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? weiterlesen

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. weiterlesen

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.