ISS, Olympia und die kugelförmige Flamme

Am 09.11.2013 verließen zwei russische Astronauten die Internationale Raumstation ISS für einen Außeneinsatz mit einem ganz besondern Gegenstand in der Tasche. Die Olympische Fackel. Es war nicht der erste Besuch einer Olympischen Fackel auf der ISS, aber der erste Weltraumsparziergang mit ihr. Doch schon bevor sich die Fackel auf den Weg ins Weltall machte, gab es rege Disskusionen über die Sicherheit der Astronauten. Sollte man wirklich eine brennende Fackel auf die ISS bringen? Zu gefährlich entschied die Flugleitstation in Moskau. Doch wäre eine entfachte Fackel wirklich ein Sicherheitsrisiko gewesen? Immerhin wurden auch schon auf der Raumstation MIR experimente mit Feuer und Flammen durchgeführt. Man munkelt, dass ein anderer Grund zu der Entscheidung der Flugdirektion führten. Die Schwerelosigkeit. Jede Kerzen- oder Fackelflamme benötigt Sauerstoff zum brennen. Entzündet man eine Flamme auf der Erde, so steigen die Verbrennungsprodukte und die darüberliegende aufgeheizte Luft nach oben. Aufgrund der Konvektion im Raum sinkt kalte Luft nach unten und speißt die Flamme mit neuem Sauerstoff. Unsere Kerze Brennt am docht Kegelförmig ab. Entzündet man jedoch eine Kerze im Weltall sieht das ganze anders aus. Die Schwerelosigkeit sorgt dafür, dass es zu fast keiner Konvektion kommt. Der Kerze geht aufgrund der nicht vorhandenen

Kerze auf der Erde und im All - NASA.gov

Kerze auf der Erde und im All – NASA.gov

Gasbewegung im Raum buchstäblich die Luft aus, da die entstandene heiße Luft und die Verbrennungsprodukte genau dort bleiben wo sie sich gerade befinden. Der Sauerstoff rund um den Kerzendocht verbrennt. Ist dieser jedoch aufgrbraucht erlischt die Kerze. Der bisherige Rekord einer brennenden Kerze im Weltall lag bei 16 Minuten. Laut NASA sollen mit den experimentellen Bedingungen, die auf der ISS geschaffen werden können sogar 167 Minuten erreicht werden. Hätten die Astronauten also die Olympische Fackel, entzündet durch die Sonne mit einem extra dafür vorgesehenen Hohlspiegel in ihrer Sojuskapsel mit auf die ISS genommen, wäre die Flamme der Fackel spätestens nach 167 Minuten ausgegangen. Das hätte zur Folge gehabt, dass eine der wichtigsten Regeln der olympischen Traditionen gebrochen hätte werden müssen. Das Olympische Feuer darf im laufe der Olympiade nicht erlischen. Natürlich hat diese Regel ihren Ursprung, genau wie die Olympiade, in der Antike und sollte heutzutage nicht mehr zu ernst genommen werden. Veranschaulicht man sich aber die wichtigkeit der ewig brennenden Fackeln in der damaligen Religion wird einem bewusst, warum den Veranstalltern dem IOC ein erlischen der Fackel, vorallem vor diesem Hintergrund und mit diesem Medieninteresse überhauptnicht gefallen würde. Also waren es nun gerade einmal 2 kg Aluminium die die Astronauten mit sich spazieren führten. Über den Sinn und die Aktuallität solcher teueren Veranstalltungen kann man streiten. Worüber man nicht streiten kann ist die schönheit einer Kugelförmigen Flamme im schwerelosen Raum. Deshalb hier nochmal ein kleiner Eindruck von der ehemaligen Raumstation MIR.

http://www.youtube.com/watch?v=IgzCMKdAYuI

Und wer noch mehr Informationen über die experimente der NASA auf der ISS haben möchte klicke auf das Bild der beiden Flammen oben.

 

Bestattung, Diamanten und Beethovens Haare

Ordinär in Sarg oder verbrannt in einer Urne, eingefroren in flüssigem Stickstoffkonserviert und ausgestellt oder verteilt im Weltall. Die Möglichkeiten sich heutzutage bestatten zu lassen sind riesig und Tag für Tag kommen neue, kuriose Verbringungsarten der sterblichen Überreste hinzu. Eine der herrausragendsten Arten seine Gebeine konservieren zu lassen bietet die Firme LifeGem aus den USA. Nach einer erfolgreichen Verbrennung der Gebeine kann man als Angehöriger die angefallene Asche vorbeibringen und in Diamanten verwandeln lassen. Doch wie funktioniert das?

Graphitstruktur

Graphitstruktur

Kann man wirklich aus der Asche von Toten Diamanten machen? Die Asche die bei der Feuerbestattung übrig bleibt besteht zu einem Teil aus reinem Kohlenstoff. Der entstandene Kohlenstoff liegt in der sogenannten Graphit-Modifikation vor.

Graphit besteht aus Schichten aus Kohlenstoffsechsringen, ist schwarz und schmierig. Um nun aus dem Graphit einen Diamanten zu bekommen benötigt man 60000 bar Druck und 1500 °C.

Diamantstruktur

Diamantstruktur

Durch den hohen Druck und die hohen Temperaturen ordnen sich die Kohlenstoffatome im Graphit neu an. Sie bilden nun eine geordnete dreidimensionale Kristallstruktur, die Diamantstruktur. Der fertige Diamant wird anschließend geschliffen und verwogen und kann dann als Schmuckstein getragen oder ausgestellt werden. Desweiteren kann durch verschiedene Zusätze auch noch eine Diamantfarbe gewählt werden. Den günstigsten Aschediamanten erhält man schon ab 2000 $. Doch es kommt noch besser.

Neben der Privaten bestattung bietet LifeGem auch Diamanten zum verkauf die aus den verbrannten Haaren von prominenten Toten stammen. Den Anfang machten sie mit 10 Haaren von Ludwig van Beethoven. Der daraus hergestellte Diamand wurde für einen guten Zweck auf der Internetseite von LifeGem versteigert. Diamanten aus weiteren Prominenten wie Albert Einstein und Marilyn Monroe  sollen folgen. Da der gesamte Ablauf auch über den Postweg erfolgen kann, steht also der Verwandlung in einen Diamanten nichts mehr im Weg. Wer Oma also als Halskette tragen möchte… Auf gehts – bald ist Weihnachten!

Ingenieure, Gummis und John Gough

Kaffeetrinken mit den Bauingenieuren. Ich lausche den interessanten Gesprächen über Brückenbau, Erdbebentarnkappen, der Statik des Schiefen Turms von Pisa und den Lästereien über die Architekten. Einer der Jungs plant einen Brückenbau und schaut sich äußerst intensiv seine Zeichnung an, als ein anderer plötzlich brüllt:

“Da müssen Dehnungsfugen rein, du Idiot!”

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Der Husten des Ammon

Husten. Ab zur Apotheke meines Vertrauens. Wie immer ärgern freuen sich die netten Angestellten über ein aufgedrängtes, intensives Gespräch über die Wirksamkeit von homöopathischen Arzneien und über den Sinn und Zweck von Vitaminpräparaten. Als die wahre Absicht meines Besuchs zum Vorschein kommt, mein Husten, beginnt ein erneutes Gespräch über das Mittel der Wahl. Mucosolvan®, Prospan®, Silomat®, Tonsipret®… Ich entscheide mich für eine Packung Salmiakpastillen für 0,70 € und verlasse die verärgerten glücklichen Apotheker. Doch warum Salmiakpastillen? Continue reading

Ouzo auf dem Weisshorn

Der irische Physiker und Bergpionier John Tyndall unternahm im August 1861 eine wagemutige Reise. Nachdem er einige male davon gesprochen hatte das Weisshorn in den Walliser Alpen mit seinen 4505 m zu besteiegen, war es nun endlich soweit. Mit den beiden Bergführern Johann Benet und Ulrich Wenger von Randa machte er sich auf den Weg. Auf halber Strecke hielt Benet es für eine gute Idee eine kleine Pause einzulegen um einen Ouzo zu trinken. Natürlich war allen bewusst, dass der Alkohol die körperlichen Strapazen nicht leichter machen würde. Also schlug Tyndall vor, den Ouzo mit ein wenig Wasser zu verdünnen. Im Moment des Zusammentreffens von Ouzo und Wasser passierte etwas Unerwartetes. Der Ouzo trübte sich weiß. Tyndall war fasziniert von dem was er sah und nahm sich vor, nach der Besteigung dem Phänomen auf den Grund zu gehen. Am 19. August 1861 schrieben die drei Geschichte und bestiegen das Weisshorn als erste.

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Licht, Nahrung und Lichtnahrung

Mal bewusst durch den Supermarkt gegangen? Die Musik wirkt entspannend, der Duft betörend, die teureren besseren Produkte stehen im Regal auf Augenhöhe (außer für Jan), die Angebotsschilder verführen zum Kauf von zehn Packungen Nudeln anstatt einer und die meisten Kinder verfallen in einen teils wahnsinnigen, durch bunte Bilder induzierten Zustand, der stetig mit intensivem Tränenfluss einhergeht. Trivialen Marketingtricks, wie diese sind vielen Menschen geläufig und man versucht, meist sehr ineffektiv dagegen anzukämpfen auf sie hereinzufallen. Doch der unsichtbarste aller Tricks ist gleichzeitig der sichtbarste. Das Licht. Continue reading

Nudeln und Eisläufer

“Nils? Auf der Packung steht ich soll die Nudeln in Kochendes Wasser werfen. Ich glaube es kocht. Wie viele Nudeln willst du?”

“Du glaubst das es kocht? Laut Definition muss das Wasser bis zum Übergang in die Gasphase erhitzt werden. Hast du die Druckabhängigkeit und die Erhöhung des Siedepunkts durch gelöste Salze bedacht? Du hast das Wasser doch gesalzen oder nicht? Du weißt doch noch wo das Thermometer liegt, oder nicht?”

“Ja, ja…. Hab ich alles… Blöder Nerd!”

“Was?”

“Nix!”

Viele Mythen der ordinären normalen Menschen ranken sich um das Thema “kochendes Wasser”. Schon die Oma wusste, das sich der Siedepunkt des Wassers durch die Zugabe von Haushaltssalz ändert. Und einige wenige Bergsteiger wagten den Versuch ihr Essen auf 4000 m Höhe zu garen und scheiterten kläglich. Dabei lernt man doch schon in der Schule, dass Wasser bei 100 °C siedet und bei 0 °C gefriert. Doch stimmt das wirklich? Natürlich nicht. (Natürlich stimmt es – aber wir wollen es ja ganz genau wissen!) Spricht man heute im Allgemeinen vom Siedepunkt oder Kochpunkt, so meint man den Punkt an dem eine Flüssigkeit genügend erhitzt wurde um als Dampf mein verwendetes Gefäß zu verlassen. Da dieser Punkt aber keinesfalls nur von der Temperatur abhängig ist, sondern auch vom momentanen Systemdruck ist dieser Punkt nicht fix. Um den Zusammenhang von Druck, Temperatur und Siedepunkt besser abbilden zu können gibt es sogenannte Phasendiagramme.

Phasendiagramm WasserEin Phasendiagramm zeigt die Aggregatzustände einer Substanz und deren Auftreten bei gegebenem Druck und Temperatur, spezielle Punkte (Trippelpunkt, Kritischer Punkt), und die Phasengrenzlinien. Im gezeigten Diagramm erkennt man die drei Phasen des Wassers: Eis, Wasser und Wasserdampf. Entlang der Phasengrenzlinien findet der Übergang einer Phase in eine andere statt. Unter normalen Bedingungen ( 1 bar Druck) sollte Wasser, wie gezeigt bei 100 °C sieden und somit zu Wasserdampf werden. Sinkt der Druck, sinkt die benötigte Siedetemperatur ebenfalls. Infolge dessen kocht Wasser auf dem Mount Everest schon bei ca. 70 °C. Erniedrigt man den Druck noch mehr, kann Wasser sogar bei Raumtemperatur sieden. Diesen Effekt kann man beobachten, wenn man große Apotheken-Spritzen mit etwas Wasser füllt, oben zuhält und dann aufzieht: Das Wasser fängt an zu “blubbern”.
Und was ist mit dem Schmelzen? Na klar. Schaut man sich das Diagramm an erkennt man, das Eis bei erhöhtem Druck schneller schmilzt. Dieser Effekt ermöglicht der Menschheit alle Wintersportarten, die auf Kufen stattfinden. Betritt eine Eisläuferin das Eis schmilzt es aufgrund des Drucks, den die Läuferin durch ihr Körpergewicht auf die Eisfläche ausübt. Sie läuft nicht auf dem Eis, sondern sie gleitet über eine Wasserschicht, die sie unter ihren Kufen selbst erzeugt. Des weiteren gibt es eine Abhängigkeit der Siedetemperatur von den im Wassers gelösten Salzen (Erzähl ich euch ein anderes Mal).

Wasser kocht also nicht immer bei 100 °C, Eisläufer sind in Wirklichkeit Wasserläufer und die Nudeln waren super.

Newtons Kaffee

“Das Gold der Dichter und Denker”, sagte Goethe schon über den Kaffee, doch Generationen von Kaffeetrinkern haben sich schon die Köpfe eingeschlagen, wenn es um die Frage ging wann die Milch in den Kaffee kommt um den Kaffee möglichst lange heiß zu halten. Direkt nachdem man den Kaffee in die Tasse gegeben oder nachdem man ihn ein wenig abkühlen gelassen hat. Fragt man die uninteressierten netten, freundlichen Studenten in der Uni-Cafeteria, wissen die meisten die Antwort auf anhieb, können aber kaum erklären warum. Andererseits gab es Studenten die fest davon überzeugt waren, dass ihrer falschen Meinung absolut richtig sei, da sie es selbst getestet hätten. Da ich es anscheinend immer wieder nötig habe meine studentischen Artgenossen mit Fragen des Alltags zu penetrieren, bin ich ihnen nun eine anständige Antwort schuldig.

Isaac Newton untersuchte das Abkühlungsverhalten verschiedener Flüssigkeiten und Feststoffen und konnte nach einigen erfolgreichen Experimenten und Messungen eine Formel für die Abkühlung verfassen. Nach einigem Umstellen und Integrieren kann man sein Abkühlungsgesetz in eine Form bringen, die uns eine Lösung für unser Problem liefert

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Diese Formel beschreibt die Abkühlung unseres Kaffees sehr genau. Dabei ist a die Temperatur des Raums, indem sich unser Kaffee befindet und T0 die Temperatur des Kaffees zum Zeitpunkt des Eingießens. t ist die Zeit und k ist der sogenannte Abkühlungskoeffizient, der die stärke der Abkühlung flüssigkeitsspezifisch beschreibt. Man erkennt, dass der Kaffee nie kälter wird als Raumtemperatur a.

Fall 1: Wir geben die Milch direkt zum Kaffee. Der Kaffee Kühlt am Anfang ein wenig ab. Seine Temperatur sinkt jedoch gleichmäßig und nähert sich langsam der Raumtemperatur an.

Fall 2: Wir lassen den Kaffee erst einmal 5 Minuten abkühlen und geben anschließend die selbe Menge Milch, mit der selben Temperatur in den Kaffee. Der Kaffee hat sich schon 5 Minuten lang abgekühlt und bei der Zugabe der Milch sinkt die Temperatur stärker als bei Fall 1.image

Tragen wir die Temperatur gegen die Zeit auf erhalten wir ein Diagramm, dass diesen Vorgang beschreibt. Erkennbar wird, dass der Kaffee aus Fall 1 länger warm bleibt. Der Kaffee aus Fall 2 ist nur solange wärmer, bis die Milch hinzugegeben wird. Anschließend verläuft die Kurve unterhalb der des ersten Falls.

Zusammenfassend können wir feststellen, dass es besser ist die Milch direkt in den Kaffee zu geben und nicht erst nach einigen Minuten Wartezeit.

Für alle die an der ausführlichen Berechnung interessiert sind bin ich gerne jederzeit per eMail erreichbar.

Suppe pusten

Am Mittagstisch mit meinen Kollegen bemerkte ich die riesige Anzahl an Studenten, die äußerst intensiv in bzw. auf die brühend heiße Mensa-Vorspeisensuppe pusteten. Einige Löffel später entschied ich mich ein paar Studenten zu befragen, ob sie überhaupt wüssten, was sie da täten. Nach einer äußerst erfolgreichen Umfrage konnte ich mit Sicherheit sagen, dass es keinen fast alle Studenten in der Mensa sehr interessiert hat. “Die Luft die man in die Suppe pustet ist kälter als die Suppe und kühlt diese ab”, war die häufigste falsche Antwort auf meine Frage neben der Antwort: “Verschwinde du Nerd”.

Unsere heiße Suppe besteht aus Wasser und einigen geschmackgebenden gelösten und ungelösten Substanzen. Betrachten wir diese Suppe im molekularen Maßstab können wir erkennen, dass sich die Wassermoleküle in der Suppe bewegen. Je schneller sich die Wassermoleküle bewegen, desto heißer empfinden wir die Suppe. Da die Moleküle ziellos und mit unterschiedlichsten Geschwindigkeiten durch die Suppe hüpfen Suppekann es passieren, dass sich ein Wassermolekül in Richtung der Wasseroberfläche bewegt. Reicht die Energie seiner Bewegung aus, um die Anziehungskräfte zwischen ihm und den anderen Molekülen zu überwinden springt es sozusagen aus der Suppe raus. Da es nur die schnellen und damit Energiereichen Moleküle schaffen aus der Suppe zu hüpfen, bewegen sich die Moleküle in der Suppe im Durchschnitt langsamer, die Suppe wird kälter. Beim Pusten auf die Suppe werden Wassermoleküle von der Oberfläche weggeblasen, jedes Wassermolekül, das die Suppe verlässt entzieht der Suppe also Energie und damit Wärme. Das Prinzip der Verdunstung kommt auch bei der Thermoregulation unseres Körpers zum Einsatz, wir schwitzen.

Wenn also das nächste mal eine Suppe auf den Tisch kommt, fleißig pusten!!

Über meine neue Umfrage über das Thema “Warum der Kaffee länger warm bleibt, wenn man die Milch direkt zugibt” berichte ich ein anderes mal.

Das Kohlensäure-Problem

Vor einigen Tagen stellte Jan folgendes Problem vor: Verringert die aufsteigende Kohlensäure in einem Glas Sprudel das Volumen?

Kohlensäure, wie der Laie sagt, liegt in Wasser immer als gelöstes Teilchen (Ion) vor. In dem
Mineralwasser wird während der Herstellung gasförmiges CO2 zugeführt, welches mit dem Wasser
sofort zu gelöstem CO2 (Hydrogencarbonat-Ion) reagiert

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Unter hohem Druck und in einem geschlossenen System ist das Hydrogencarbonat-Ion nicht in der
Lage wieder aus der Lösung zu entweichen. Durch das öffnen der Flasche kommt es zu einer
schlagartigen Druckänderung und das Hydrogencarbonat fängt an zu „Sprudeln“. Dabei reagiert das
Hydrogencarbonat wie in Gleichung (1) gezeigt mit einem positiv geladenen Wasserstoff-Ion unter
Bildung von CO2 und Wasser. Da sich außerhalb der Flasche weniger CO2 als in der Flasche befindet
(Konzentrationsgradient) blubbert das CO2 so lange aus der Flasche, bis ein
Konzentrationsgleichgewicht mit der Umgebungsluft entstanden ist. Da die Menge an CO2 in einer
Wasserflasche nicht ausreicht um die Umgebungsluft zu sättigen blubbert fast das gesamte CO2 aus
der Flasche.

Nun zur Berechnung:

In einem durchschnittlichen Mineralwasser sind ca. 1000 mg/l CO2 gelöst. Theoretisch würde das
Wasserglas also um 1g leichter werden, wenn das gesamte CO2 aus der Lösung entweicht ist. Wie zu
erwarten war ist es in der Realität ein wenig komplizierter. Auch bei der Zugabe von 1g Haushaltssalz
zu einem Glas Wasser wir das Wasserglas nach dem Lösungsvorgang keinesfalls um 1g schwerer das selbe Volumen größer.
Da sich die Wassermoleküle beim Lösungsvorgang um die neu gebildeten Ionen anordnen kommt es
zu einer Änderung der Dichte der Flüssigkeit.
Die Dichte einer Flüssigkeit (p) ist definiert als der Quotient der Masse der Flüssigkeit (m) in kg und
dem Volumen (V) in m³.

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Da die Dichte einer Flüssigkeit Temperaturabhängig ist gehen wir einfach davon aus, dass unser
Wasser eine absolute Temperatur von 21 °C hat diese Temperatur während der Rechnung konstant
bleibt, woraus sich eine Dichte von 998 kg/m³ ergibt. Außerdem muss davon ausgegangen werden,
dass das Wasser während dem Versuch nicht in die Gasphase übergeht (verdampft). Um ein
aussagekräftiges Ergebnis zu erhalten, werde ich berechnen wie sich die Massen von 1000g Wasser
bei der Zugabe von 1g CO2 ändert, woraus der umgekehrte Fall ebenfalls erklärbar wird.
Nach den Gesetzen von François Marie Raoult lässt sich die Änderung der Dichte des Wassers bei der
Zugabe von 1g CO2 wie folgt berechnen:

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[Wer Interesse am vollständigen Rechenweg hat kann mich gerne kontaktieren☺]
Nach dem Lösen des CO2 im Wasser besitzt die Flüssigkeit eine Dichte von 998,543969 kg/m³. Das
entspricht einer Dichte von 0,99854397 g/ml.

Aus der Formel für die Dichte (2) lässt sich nun eine Formel für das neue Volumen des Wassers
formen und mit dem Alten Volumen Vergleichen:

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Daraus folgt:

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Somit ändert sich das Volumen von 1l Wassers bei der Zugabe von 1g CO2 um 0,4556 ml oder anders
ausgedrückt:

Wenn man eine 1l Wasserflasche offen stehen lässt verliert das Wasser mit dem Verlust der
Kohlensäure 455,6 μl an Volumen.

Nerd-Humor (10010) – Nikolausphysik

Voreinigen Wochen bin ich über einen 1990 anonym publizierten Forschungsbericht gestoßen. Die Autoren, wahrscheinlich Physiker, beschäftigten sich mit der Physik des Nikolaus bzw. Weihnachtsmanns. Sie machten eine Liste mit allen Fähigkeiten und Möglichkeiten, die jemandem zugeschrieben werden, der in einem kurzen Zeitraum Geschenke an Kinder verteilt [Nikolaus, Weihnachtsmann, Christkind etc]  und berechneten daraus physikalische Größen, aus denen man ableiten kann, was dieser jemand leisten muss, um alle Kinder auf dieser Erde zu beschenken. Kurz: Ist es dem Weihnachtsmann überhaupt möglich alle Kinder zu beschenken?

Als erstes stellen die Autoren fest, dass keine bekannte Rentierart fliegen kann. Dies führt natürlich zu Problemen für den Weihnachtsmann, da er normale Fahrtwege nutzen müsste. Diese Tatsache lassen die Autoren aber für weitere Berechnungen außen vor und gehen davon aus, dass die Rentiere des Weihnachtsmanns fliegen können. Sie berechnen die Anzahl der Kinder, die überhaupt beschenkt werden. Abzüglich der muslimischen, jüdischen, hinduistischen und buddhistischen Kinder kommen die Autoren auf rund 378 Millionen Kinder. Sie nehmen an, dass in jeder Familie 3,5 Kinder leben. Somit müssten 91,8 Millionen Haushalte besucht werden. Als Zeitraum für die Geschenkübergabe errechnen die Autoren 31 Stunden, die sich durch Zeitverschiebung und Erdrotation ergeben. Somit ergibt sich eine Besuchsfrequenz von 822,6 Häuser pro Sekunde.Pro Haushalt bleibt dem Weihnachtsmann also eine tausendstel Sekunde. Hinzu kommt die Strecke von Haus zu Haus (ungefähr 1.5km), das Absteigen von Schlitten und das kriechen durch den Schornstein. Somit ergibt sich eine Gesamtstrecke von 120 Millionen Kilometern, die der Weihnachtsmann in 31 Stunden zurücklegen muss. Die Durchschnittsgeschwindigkeit des Schlittens müsste also 1046 Kilometer pro Sekunde betragen. Wow! Doch das eigentliche Problem ist nicht das Reisen an sich…. Sondern der Transport der Päckchen. Die Autoren stellen fest: Wenn jedes Kind einen mittleren Legobaukasten bekäme, der ungefähr 900g wiegt, ergäbe sich eine Gesamtladung von 340200 Tonnen. Wenn der Schlitten mit dieser Masse und einer Geschwindigkeit von 1000km/s reisen würde, käme die Reise dem Eintritt eines Raumschiffs in die Erdatmosphäre gleich. Die ersten beiden Rentiere würden eine Energie von 14,3 Quintillionen Joule Energie absorbieren. Dies hat zur Folge, dass die Rentiere in einem Bruchteil einer Sekunde explodieren würden. Das gesamte Gespann wäre in 0,00426 Sekunden verdampft. Hinzu kommen noch die Kräfte die auf den Nikolaus wirken. Insgesamt würden auf den Weihnachtsmann 1957290 Kilogramm wirken. Das Fazit der Autoren: Wenn der Weihnachtsmann jemals versucht hat alle Kinder zu beschenken, dann ist er leider Tot oder ein Superwesen.

Natürlich blieb es nicht bei diesem Artikel. Weitere Physiker beschäftigten sich mit dieser Theorie und publizierten verschiedene Fangmethoden für den Nikolaus oder Weihnachtsmann, die ein gewisses Mathe- und Physikgrundwissen voraussetzen:

1)      Geometrische Methode: Man stellt einen zylindrisch geformten Käfig auf eine Waldlichtung. Im günstigsten Fall ist der Weihnachtsmann sofort im Käfig. Andernfalls führt man eine Inversion der Käfigwände durch, was dazu führt, dass der Weihnachtsmann im Käfig landet.

2)      Projektionsmethode: Als Annahme gilt, dass die Erde eine Scheibe ist. Diese Ebene wird auf eine Gerade projiziert, die durch den Käfig läuft. Nach der Projektion dieser Geraden auf einen Punkt im Käfig befindet sich der Weihnachtsmann im Käfig

3)      Topologische Methode: Wenn man den Weihnachtsmann als Torus auffasst, muss man nur noch die Waldlichtung in den vierdimensionalen Raum transformieren und falten, dass der Weihnachtsmann bei der Rückführung in den Dreidimensionalität verknotet wird.

4)      Stochastische Methode: Dafür benötigt man ein Laplacerad, einige Würfel und eine Gauß`sche Glockenkurve. Mit dem Laplacerad fährt man durch den Wald und wirft die Würfel auf den Boden. Das macht den Weihnachtsmann neugierig und er kommt angefahren. Anschließend stülpt man die Gauß’sche Glockenkurve über ihn und hat ihn mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 gefangen.

5)      Newton’sche Methode: Käfig und Weihnachtsmann ziehen sich infolge der Gravitationskräfte so stark an, dass der Weihnachtsmann irgendwann automatisch im Käfig landet.

6)      Schrödinger Methode: Die Wahrscheinlichkeit, dass zu irgendeinem Zeitpunkt ein Weihnachtsmann im Käfig sitzt ist größer 0. Man kann sich einfach neben den Käfig setzen und warten.

7)      Einstein’sche Methode: Beim Überfliegen des Waldes mit Lichtgeschwindigkeit wird der Weihnachtsmann durch die relativistische Längenkontaktion flach wie Papier. Man kann einfach nach ihm greifen.

8)      Experimentelle Methode: Mithilfe einer semipermeablen Membran, die alles außer Weihnachtsmänner durchlässt, siebt man den Wald aus.

Sollte es also Weihnachtsmänner, Nikoläuse oder Christkinder gebe, fliegen diese mit der 300fachen Schallgeschwindigkeit durch die gegend und lassen sich mit einfachen Methoden fangen.

Schönen Nikolaus-Tag noch und frohe Weihnachten :-)

Tom Lehrer und die Nerd-Musik

Wie Jan schon vor einigen Tagen erwähnte, ist die Chemie für die meisten nur Hexerei und das Periodensystem der Elemente ist für die meisten Menschen eine von Nerds aufgestellte Tabelle, die irgendwelche verschlüsselten Informationen enthält, die nur Nerds verstehen können. Tom Lehrer, Mathematikdozent in Harvard und leidenschaftlicher Musiker, gab am 20. März 1959 ein Konzert im Theatersaal der Universität. Während diesem Konzert spielte Lehrer ein, für Chemiker, legendäres Lied: „The Elements“. Egal wie viel Sie von Chemie verstehen oder wie viel Sie über das Periodensystem wissen, wenn Sie dieses Lied gehört haben wissen sie auf jeden Fall, dass Nerds auch Musik machen können. …Nerd-Musik ^^

Können 4 Millionen Arbeitslose einen See überfluten?

Der vorgestern verstorbene Theaterregisseur und Aktionskünstler Christoph Schlingensief hatte 1998 eine skurille Idee. Um dem damaligen Bundeskanzler Helmut Kohl eins auszuwischen, rief er alle Arbeitslosen im Land dazu auf, mit ihm zusammen gleichzeitig  in den Wolfgangsee in Österreich zu steigen, um diesen zum Überlaufen zu bringen, und dadurch das Urlaubsdomizil von Helmut Kohl zu fluten. Doch es wurde nichts aus der Überflutung, da der damalige Bürgermeister von Salzburg die Durchführung der Aktion verhinderte. Die Frage, die jeden Naturwissenschaftler jetzt interessiert, wollen wir jetzt mal klären. Hätten die Arbeitslosen den Wasserstand des Sees so stark erhöhen können, dass Helmut Kohl nasse Füße bekommen hätte?

Um die ganze Rechnung ein wenig zu vereinfachen, gehen wir einfach mal davon aus, dass es sich bei dem See um einen Quader handelt. Außerdem sollte man  wissen, dass nach dem Archimedes-Prinzip das Volumen, das ein Körper verdrängt, seinem eigenen Volumen entspricht. Durch die Änderung der Höhe des Wasserspiegels lässt sich das Volumen des Körpers berechnen. Umgekehrt kann man bei bekanntem Volumen die Änderung der Höhe berechnen. Das ist was wir wollen.

Das Volumen eines Quaders berechnet sich aus der Formel  a×b×c.  Da a×b der oberen Fläche des Quaders entspricht,  nennen wir a×b einfach „O“ (wie der Buchstabe, nicht die Ziffer; gemeint ist die obere Fläche des Quaders, die den Wasserspiegel darstellt, nicht die Gesamtoberfläche des Quaders). Somit berechnet sich das Volumen aus O×c, wobei c die Höhe des Wassers im See beschreibt. Der Wolfgangsee hat eine Oberfläche von 12,84km². Das sind 12840000m². Die mittlere Höhe des Sees beträgt 52m. Somit beträgt das Volumen des Sees 12840000m²×52m667680000m³. Dieser Wert entspricht dem bekannten Wert des Volumens (siehe Wikipedia). Das Volumen eines Menschens beträgt 0,075m³. Die Wasserhöhe lässt sich also berechnen aus der Summe des Seevolumens und des Volumens der darin schwimmenden Menschen, geteilt durch die Oberfläche des Sees. Somit ergibt sich die folgende Formel für die Wasserhöhe des Sees, abhängig von der Anzahl der darin schwimmenden Menschen (Y):

Schwimmt also ein Mensch im See (Y=1) ergibt sich eine Wasserhöhe von 52,000000006m. Das entspricht einer Höhenänderung von 6 Nanometern. 1998 gab es in Deutschland rund 4 Millionen Arbeitslose. Setzen wir für Y also 4000000 ein, ergibt sich eine Wasserhöhe von 52,0234m. Das entspricht einer Höhenänderung von 2,3cm.

Halten wir also fest: 4 Millionen Arbeitslose können keine Überflutung erzeugen. Doch wie viele Leute hätte man gebraucht um Helmuts Hütte zu fluten, wenn diese 2m über der Wasseroberfläche befestigt wäre?

Viel Spaß beim Rechnen :-)