Tolle Sachen entdecken

Auch zuhause kann man Alltagsphänomene erleben und selbst ausprobieren

PIRMASENS Anfassen und ausprobieren, so oft und so lange man will: Im Dynamikum in Pirmasens geht es ganz anders zu als in anderen Museen. Und zusätzlich zum Spaß haben die Ausstellungsstücke alle etwas mit Naturwissenschaft und Technik zu tun – da gibt es tolle Sachen zu entdecken. Und manches davon kann man sogar ganz einfach zuhause nachbauen und selber experimentieren.

Zum Beispiel Münzbillard. Damit ist natürlich nicht der große Billardtisch mit der grünen Fläche gemeint, der die Kugeln nur wieder ausspuckt, wenn man ihn mit Kleingeld füttert, sondern ein ganz erstaunlicher und trotzdem einfacher Trick.

Die Versuchsanordnung sieht so aus: Man braucht mehrere gleiche Münzen, zum Beispiel Zehn-Cent-Münzen. Diese legt man hintereinander auf einen Tisch oder auf eine andere möglichst glatte Fläche und zwar so, dass sie sich berühren. Dann legt man eine weitere Münze mit ein bisschen Abstand in Verlängerung der Reihe.

Wenn man nun mit dem Finger an die frei liegende Münze schnippt und sie so gegen die Reihe stößt, passiert etwas ziemlich Unerwartetes: Auf der anderen Seite der Reihe gleitet eine Münze weg. Und wenn man zwei Münzen anstößt, bewegen sich auf der anderen Seite zwei Münzen weg – und so geht das sogar weiter: Die Zahl der gleitenden Münzen entspricht der Zahl der aufprallenden. Erstaunlicherweise bewegen sich die Münzen in der Mitte der Reihe aber nur ganz wenig oder sogar gar nicht.

Im Dynamikum können die Besucher diese Zauberei „in groß“ sehen beim sogenannten „stoßenden Pendel“. Statt Münzen sind es dort Kugeln, die an Fäden schwingen, so dass die Reibungskräfte noch geringer sind. Hat man sie angeschubst, werden sie nach und nach immer langsamer, bis sie irgendwann wieder ganz ruhig hängen. Ansonsten aber funktioniert es genauso wie beim Münzbillard: Hebt man eine Kugel auf der einen Seite an und lässt sie auf die anderen prallen, wird eine Kugel am anderen Ende abgestoßen. Dann schwingt diese wieder zurück, prallt auf die Reihe und die erste Kugel schwingt nach oben.

Hebt man auf einer Seite zwei Kugeln an und lässt sie zurückschwingen, kommen auf der Gegenseite ebenfalls zwei Kugeln zum Schwingen, bei drei Kugeln entsprechend. Auch mit vier Kugeln funktioniert es bei der abgebildeten Sechserreihe noch: Jetzt schwingen die beiden mittleren Kugeln sowohl nach der einen als auch nach der anderen Seite.

Der schlaue Kopf hinter diesem Phänomen ist der berühmte englische Naturwissenschaftler und Philosoph Sir Isaac Newton. Er gilt als Begründer der theoretischen Physik und hat die Naturgesetze erstmals aufgeschrieben, die bei diesem Versuch wirken, nämlich die Impuls- und Energieübertragung durch Stoßen. Das heißt: Der Impuls eines Objekts, das sich bewegt, geht nicht verloren, sondern wird auf ein anderes Objekt übertragen, wenn es mit ihm zusammenstößt. Außerdem kann man Energie weder vernichten noch „aus dem Nichts“ erzeugen, sie wird immer nur in andere Energieformen umgewandelt.

Reibung und Haftung

Wer kennt die Pyramiden in Ägypten, diese riesigen Bauwerke, die spitz zulaufen? Bei ihrem Bau vor vielen Hunderten von Jahren gab es noch keine Autos oder Krane, so dass die Arbeiter sich etwas anderes überlegen mussten, um die schweren Steine zu transportieren – und sie hatten eine Idee: Sie hoben die Steine auf Kufen und schoben diese dann über Holzrollen an die gewünschte Stelle. Damit die Rollen durch die Reibung nicht heiß wurden, haben die Arbeiter sie mit Wasser abgekühlt. Und diese Reibung ist überhaupt eine tolle Sache, schließlich haben unsere Urväter das Feuer „erfunden“, indem sie Holz oder Steine ganz fest und schnell aneinander gerieben haben.

Im Bereich „Antritt“ im Dynamikum gibt es zu diesem Phänomen von Reibung und Haftung – denn ohne Reibung keine Haftung – ein Exponat namens „Stab“. Wer es ausprobiert, muss versuchen, den Schwerpunkt dieses Stabes in seiner Mitte zu finden. Man bringt beide ausgestreckten Zeigefinger unter dem Stab langsam zusammen, ohne dass der Stab runterfällt, bis sich die Finger genau in der Mitte treffen. Das ist erstens gar nicht so einfach und zweitens wird man sehen, dass man immer nur einen Finger hin zur Mitte bewegen kann, der andere bleibt „stehen“ – und das abwechselnd.

Das kommt so: Der Stab liegt auf beiden Fingern und übt auf diese jeweils eine Gewichtskraft aus; auf dem Finger, der näher am Schwerpunkt liegt, ist sie größer, auf dem weiter entfernten Finger jedoch kleiner. Es kann sich also nur der Finger bewegen, auf den die geringere Gewichtskraft wirkt. Und das ist je nach Entfernung vom Schwerpunkt mal der eine, mal der andere Finger.

Um dies zuhause auszuprobieren, braucht man ein Lineal, das nicht kürzer sein sollte als 30 Zentimeter, damit man den Effekt auch deutlich sieht. Dabei ist es übrigens egal, ob es aus Plastik, Holz oder Metall besteht – es muss nur gerade sein.

Im täglichen Leben spielen Reibung und Haftung in vielerlei Hinsicht eine große Rolle. So kann man zum Beispiel überhaupt nicht laufen, wenn es keine Reibung zwischen den Schuhen und dem Fußboden gäbe – man würde rutschen wie auf einer Eisbahn. Man könnte auch keinen Stift oder eine Kaffeetasse halten – das wäre dann so, als würde man das mit nassen oder glitschigen Händen versuchen. Und ist eine höhere Reibung notwendig, gibt’s Hilfsmittel: Bei Fahrzeugen beispielsweise hilft es, die Bremsklötze oder die Kupplungsscheiben zu erneuern. Und braucht man weniger Reibung, „schmiert“ man zum Beispiel mit Wachs bei Skiern oder Öl bei Motoren oder Scharnieren.

Geheimnis Unterdruck

Um herauszufinden, was genau hinter dem Unterdruck steckt, braucht man zwei Blätter Papier, die man an den Enden ein bisschen umknickt. Nun hält man sie an den umgeknickten Seiten gegeneinander. Darauf achten, dass sie einen Abstand von ungefähr zwei Zentimeter haben.

Bläst man jetzt zwischen den Blättern durch, passiert etwas ganz Erstaunliches: Die Blätter weht es nicht nach den Seiten auseinander, wie man eigentlich denken würde, sondern sie schmiegen sich aneinander.

Etwas Ähnliches geschieht übrigens auch mit einem einzelnen Stück Papier, es sollte allerdings nicht allzu groß sein. Hält man es mit beiden Händen an die Unterlippe, hängt es erst einmal nur schlapp herunter, aber wenn man fest über das Papier hinweg pustet, bewegt es sich – und zwar nach oben, bis es fast waagerecht schwebt. Meist klappt das nur ganz kurz, da die Puste nicht ausreicht, das Blatt über längere Zeit zu „bepusten“. Aber man kann sich Hilfe von einem Föhn holen. Wenn man das Papier an einer Tischkante mit Klebstreifen festmacht und die (kalte) Luft des Föhns über die Tischplatte wehen lässt, hebt sich auch dieses Blatt hoch, als wäre es verhext.

Mit zwei Löffeln und einem Wasserstrahl funktioniert’s auch: Man hält die beiden Löffel im Abstand von ein bis zwei Zentimetern in den Wasserstrahl, so dass beide Löffel das Wasser berühren. Was passiert nun? Die Löffel bewegen sich aufeinander zu und fangen an zu klappern.

Der schlaue Wissenschaftler, der diesen Effekt des Unterdrucks als Erster beschrieben hat, heißt Daniel Bernoulli – deshalb heißt eines der vielen tollen Exponate im Dynamikum in Pirmasens, bei dem ähnlich wie die Blätter ein Ball mithilfe von Luft wie von Zauberhand schwebt, auch „Bernoulli-Ball“. Bernoulli, ein Schweizer Physiker und Mathematiker, hat herausgefunden, dass Wasser und Gase wie der Atem einen geringeren Druck auf ihre Umgebung ausüben, als wenn sie sich nicht bewegen. Damit wird der Druck geringer, den sie auf Gegenstände ausüben, je höher die Geschwindigkeit ist. Bläst man also zwischen den beiden Blättern hindurch, so ist dort die Geschwindigkeit der Luft größer als an den äußeren Seiten, wo sich die Luft gar nicht oder nur wenig bewegt. So entsteht ein Unterdruck, der die beiden Blätter zusammenzieht – oder auch die Löffel zum Klappern bringt und den Duschvorhang an euch klatscht.red./dos

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