temperatur aufgenommen werden kann.
Nebel entsteht, wenn sich mehr als der maximal mögliche Wassergehalt in der Luft befindet. Der Wasserdampf kondensiert dann zu Nebeltropfen.
Das erste Wissenschaftsjahr 2000: „Jahr der Physik“
Dreidimensionale Rekonstruktion der komplexen Mikrostruktur von Schnee.
Grosse trockene Schneebrettlawine mit linienförmigen Anriss.
Ausschnitt aus der Broschüre „Lebenslinien“ zum Wissenschaftsjahr 2001 „Jahr der Lebenswissenschaften“
Die wilde Struktur der Schneeoberfläche: Das Modellbild zeigt, wie die Wärme sich im Schnee ausbreitet, wenn ein Ski darüber fährt. Grau bedeutet, dass die Temperaturen 0°C erreicht hat, und Wasser entstanden ist. Der Rest des Schnees erfährt fast…
Skibelagtester (Tribometer): Auf diesem Gerät kann die Reibung zwischen Skibelag und Eis gemessen werden. Dabei wird an der Halterung rechts im Bild der Ski befestigt, der danach auf dem rotierenden Ring mit Eis fährt beziehungsweise reibt.
Nur eine Frage der Physik? Ole-Einar Bjørndalen, einer der besten Läufer in der Skating-Technik. Im Wettkampfsport entscheiden Fitness und Technik der Sportler, aber auch die Kompetenz des technischen Betreuungsteams, das den Belag der Skier der…
Durch die Glasscheiben eines Gewächshauses dringt Sonnenstrahlung ein und wird dort ebenso wie außerhalb von Pflanzen und vom Boden absorbiert. Die Außenhülle verhindert allerdings den konvektiven Wärmetransport, da sie der sich bewegenden Luft im…
Der Pipeline-Editor des Prozesskoordinators ProC. Das Bild zeigt den Arbeitsablauf einer Level-S-Simulation. Kästen mit Summenzeichen symbolisieren Programm-Module, Pfeile symbolisieren die Datenströme, das Diskettensymbol steht für die Eingabe und…
Ausschnitt aus der Broschüre „Kann denn Liebe chemisch sein?“ zum “Jahr der Chemie“ 2003
Beispiel einer mit dem Programm Level-S simulierten Karte der kosmischen Hintergrundstrahlung. Blau symbolisiert niedrigere, rot höhere Temperaturen der Hintergrundstrahlung.
Wissenschaftsjahr 2004 „Jahr der Technik“
Das „Weltjahr der Physik“ fand 2005 parallel zum deutschen „Einsteinjahr“ statt.
Modell des Satelliten mit angedeutetem Strahlengang über die beiden Teleskopspiegel zur Fokalebene.
Wissenschaftsjahr 2005 „Einsteinjahr“
Quelle: https://www.weltderphysik.de/service/suche/
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