Was macht die Mücke beim Wolkenbruch

Was macht die Mücke beim Wolkenbruch?

Was macht die Mücke beim Wolkenbruch? Neue wunderbare Alltagsrätsel Herausgegeben von Mick O'Hare/New Scientist

Aus dem Englischen von Helmut Reuter Illustrationen von Spike Gerrell

Piper München Zürich

Die Originalausgabe erschien unter dem Titel »The Last Word 2 More questions and answers on everyday science« 2000 bei Oxford University Press, Oxford, New York. »The Last Word 2: New Scientist« was originally published in English in 2000. This translation is published by arrangement with Oxford University Press. Die Übersetzung von »The Last Word 2: New Scientist« (im Jahr 2000 zuerst in englischer Sprache veröffentlicht) erfolgt in Absprache mit dem Verlag Oxford University Press. Für die deutsche Ausgabe wurde der Text an einigen Stellen geringfügig gekürzt.

ISBN 3-492-04344-5 © RBI Magazines Ltd 2000 Deutsche Ausgabe: © Piper Verlag GmbH, München 2002 Gesamtherstellung: Clausen & Bosse, Leck Printed in Germany www.piper. de

Inhalt

Einführung

7

Pflanzen und Tiere

9

Rätsel und Illusionen

43

Seltsame Natur

73

Die Welt der Physik

99

Wie es in der Technik aussieht

121

Haushaltswissenschaft

155

Apparate und Erfindungen

179

Blasen, Flüssigkeiten und Eis

199

Unser Körper

219

Register

235

Einführung

Manche Leute machen sich Gedanken zur Quantenme­ chanik. Andere fragen sich lieber, warum sich am oberen Ende ihres Fallschirms ein Loch befindet. Einige suchen den Kosmos nach Zeichen außerirdischen Lebens ab. Andere fragen sich, was im Weltall mit ihrem Bier geschehen würde. Manche möchten alle Gene im menschlichen Körper bestimmen, und wieder andere fragen sich einfach, warum Silberpapier ihren Zahnfüllungen schadet. Für jede große Frage, die jemand stellt, gibt es Tausende von kleineren. Dieser zweite Band mit Fragen und Antworten von der »Letzten Seite« der wissenschaftlichen Wochenzeitschrift New Scientist läßt wie sein Vorgänger die kleinen Fragen hochleben, die jedermann stellt, und dazu die Antworten, die die Leser der Zeitschrift unermüdlich liefern. Warum krabbeln Ameisen fröhlich in einem eingeschalteten Mikrowellenherd umher? Macht Schokolade wirklich Flecken? Warum strecken eigentlich manche Menschen ihre Zunge heraus, wenn sie sich sehr konzentrieren? Und es gibt da die Roßkastanien (und in England ein Spiel, das mit ihnen gespielt wird). Ein Leser wollte wissen, wie man sie am besten härten kann! Das förderte nicht nur viele Theorien über die beste Methode zutage, sondern ließ auch nichtbritische Leser anfragen, was es denn mit diesen Kastanien auf sich habe ... Nun, die Antwort ist auf den folgenden Seiten zu finden - wenn Sie einen Sieger (im Kastanienspiel) aufbauen wollen, brauchen Sie nur weiterzulesen. 7

Der erste Band (Warum fallen schlafende Vögel nicht vom Baum?, Piper 2000) erwies sich als erstaunlicher Erfolg, was zwei Jahre später zu diesem zweiten Band geführt hat. Es ist nun schon fast sieben Jahren her, daß die »Letzte Seite« für die Leser des New Scientist eingeführt wurde, und diese haben sie seither begeistert mitgetragen. Es wurden fast 750 Fragen beantwortet (fast alle von Lesern), und die Rubrik ist der bei weitem beliebteste Teil der Zeitschrift. Jede Woche erreichen uns mehr als 200 Fragen, von denen nur ein Bruchteil in der Rubrik erscheinen kann, und die Antworten darauf füllen täglich Postsäcke, Faxkörbe und E-Mail-Archive. Das soll aber nicht heißen, daß weitere Fragen und Antworten nicht willkommen wären. Die Rubrik lebt von wißbegierigen und kenntnisreichen Lesern. Auf der Website des New Scientist (www.newscientist.com) findet sich das komplette Archiv der Fragen und Antworten der »Letzten Seite« sowie eine umfassende Liste unbeantworteter Fragen. Dort können Sie auch neue Fragen für die Rubrik einstellen: Schicken Sie sie per E-Mail an [email protected] oder per Post an The Last Word, New Scientist Editorial, First Floor, 151 Wardour St, London, W1V 4BN. Viele Leute, die sich vom ersten Band haben anregen lassen, erscheinen jetzt in diesem zweiten Band. Und welche Frage stellen die Leser am häufigsten? Sie fragen, warum der Himmel blau ist - mindestens ein Leser pro Woche will das wissen. Leider ist sie bereits gestellt worden. Falls Sie darauf immer noch neugierig sind, nachdem Sie in diesem Buch alles über Roßkastanien nachgelesen haben, sollten Sie versuchen, sich den ersten Band zu verschaffen: Dort werden Sie die Antwort finden. Mick O'Hare

PFLANZEN UND TIERE

Hummelflug - Luftlinie Frage Meine Freundin sagt, daß es keine Erklärung da­ für gibt, weshalb Hummeln fliegen. Anscheinend gelingt es ihnen gegen die Gesetze der Physik. T.S. Norwegen

Antwort Der berüchtigte Fall der »flugunfähigen« Hummel ist ein klassisches Beispiel für den unbekümmerten Umgang mit Annäherungswerten. Jemand hat ver­ sucht, eine grundlegende Gleichung aus der Aeronautik auf den Flug der Bienen anzuwenden. Diese Gleichung verknüpft die Antriebskraft, die ein Objekt benötigt, um fliegen zu können, mit seiner Masse und der Oberfläche seiner Tragflügel. Im Fall der Bienen kommt dabei ein extrem hoher Wert heraus - den erforderlichen Betrag an Arbeit kann kein Tier mit einer so geringen Größe aufbringen. Die Gleichung geht jedoch von starren und nicht von auf- und abschlagenden Flügeln aus, was in diesem Fall zu irreführenden Ergebnissen führt. Wenn Gleichungen in der Physik falsche Ergebnisse liefern, bleibt natürlich immer noch die empirische Beobachtung - eine Biene, die so aussieht, als würde sie fliegen, tut es höchstwahrscheinlich wirklich. S.S. Großbritannien

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Biosphäre Frage Angenommen (natürlich nur hypothetisch, denn andernfalls würde meine Mutter außer sich geraten), ich würde meinen Bruder in einen perfekt abgedichteten Raum stecken - wieviel pflanzliches Leben wäre in diesem Raum für ein beständiges Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und Kohlendioxid erforderlich, damit sowohl mein Bruder als auch meine geliebten Pflanzen am Leben bleiben? G.H. USA Antwort Um die Angelegenheit zu vereinfachen, könn­ ten Sie Ihren Bruder durch eine luftdichte Klappe mit Nahrung versorgen. Dann müßten die Pflanzen nur den Sauerstoff für ihn erzeugen. Wenn er die ganze Zeit über nur essen oder dahindösen würde, dürfte er etwa 350 Liter Sauerstoff pro Tag benötigen (diese Sauerstoffmenge ist in 1,7 Kubikmetern Luft enthalten). Im vollen Sonnenlicht wird diese Menge Sauerstoff normalerweise von einer Vegetation hervorgebracht, die zwischen 5 und 20 Quadratmeter Boden beansprucht. Bei einem Einsatz der produktivsten »C4-Pflanzen« (z. B. Zuckerrohr) könnte man die Fläche auf 2,5 Quadratmeter reduzieren. Ihr Bruder würde 350 Liter Kohlendioxid pro Tag ausatmen, wodurch die Pflanzen mit einer Zunahme ihres Trockenge­ wichts um 430 Gramm pro Tag wachsen könnten. Doch jetzt wollen wir Wasser in den Wein gießen. Angenommen, die Fenster des Raumes liefern gemeinsam mit der künstlichen Beleuchtung zehn Prozent des Sonnenlichts, dann müssen Sie die erforderliche Anbaufläche für Grünzeug mit 10 multiplizieren. Falls das Licht während der Nacht ausgeschaltet wird, sollten Sie die Fläche noch­ 12

mals verdoppeln - im Winter sogar noch mehr. Die Pho­ tosynthese der Pflanzen während des Tages läuft schneller ab als ihre Atmung bei Nacht. Deshalb können Sie ohne weiteres von dem Sauerstoff absehen, den die Pflanzen während der Nacht zusätzlich verbrauchen. Sollten Sie Ihren Bruder nicht mit Nahrungsmitteln versorgen wollen, sondern darauf hoffen, daß er sich allein von den Pflanzen ernähren kann, müssen Sie bedenken, daß der größte Teil der von der Pflanze hervorgebrachten Substanz unverdaulich ist - Sie müssen die Fläche also nochmals verdoppeln. Wenn der in den nicht eßbaren Pflanzenteilen sowie den Ausscheidungen Ihres Bruders enthaltene Kohlenstoff im Stoffkreislauf bleiben soll, müßte dieser zu Kohlendioxid abgebaut oder verbrannt werden. Falls Ihr Bruder also ein gut ausgebildeter Pflan­ zenphysiologe ist, dürfte diese anspruchsvolle Biosphäre aus einem pflanzengefüllten Raum von etwa 20 Quadratmetern bestehen. Berechnungsgrundlage ist der tägliche Energiebedarf eines dösenden Erwachsenen, rd. 1750 Kilokalorien. 100 Gramm Saccharose entsprechen 400 Kilokalorien. Ein Er­ wachsener benötigt also 1750:400 = 438 Gramm Saccharose pro Tag, das entspricht 1,28 Mol.* Zur Veratmung dieser Menge werden täglich 1,28x12 = 15,36 Mol Sauerstoff benötigt. (Ein Mol Gas nimmt ein Volumen von 22,4 Litern ein, das entspricht also 15,36x22,4 = 344 Liter reinen Sauerstoffs pro Tag.) Die Photosynthese von Pflanzen im Freiland bindet unter optimalen Bedingungen zwischen 10 und 30 Mikromol (bei C4-Pflanzen bis zu 70) Kohlendioxid pro Quadrat­ meter Pflanzenoberfläche und Sekunde (0,86 bis 6,05 Mol

physikalisch-chemische Bezugseinheit der Stoffmenge - Anm. d. Ü.

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pro Quadratmeter täglich). Für jedes gebundene Mol Kohlendioxid setzen die Pflanzen jeweils ein Mol Sauerstoff frei. Für weniger produktive Pflanzen werden deshalb ungefähr 18 Quadratmeter Anbaufläche benötigt, dagegen kann bei C4-Pflanzen dieser Wert bis auf 2,5 Quadratmeter sinken. S.F.

Institut für Zell- und Molekularbiologie der Universität Edinburgh,

Großbritannien

Antwort Diese Frage hat große Bedeutung für unsere Zukunft im Weltraum. In den fünfziger Jahren des 20. Jahrhunderts führten russische Wissenschaftler die ersten Versuche mit unbemannten Ökosystemen durch. Das führte 1965 zu der bemannten geschlossenen Anlage Bios-3, einem Habitat von 315 Kubikmetern am Biophysikalischen Institut in Krasnojarsk in Sibirien. Algen der Gattung Chlorella, die Photosynthese betreiben, dienten dazu, die von Menschen ausgeatmete Luft aufzubereiten. Diese Algen, unter künstlichem Licht kultiviert, nahmen das Kohlendioxid auf und gaben dafür Sauerstoff ab. Um ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoff und Kohlendioxid zu erzielen, benötigte ein Mensch 8 Quadratmeter der belichteten Chlorellae. Die Tanks mit den Algen hatte man übereinandergestapelt, so daß weniger als 8 Quadratmeter Bodenfläche erforderlich waren. Wasser und Nährstoffe waren vorher eingelagert worden - auch diese wurden im Stoffkreislauf geführt. 1968 hatte das System bei der Wiederverwertung von Wasser einen Nutzungsgrad von 85 Prozent erreicht. In Bios-3 wurden mit zwei und drei Personen Tests durchgeführt, die bis zu 6 Monaten dauerten. Auch die NASA unternimmt Versuche mit kontrollier­ ten ökologischen Systemen zur Lebenserhaltung. Eines 14

ihrer wichtigsten Systeme ist eine Kammer zur Produk­ tion von Biomasse, eine hermetisch verschließbare Stahlkammer mit etwa 3,5 Metern Durchmesser und 7,5 Metern Höhe, deren Anbaufläche für Pflanzen 20 Quadratmeter umfaßt. 1989 stellte die NASA das Projekt BioHome fertig, das biogenerative Komponenten zum Recycling von Luft, Wasser und Nährstoffen aus menschlichen Abfällen in einem geschlossenen Habitat zusammenführte. R. V. Deutschland

Apfeltour Frage Im Herbst 1994 pflanzte ich einen Apfelbaum der Sorte »Cox Orange Pippin« neben einen der Sorte »Bramley«. Im Herbst 1995 brachte jeder der beiden eine kleine Ernte der entsprechenden Varietät. Im Herbst 1996 wuchsen auf dem Cox-Baum ein paar kleine Cox-Äpfel; der Bramley aber trug leicht säuerliche Früchte, die wie Cox-Äpfel aussahen - während der Apfelblüte hatte es Frost und schwere Stürme gegeben. Kann mir jemand erklären, was da passiert ist und was ich im Herbst 1997 erwarten kann? Sage mir bitte keiner, es würden »Gold Delicious« werden. A.P. Großbritannien Antwort Viele Apfelsorten (dazu gehört auch Cox) sind aiploid (sie besitzen zwei Chromosomensätze); ihre Pol­ len befruchten andere Apfelbäume in der Nähe, vorausgesetzt, die Blütezeiten überlappen sich. Der Bramley ist triploid (er besitzt drei Chromosomensätze) und erzeugt nur wenig brauchbare Pollen; so spielt er als Pollenspen­ 15

der praktisch keine Rolle. Deshalb braucht er für die eigene Bestäubung zwei andere diploide Sorten, die sich ihrerseits wechselseitig befruchten. Es könnte sein, daß der fragliche Bramley-Setzling in Wahrheit gar kein echter Bramley war. J.R. Großbritannien

Siegreiche Kampfkastanien Frage Dem Rat eines Freundes zufolge kann man eine Kastanie vor einem Kastanienduell (engl.: conkers) härten, indem man sie bäckt. In meiner Kindheit hat man mir, wie ich mich erinnere, gesagt, daß man Kastanien in Essig einlegen soll, um sie zu härten. Mit welchem Verfahren erhält man Siegerkastanien und weshalb? F.G.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Wenn man Kastanien härten will, ist es am einfachsten und besten, sie bis zum nächsten Jahr in einer Schublade aufzubewahren. Hat man die Schnüre jedoch nicht durchgezogen, solange die Früchte noch frisch und weich waren, muß man allerdings bohren. Sowohl meine Kinder als auch meine Enkel haben das Spiel mit den von mir aufgehobenen Kastanien ausgefochten, die zum Teil mehr als 50 Jahre alt waren. Sie sind nie besiegt worden. F. G. Großbritannien 16

Antwort Ich nehme seit etwa 50 Jahren an Kastamendu­ ellen teil und tränke sie immer mit Essig. Dadurch härten sie zu Siegerkastanien aus. Mit dieser Methode war ich so lange zufrieden, bis ich vor einigen Jahren von jemandem geschlagen wurde, der seine Kastanie mit Oil of Olaz ein­ eeschmiert hatte. Anscheinend wurde die Kastanie da­ durch geschmeidiger und konnte den Aufprall meiner preisgewohnten Kastanie absorbieren. M.D. Großbritannien Antwort Kampfkastanien lassen sich weder durch Bak­ ken noch durch Einlegen in Essig härten. Wenn man Kastanien bäckt, werden sie mürbe, was dazu führt, daß sie mit einem einzigen Schlag von ihrer Schnur getrennt werden. Essig läßt das Innere verrotten. Auch das Lackieren, eine andere verwendete Methode, ist unwirksam (und leicht nachzuweisen). In Wahrheit muß man überhaupt nichts tun, um eine Kastanie zu härten. Man muß ganz einfach vermeiden, Kastanien aus der laufenden Saison einzusetzen (die Kastanienkämpfe werden offenkundig im Herbst ausgetragen), und statt dessen alte verwenden. Diese Früchte sind problemlos zu erkennen - sie haben keine glänzende, kastanienbraune Schale, sondern sehen stumpf und dunkel, vielleicht sogar schwarz aus. Und schließlich sollte man das Loch für die Schnur so eng wie möglich machen. N.A. Großbritannien

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Antwort Um eine Kampfkastanie unbesiegbar zu machen, legt man sie am besten für ein Jahr beiseite und setzt sie erst in der folgenden Saison ein, oder man beschleunigt diesen Vorgang, indem man sie bäckt. Dazu legt man all seine Kampfkastanien für etwa zwei Stunden bei 120 °C ins Backrohr. Länger sollte man sie auf keinen Fall behandeln, weil dann das Fruchtfleisch verkohlt und brüchig wird. Ansonsten wird das Innere, selbst wenn die Schale bricht, steinhart. In Essig sollte man seine Kampfkastanien keinesfalls einlegen. Obwohl Essig die Schale härtet, weicht er das Fruchtfleisch auf, falls die Schale irgendeine Lücke aufweist - dadurch wird die Kastanie unbrauchbar. P.W. Großbritannien Darüber, wie man am besten unbesiegbare Kastanien erhält, ist jeder Kastanienkämpfer anderer Ansicht. Da solche Diskussionen ein wesentlicher Bestandteil dieser Sportart sind, lassen wir die Frage mit den obigen, vollkommen widersprüchlichen Antworten im Raum stehen. - Die Red. Antwort Die Debatten über Kampfkastanien fand ich faszinierend. Wie ich das sehe, handelt es sich um Roßkastanien, die irgendwie an einer Schnur befestigt sind. Was macht Ihr Engländer eigentlich mit diesen Kastanien? Ich vermute mal, daß es nicht dazugehört, sie am Ende zu essen. J.H. USA

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Antwort Was ist das eigentlich für ein Spiel? Läuft das wie eine Kissenschlacht ab, nur mit steinharten Kastanien? Manchmal brauchen wir Hinterwäldler in den ehemaligen Kolonien ein wenig Nachhilfe ... J.K.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Kastanienduelle scheinen vorwiegend ein englischer Kampfsport zu sein. Uns ist klargeworden, daß wir unsere internationale Leserschaft aufklären müssen. Kampfkastanien sind die harten Früchte der Roßkastanie. Man sammelt sie im Herbst, befreit sie von ihrer stachligen Hülle und läßt sie reifen. Dann bohrt man ein Loch in die Kastanie und zieht eine Schnur durch. Das umfassende Regelwerk des eigentlichen Wettbewerbs ist kompliziert, doch unter Schulkindern (und groß gewordenen Schulkindern) wird das Spiel zwischen zwei Gegnern ausgetragen, von denen jeder eine Kastanie einsetzt. Der eine läßt die Kasta­ nie an der Schnur frei hängen und hält sie ruhig, während der Gegner seine Kastanie an der Schnur herumschwingt und versucht, die frei hängende Kastanie zu treffen. Dabei kommen die beiden Spieler abwechselnd an die Reihe, bis eine Kastanie so groggy ist, daß sie sich von der Schnur löst. Gewonnen hat der Spieler, dessen Kastanie unbeschädigt ist. Die Aussicht auf Erfolg ist natürlich desto größer, je wi­ derstandsfähiger und härter die Kastanien sind. Wenn es dessen überhaupt bedurft hätte, ist das ein weiterer Beweis für die Besessenheit der Engländer, sich ex­ zentrische und sinnlose Wettbewerbe auszudenken. - Die Red. Antwort In Australien gibt es ein Spiel namens Bullies, das ähnlich gespielt wird wie das englische Kastanienduell. Ich weiß, daß es zumindest zwischen 1900 und 1970 im 19

westlichen Neusüdwales und in Südaustralien gespielt wurde, bevor der TRS-80 und der Commodore 64 auftauchten. Wie die meisten Aussies mit Wurzeln im Busch wissen dürften, ist ein Bully der Same des Quandong-Baums. Dieser weitverbreitete Baum des Buschlands, auch unter dem Namen Wildpfirsich bekannt, benötigt einen Wirtsbaum, um überleben zu können. Er trägt jedes Jahr hellrote saure Früchte mit einem Durchmesser bis zu 40 Millimetern. Über viele Jahre hinweg ist diese Frucht eine Delikatesse für australische Obstkuchen und Marmeladen gewesen, die erst in letzter Zeit auch im Handel erhältlich ist. Der Kern dieser Frucht ist vollkommen rund und hat Vertie­ fungen wie ein Golfball. Er ist hart wie Stein, sein Durchmesser liegt gewöhnlich bei 20 Millimetern, und im Inneren findet sich die erforderliche Nuß. Es war schwer, ihn zu durchbohren - gute Bullies haben so manchen Bohrersatz der Eltern geschafft. Die Länge der Schnur und die Größe des Spielkreises wurden durch örtliche Regeln festgelegt. Niemand behielt Bullies, die verloren hatten; nach meiner Erinnerung zerbrachen Verlierer ihren Kern. Hitzebehandlung war weder erforderlich noch erwünscht. Bei den meisten Samen des australischen Buschs sind Feuer und Hitze nötig, damit sie keimen können, so daß der Bully durch Erwärmen sicherlich geschwächt würde. Ich weiß nicht, ob es in dieser packenden Sportart internationale Wettbewerbe gibt - für die Olympischen Spiele 2000 in Sydney hätte man sie eigentlich vorschlagen können. Ich würde auf die australischen Bullies wetten. J.B.

Per E-Mail, voller Stolz aus Australien

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Antwort Bei den Conkers-Schulmeisterschaften ist mein Bruder disqualifiziert worden, weil er eine Kastanie eingesetzt hatte, die mit Epoxy-Harz vakuum-imprägniert war. J.M. Großbritannien

Morgennöte Frage

Warum krähen die Hähne am Morgen?

B.W.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort In Wahrheit krähen die Hähne den ganzen Tag über, auch wenn ihr Geschrei in der Morgendämmerung meist am heftigsten ist und vom späten Nachmittag (etwa 15 Uhr) an nachläßt. Meine Hähne konnte ich bis spätestens 17 Uhr 30 (im Sommer) krähen hören. Unmittelbar bei Anbruch des Tages oder kurz davor fangen sie wieder damit an, wie meine Nachbarn bezeugen können. Das hat mich (nach einer gewissen Überzeugungsarbeit seitens der Gemeindeverwaltung) dazu gebracht, den Hühnerstall besser gegen Schall und Lichteinfall abzudichten. Anscheinend können sowohl das Licht als auch der Morgenchor der Vögel die Hähne zum Krähen anre­ gen - mit dieser Antwort markieren sie ihr Revier und imponieren den Hühnerdamen im Hof. Schalldämmung und Verdunkelung sind jedoch nur teilweise erfolgreich, da das Krähen anscheinend auch von der biologischen Uhr des Hahns gesteuert wird. CC. Großbritannien 21

Antwort Die meisten Vögel beteiligen sich an dem sogenannten Morgenchor. Ihr Gesang dürfte vor allem dazu dienen, das jeweilige Revier zu behaupten. Für ungefähr eine halbe Stunde um Sonnenaufgang herum singen mehr Vögel als zu jeder anderen Tageszeit. Da der gewöhnliche Haushahn erheblich lauter schreit als andere Vogel, ist er morgens am auffälligsten. Hähne krähen jedoch nicht immer nur am Morgen. Hätte der Fragesteller am 11. August 1999 Cornwall besucht, hätte er den Morgenchor, einschließlich der Hähne, während der falschen Morgendämmerung am Ende der damaligen totalen Sonnenfinsternis hören können: Sie fand gegen Mittag statt. J.M. Großbritannien Antwort Rache für das Suppenhuhn! S.K. Großbritannien

Fehlkonstruktion Frage Bei der Gartenarbeit sah ich einen Käfer vorbei­ krabbeln. Ein falscher Schritt, und er landete auf dem Rücken. Wenn ich nicht eingegriffen hätte, wäre er in die­ ser Lage geblieben und hätte wahrscheinlich sterben müssen. Wie kommt es, daß diese grundlegende und potentiell tödliche Fehlkonstruktion in Millionen von Jahren der Evolution nicht ausgemerzt wurde? G.P. Großbritannien

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Antwort Hätte der Briefschreiber den auf dem Rücken liegenden Käfer sich selbst überlassen, wäre dieser nicht bis zu seinem Tod so liegengeblieben. Käfer und andere Insekten verfügen über vielfältige Methoden, sich unter solchen Umständen wieder aufzurichten - schließlich tre­ ten diese, wie der Schreiber richtig vermutet, oft und zufällig ein. Am bekanntesten ist die Technik der Schnellkäfer (Elateridae), die sich in die Luft schleudern können. Dazu klinken sie einen stumpfen Dorn aus, der in einer speziellen Vertiefung am Bauch unter Spannung gehalten wird. Wie vielen Lesern aufgefallen sein dürfte, unternimmt der Schnellkäfer oft mehrere Versuche, ehe er wieder auf den Beinen landet, doch mit der Zeit hat er in der Regel Erfolg. Es gibt auch andere, weniger ausgefeilte Tricks, mit de­ nen Käfer ihre Lage korrigieren: Sie breiten die Flügel aus, arbeiten mit den Beinen und schaukeln ihren Körper in Längs- oder Querrichtung. Wer mehr über das Thema erfahren möchte, sollte folgende Arbeit lesen: Comparative righting behaviour of insects (Vergleich des Aufrichtverhaltens von Insekten) von J. T. Chao, Chung Hsing University, Taiwan, 1985. CS.

Zoologische Abteilung, University of the West Indies, St. Augustine,

Trinidad und Tobago

Antwort Nur eine kleine Zahl von Käfern ist so gebaut, daß diese Art von Problem auftreten kann. Ich habe beispielsweise im Labor mit mehreren Marienkäfer-Arten (Coccinellidae) gearbeitet, und die meisten sind in der Lage, relativ leicht wieder auf die Beine zu kommen. Es sind eher die größeren Arten mit stark gekrümmten Deckflügeln, die sich auf dem Rücken liegend wiederfin­ 23

den. Marienkäfer, die auf einer glatten Oberfläche auf dem Rücken zu liegen kommen, entfalten schließlich ihre häutigen hinteren Flügel, die normalerweise unter den Deckflügeln verborgen sind, und richten sich mit deren Hilfe wieder auf. Demnach lautet ein Teil der Antwort, daß nur sehr wenige Arten auf dem Rücken landen; wenn es dennoch passiert, können sie sich am Ende mit Hilfe ihrer Hinterflügel umdrehen. Während der in langen Zeiträumen ablaufenden Evolution sind Käfer, die sich in Wäldern der gemäßigten Zone und im Grasland entwickelt haben, wahrscheinlich recht selten auf vollkommen glatte Oberflächen oder nackte Erde gestoßen, die völlig frei von Pflanzenabfällen waren. Unter normalen Bedingungen dürften Grashalme, abge­ fallene Blätter und Stengel einen ausreichenden Halt für Käfer geboten haben, wenn diese durch Zufall in die Rükkenlage gerieten. Der schützende Panzer läßt Käfer seltener Räubern zum Opfer fallen und bietet zahlreiche weitere Vorteile, die eine gelegentliche Landung auf dem Rücken bei weitem aufwiegen. All das hat zum enormen evolutionären Erfolg der Käfer beigetragen. Sowohl nach absoluten Zahlen als auch nach der Anzahl der Arten sind Käfer die erfolgreichste Tiergruppe auf unserem Planeten. T.L.

Zentrtim zur Erforschung tierischer Schädlinge, Ontario, Kanada

Antwort Ich habe so meine Zweifel, ob der betreffende Käfer ein gesundes Exemplar war, das einfach nur durch Zufall umgefallen ist und sich nicht mehr umdrehen konnte. Wahrscheinlicher dürfte es ein altes, krankes oder geschwächtes Tier gewesen sein, das am Ende seiner Lebensspanne angekommen war. Käfer in diesem Zustand verlieren ihre Beweglichkeit und Koordinationsfähigkeit 24

so weitgehend, daß ihr Gang sehr instabil wird. Setzt man sie auf eine harte, ebene Oberfläche, fallen sie häufig auf den Rücken und schaffen es nicht mehr, sich wieder aufzurichten. Ich habe das unzählige Male bei einer Reihe von Käferarten beobachtet. Ich bin in der Nähe von Milwaukee in Wisconsin (USA) aufgewachsen. Dort gab es eine ziemlich große Population von Carabus nemoralis, einer Laufkäfer­ art, die aus Europa in die USA eingeschleppt worden ist. Auf dem Bürgersteig fand ich häufig Käfer, die auf dem Rücken lagen. So oft man sie auch umdrehte, landeten sie stets wieder auf dem Rücken und verendeten bald darauf. Ich konnte auch Käfer beobachten, die aus dem Bewuchs am Rand der Bürgersteige kamen, nur um sogleich in Rükkenlage zu geraten. Setzte man diese Käfer wieder auf die Beine, selbst inmitten der Pflanzen, taumelten sie umher und fielen erneut auf den Rücken, wenn sie den Gehweg erreichten. Deswegen habe ich den Verdacht, daß die »unzulängliche« Konstruktion in Wahrheit darauf beruht, daß ohnehin sterbende Käfer auf eine glatte, harte Oberfläche trafen, wie man sie in der Natur normalerweise nicht vor­ findet. Angesichts der Tatsache, daß ungefähr jedes fünfte Lebewesen ein Käfer ist und daß diese Tiere praktisch alle bekannten Lebensräume und Nischen besetzt haben, würde ich eher sagen, daß Käfer in Wahrheit sehr gut konstruierte Tiere sind. D.H.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

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Ei, genau Frage Warum sind die meisten Eier so geformt, wie wir das kennen? M. W. Großbritannien Antwort Für die eigentümliche Form der Eier gibt es mehrere Gründe. Zum einen können sie so im Nest enger und mit kleineren Zwischenräumen aneinanderliegen. Dadurch wird der Wärmeverlust verringert und der verfüg­ bare Platz im Nest optimal genutzt. Zudem rollt das Ei, wenn es in Bewegung gerät, im Kreis um sein verjüngtes Ende. Das heißt, auf einer (annähernd) ebenen Oberfläche dürfte das Ei nicht so leicht davon- oder gar aus dem Nest herausrollen. Drittens ist die charakteristische Eiform für den Vogel beim Legen angenehmer (vorausgesetzt, das runde Ende tritt zuerst aus) als die Kugel- oder die Zylin­ derform. Zum Schluß noch der wichtigste Grund: Die Form der Hühnereier ist perfekt an Eierbecher und Eierhalter in den Kühlschranktüren angepaßt. Das ist bei keiner anderen Form der Fall. A. W. Großbritannien Antwort Die meisten Eier sind eiförmig (ovoid), weil die Struktur von Eiern mit Ecken oder Kanten schwächer wäre; außerdem wären sie eindeutig mühsam zu legen. Eine Kugel hätte die stärkste Struktur, doch kugelförmige Eier würden wegrollen, was besonders für Vögel, die auf Klippen nisten, nicht sehr vorteilhaft wäre. So aber rollen die meisten Eier auf kreisförmiger Bahn; wenn sie zur Ruhe kommen, zeigt das verjüngte Ende hangaufwärts. In 26

der Tat weichen bei Vögeln, die auf Klippen nisten, die Eier stärker von der Kugelform ab, so daß sie in einem engeren Bogen rollen. J.E. Großbritannien Antwort Die charakteristische Form der Eier ist eine Folge des Legevorgangs im Inneren der Vögel. Das Ei wird mit peristaltischen Bewegungen durch den Eileiter befördert - die in einer Reihe von Ringen angeordneten Muskeln dieses Organs entspannen sich vor dem Ei und ziehen sich dahinter wieder zusammen. Wenn das Ei seinen Weg durch den Eileiter beginnt, ist seine Schale weich und kugelförmig. Die Kontraktionen der Ringmuskeln deformieren das hintere Ende des Eies von einer Halbkugel zu einer konischen Form, während die Halbkugel am vorderen Ende wegen der sich entspannenden Muskeln erhalten bleibt. Mit der Einlagerung von Kalk in die Eihaut wird diese Form fixiert. Anders verhält es sich bei den weichschaligen Eiern von Reptilien, die nach dem Austritt ihre Kugelform wieder annehmen kön­ nen. Möglicherweise spielen Selektionsvorteile wie die bessere Packungsdichte im Nest und die Einschränkung des Wegrollens eine Rolle bei der Fortpflanzung von Individuen, die Eier mit stärker ausgeprägter ovoider Form legen (vorausgesetzt, diese Tendenz ist ererbt). Doch die Form an sich ist eher eine unvermeidliche Folge der Eiablage, nicht sosehr das Ergebnis von evolutionärem Selektionsdruck. A. M.-G. Großbritannien

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Glasige Viechereien Frage Ich habe im Fernsehen einen Film gesehen, der eine Vielzahl wunderschöner durchsichtiger Lebewesen aus der Tiefsee zeigte. Darunter war auch ein Tintenfisch, der abgesehen von den Augen und der Tintendrüse voll­ kommen durchsichtig war. Warum sind diese Wesen durchsichtig, wie kommt das zustande, und - falls es ein Gen für Durchsichtigkeit gibt wäre es möglich (wenn nicht sogar wünschenswert), Menschen durchsichtig zu machen? J.F. Schweden Antwort Einige mehrzellige Organismen sind fast vollkommen durchsichtig, und viele besitzen zumindest einige durchsichtige Körperteile oder Gewebe. Die er­ staunlichsten Beispiele aus der Tierwelt sind einige Tiefsee-Tmtenfische und der Klemkrebs Phronima, einige Arten von Meeres- und Süßwassergarnelen, praktisch alle etwa 100 Arten der Pfeilwürmer (Chaetognatba), die Flügel mancher Schmetterlinge (Callitaera menander), die räuberisch lebenden Wasserlarven eines Insekts namens Chaoborus und sogar manche Fischarten wie der Ostindische Glaswels. Durchsichtig zu sein macht es offensichtlich schwerer, sowohl von Räubern als auch von Beutetieren gesehen zu werden. Durchsichtigkeit erlaubt es Meerestieren, Wasserschichten mit unterschiedlichen Färbungen und Lichtverhältnissen zu durchqueren, ohne sich Sorgen um eine Anpassung der Körperfarbe machen zu müssen. Selbst Säugetiere besitzen durchsichtige Gewebe wie Fingernägel und Augenlinsen. Eine durchsichtige Medusenart, die ich 1967 im Südat­ 28

lantik aufgefischt habe, war so perfekt lichtdurchlässig und bikonvex, daß es mir gelang, mit Hilfe des durch ihren Körper gebündelten Sonnenlichts eine Zigarette anzuzünden. Durchsichtige Gewebe haben einige Merkmale gemein­ sam: keine oder sehr wenige Blutgefäße, fehlende Pigmentzellen, extrazelluläre Hohlräume, die kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, sowie eine relativ gleichmäßige und regelmäßig wiederholte Struktureinheit. Gewöhnlich sind Mucopolysaccharide und Kollagen beteiligt, wenn Tiere durchsichtig sind, aber Glykoproteine (bei Quallen) und Chitin (bei Insekten) können auch vorkommen. Einige Gewebe können keinesfalls durchsichtig sein. Selbst in durchsichtigen Lebewesen wirken Nerven immer weiß, weil sie so viele Lipide enthalten, und wegen ihres Sehpurpurs (Rhodopsm) muß die Retina immer pigmentiert sein. Der Mageninhalt kann selbstverständlich nicht unsichtbar gemacht werden. Um die Durchsichtigkeit zu erhalten, muß Energie aufgewandt werden. Tote Gewebe verlieren diese Eigenschaft schließlich - dieser Vorgang verläuft schneller, wenn Wärme hinzukommt, so bei den Augenlinsen gekochter Fische. Das alles erklärt, warum der berühmte »unsichtbare Mann« im Fernsehen nie dabei gezeigt wurde, wie er ein Glas Wein trank. V. M.-R. Finnland

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Glückstreffer Frage Die Vögel hier fressen vorwiegend kleine schwarze Insekten. Wie kommt es dann, daß sie mich ge­ legentlich mit einer weißen und widerlich auffälligen Ausscheidung aus großer Höhe bombardieren? M.R. Großbritannien

Antwort Es ist ein weitverbreiteter Irrglaube, daß es sich bei den weißen Ausscheidungen, die Vögel fallenlassen, um Kot handelt. In Wahrheit ist es eine Form von Harn. Anstelle von Harnstoff scheiden Vögel eher Harnsäure aus, weil diese ein unlöslicher Feststoff ist. Damit vermeiden sie es, bei der Urinabgabe Wasser zu vergeuden - eine ihrer Anpassungen, die einem guten Verhältnis von Energie zu Gewicht dienen. G.C.

Universität Sydney, Australien

Antwort Das weiße Material, das die Ausscheidungen von Vögeln (und auch vielen Reptilien) umgibt, ist deren Urin. Die primitiveren Wirbeltiere scheiden giftige Stickstoffabfälle relativ direkt aus, da sie über reichlich Wasser verfügen, mit dem sie Substanzen wie Ammoniak in Lösung bringen können. Das ist bei Vögeln und Reptilien (hier zumindest bei Eidechsen und Schlangen, mit deren Ausscheidungen ich mich gut auskenne) anders. Es hat den Anschein, als sei die Umwandlung ihrer giftigen Stickstoffabfälle in eine relativ unlösliche Verbindung eine evolutionäre Anpassung. Diese hat sie in die Lage versetzt, auf dem Land anstatt im Wasser zu leben und sogar ökologische Nischen zu besetzen, wo Wasser selten ist. 30

In solchen Lebensräumen ist es besonders wichtig, daß kein zusätzliches Wasser gesucht werden muß, mit dem giftige Abfallstoffe aufgelöst und aus dem Körper geschwemmt werden können. Vögel und Eidechsen haben dieses Problem gelöst, indem sie eine Möglichkeit entwikkelt haben, eine Paste aus unlöslicher und relativ ungiftieer Harnsäure zu bilden. Interessanterweise bringen Vögel, die mit ihrer Nahrung große Mengen Ballaststoffe aufnehmen - zum Beispiel das Erika fressende Schottische Moorhuhn und das Schneehuhn -, Ausscheidungen hervor, die dem Kot der Guinea-Schweine sehr ähnlich sind. Ihr Kot ist so voluminös, daß man darin nur ganz selten die verräterischen weißen Flecken ihres Urins ausmachen kann. P.G.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Vögel machen das aus großer Höhe, weil es von weiter unten viel zu einfach wäre, das Ziel zu treffen - das wäre keine Herausforderung. Das Ausgeschiedene muß weiß sein, damit sie aus der besagten großen Höhe erkennen können, wo es landet und wen es trifft. S. B. T. Großbritannien Antwort Die vorhergehenden Briefschreiber lassen eine Tatsache außer Acht: die Herkunft aus dem Ei. Die Evo­ lution unlöslicher Ausscheidungen hat nichts mit einem guten »Energie-Gewichts-Verhältnis« zu tun oder der Fähigkeit, »in ökologischen Nischen mit Wasserknappheit zu leben«. Vielmehr hat sie sich entwickelt, weil alle Vögel und viele Reptilien ihr Leben in einem Ei beginnen. Selbst große eierlegende Amnioten (Tiere, deren Embryonen in einer Eihülle aufwachsen), die wie Pinguine und Kroko­ 31

dile später im Wasser leben, müssen diese frühe Phase überleben, ohne ihre mit einer Schale umschlossene Hülle mit irgendwelchen wasserlöslichen Stoffwechselprodukten zu vergiften. Ö. T. Island

Paprikadose

Frage Diese Frage wurde zuerst in der Newsgroup scibotany aufgeworfen, aber von niemandem beantwor­ tet. Vielleicht können ja Leser des New Scientist weiterhelfen? Folgendes: Schneidet man eine Paprika auf, findet man einen Hohlraum vor. Es gibt jedoch keine Öffnungen in der Frucht, durch die Luft eindringen könnte. Wie setzt sich das Gas in diesem Hohlraum zusammen, und wie ist es dort hingekommen? Falls eine grüne Paprikaschote Chloroplasten enthält: Würde eine grüne Schote mehr Sauerstoff und weniger Kohlendioxid enthalten als rote, gelbe oder orangefarbene Früchte? R. C. Großbritannien

Antwort Die Ansicht des Fragestellers, daß es »keine Öffnungen in der Frucht gibt, durch die Luft eindringen könnte«, ist nicht ganz richtig. Die Oberfläche der Paprika (Capsicum) besitzt wie die der meisten anderen Pflanzen sogenannte Stomata. Diese Spaltöffnungen werden von einem Paar spezieller Zellen, den Schließzellen, gesteuert und nach den Bedürfnissen der Pflanze geöffnet oder ge­ schlossen. Sie kommunizieren mit einem ausgedehnten Netz von Luftkammern innerhalb der Gewebe, ohne die 32

der zur Photosynthese und zur Atmung erforderliche Gasaustausch nicht stattfinden könnte. Deshalb stammt die Luft in der Paprika aus der Atmosphäre, sie gelangt auf dem Weg über die Stomata und die intrazellulären Luftkammern in der Fruchthülle hinein. Ursprünglich sind alle Paprikafrüchte grün und besitzen funktionierende Chloroplasten. Demnach wäre es möglich, daß die Photosynthese in diesem Stadium für eine gewisse Anreicherung mit Sauerstoff sorgt, allerdings nur geringfügig, da es ohne einen Gasaustausch mit der Außenluft keine Quelle für das Kohlendioxid gäbe, das für die fortlaufende Photosynthese notwendig ist. Sobald die Paprika reift und sich dabei rot oder gelb färbt, stellen die Chloroplasten ihre Arbeit ein und wandeln sich in Chromoplasten um. Diese enthalten faserige Ablagerungen von Carotinoiden und Protein. In diesem Stadium findet keine Photosynthese mehr statt; abgesehen vom Wasserdampfgehalt dürfte sich das Gas im Inneren wahrscheinlich nicht sehr von der Außenluft unterscheiden. G.C. Australien Antwort Während die Paprika sich entwickelt, diffun­ dieren die Atmosphärengase in den wachsenden Hohl­ raum der Frucht. Die Zusammensetzung der Gase im Inneren hängt sowohl von der Atmungsrate als auch vom Widerstand gegenüber der Gasdiffusion ab. In der Regel ist die Atmungsrate der Gewebe desto höher, je unreifer die Paprikafrucht ist. Wir wollten in unserem Laboratorium mit Hilfe der Gaschromatographie herausfinden, wie das Gasgemisch im Inneren verschieden gefärbter Paprikafrüchte zusam­ mengesetzt ist. Die durchschnittlichen Prozentanteile von 33

Sauerstoff bzw. Kohlendioxid waren: grün 19,85 und 0,0068; gelb 18,45 und 1,08; rot 18,36 und 1,15. Möglicherweise kam der höhere Sauerstoff-/niedrigere Kohlendioxidanteil in der grünen Frucht durch Photosynthese zustande, da der Labortisch während aller Mes­ sungen im vollen Sonnenlicht lag. Normalerweise ist die Lichtintensität in Innenräumen jedoch viel zu niedrig, als daß sie nennenswerte Photosynthese in geernteten Früchten unterstützen konnte. J.A.und A.H. Großbritannien

Poppige Frage Frage Was ist der Unterschied zwischen Mais, Zuckermais und Puffmais? Was macht Zuckermais süß, und was läßt Puffmais poppen? A. C. Großbritannien Antwort Das englische Wort corn bezeichnet* insbesondere die Früchte (Körner) der Getreidepflanzen. Im Eng­ land steht corn allgemein für Weizen, in den USA dagegen für Mais der Art Zea mays. Puffmais und Zuckermais sind lediglich zwei der vielen gewerblich angebauten Maissorten, jede Sorte hat unterschiedliche Eigenschaften und wird für jeweils andere Zwecke kultiviert. Das Nährgewebe im Inneren des Getreidekorns wird Endosperm genannt. Es ist ein spezielles Vorratsgewebe, das dem Pflanzenembryo Nährstoffe liefert, wenn der

* wie das deutsche Wort Korn - Anm. d. Ü.

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Same keimt. Außerdem ist es für den Menschen ein Quelle für Kohlenhydrate. Beim Puffmais (Sorte Z. mays var. everta) ist der äußere Bereich des Endosperms hart, das In­ nere dagegen weich. Erhitzt man das Korn, verwandelt das Wasser im Kern sich in Dampf, was den Samen aufplatzen läßt (so entsteht das Geräusch, das man hört) und das Innere nach außen bringt. Beim Zuckermais (Z. mays var. saccharata) enthält das Endosperm mehr Saccharose als bei anderen Sorten: Deshalb schmeckt er süß. In Europa und den USA wird er als Gemüse angebaut, in Mexiko und Südafrika verwendet man ihn, um Bier zu brauen. E.S. Großbritannien

Antwort Wie alle Getreidearten speichert Mais in seinen Samenkörnern Kohlenhydrate als Nährstoffreserve. Ver­ schiedene Zucker gelangen in das wachsende Samenkorn und werden zu Stärke umgewandelt. Wenn das Korn reift, wird überschüssiges Wasser entfernt, wobei harte, trokkene Stärke zurückbleibt. Bei den für die meisten Zwecke verwendeten Maissorten wird der gesamte Zucker in trockene Stärke verwandelt - sie werden Hart- oder Steinmais genannt. Zuckermais wird geerntet, ehe dieser Prozeß abgeschlossen ist, so daß das Korn feucht und süß bleibt. Beim Puffmais enthält das Zentrum des Endosperms zum Zeitpunkt der Ernte noch viel Wasser, während die äußere Schicht bereits hart ist. Erhitzt man ihn, verwandelt sich das Wasser im Inneren in Dampf und sprengt das Korn auf. Es gibt noch andere Maissorten (eine davon wird zu Maismehl verarbeitet), bei denen die Stärke weich bleibt. Sie wurden von den amerikanischen Ureinwohnern verwendet, weil sie leicht zu mahlen waren. Außerdem gibt es 35

noch einen Mais mit wachshaltiger Schale, der ein Mehl mit einer Konsistenz wie Tapiokamehl* ergibt. J.G. Großbritannien

Antwort Mais ist so intensiv wie keine andere Feldfrucht genetisch untersucht worden, und weltweit werden Hunderte verschiedener Maissorten angebaut. Nach der Struktur ihrer Körner werden diese in fünf Handelstypen eingeteilt: Zahnmais, Stein- oder Hartmais, Weich- oder Stärkemais, Puffmais und Zuckermais. Vor der Ankunft der Europäer wurde diese Kulturpflanze auf dem gesam­ ten amerikanischen Kontinent angebaut - Mais war die grundlegende Nahrungspflanze aller präkolumbianischen Kulturen Amerikas. Die Körner des Zuckermais enthalten ein glänzendes süßes Endosperm, das im unreifen Zustand durchsichtig ist. Ein rezessives Gen auf dem vierten Chromosom ver­ hindert, daß der Zucker sich teilweise in Stärke umwan­ delt. Man erntet ihn jung und unreif, wenn die Körner prall, aber noch weich und milchig sind. Sobald die silbrigen Fäden oberhalb der Blatthülle welken und braun werden, können die Kolben abgebrochen, gekocht und wie Gemüse verzehrt werden. Allerdings fängt der Zucker zwanzig Minuten nach dem Pflücken an, sich in Stärke umzuwandeln. Deshalb sollte Kolbenmais absolut frisch sein, wenn man ihn süß wünscht. Aus demselben Grund wird tiefgefrorener oder in Dosen abgepackter Zuckermais nach der Ernte schnellstmöglich verarbeitet. In Amerika ist Zuckermais aus der Dose das beliebteste Gemüse.

* Tapioka oder Maniok ist ein tropisches Wolfsmilchgewächs, das in entsprechenden Klimazonen als Stärkelieferant angebaut wird. - Anm. d. Ü.

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Beim Puffmais sind die Körner klein und enthalten einen hohen Anteil von sehr hartem Endosperm, dazu einen kleinen Anteil weicher Stärke im Zentrum. Erhitzt man ihn, dehnt die Feuchtigkeit sich als Dampf aus, was das Korn aufplatzen und explodieren läßt. Dadurch wird das Endosperm als schmackhafte, lockere Masse nach außen gekehrt. Diese kann man dann mit frisch zubereitetem Karamelzucker überziehen und erhält so kandiertes Popcorn. Andere Maissorten springen auf, ohne zu explodieren. In England wird kein Puffmais angebaut*; er wird aus den USA und in letzter Zeit auch aus Südafrika eingeführt. A.L. Großbritannien

Rot oder weiß? Frage Warum ist rotes Fleisch rot und weißes weiß ? Welcher Unterschied zwischen den Tieren ist für die verschie­ denen Farben von Fleisch verantwortlich? T.W. Großbritannien Antwort Rotes Fleisch ist rot, weil die Muskelfasern, aus denen Fleisch hauptsächlich besteht, sehr viel Myoglobin und Mitochondrien enthalten, die so gefärbt sind. Myo­ globin ist ein ähnliches Protein wie das Hämoglobin in den Blutzellen und dient in den Muskelzellen als Sauerstoffspeicher. Mitochondrien sind Organellen innerhalb der Zelle; sie stellen mit Sauerstoff das ATP (Adenosin­

in Deutschland ebensowenig - Anm. d. Ü.

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triphosphat) her, das die Energie für die Muskelkontraktion liefert. Dagegen findet sich in den Muskelzellen von weißem Fleisch nur ein geringer Anteil von Myoglobin und Mitochondrien. Der Farbunterschied im Fleisch verschiedener Tierarten wird vom relativen Anteil dieser beiden Grundtypen von Muskelfasern bestimmt. Die Fasern der roten Muskeln er­ müden langsam, während die Fasern der weißen Muskeln rasch nachlassen. Ein aktiver, schnell schwimmender Fisch wie der Thunfisch besitzt einen hohen Anteil ermüdungsresistenter roter Muskeln im Fleisch, während ein weniger aktiver Fisch wie die Scholle vor allem über weiße Muskeln verfügt. T.L Großbritannien Antwort Die Färbung von Fleisch wird durch Myoglobmkonzentration im Muskelgewebe bestimmt; diese führt zu der braunen Farbe, die das Fleisch beim Garen annimmt. Bei Hühnern und Puten wird immer unterstellt, sie hätten weißes Fleisch. Wenn diese Arten jedoch im Freiland gehalten werden, ist ihr Fleisch (besonders das der Beine) braun. Das liegt daran, daß Vögel, die im Freiland aufwachsen, mehr Bewegung haben und fitter sind als Geflügel, das in engen Käfigen lebt. Je mehr Bewegung, desto besser funktioniert die muskuläre Atmung, und der höhere Myoglobingehalt im Muskelgewebe sorgt dafür, daß das Fleisch dunkler wird. Rindfleisch ist immer dunkler, weil die Rinder den ganzen Tag auf der Weide sein dürfen; Schweinefleisch dagegen ist weiß, weil Schweine (auch die im Freiland) faul sind. T.F. Großbritannien 38

Bohrinselbewohner Frage Ich arbeite auf einer Ölplattform in der Nordsee und habe mich oft gefragt, was die zahlreichen Möwen, die wir hier haben, bei schwerem Wetter machen. Sicherlich können sie Stürme nicht auf dem Wasser aussitzen oder darüber hinwegsegeln - und ich gehe davon aus, daß sie nicht zur Küste fliegen. Was machen sie also? C. McG.

In der Nordsee

Antwort Manche Vögel können Stürme auf hoher See tatsächlich aussitzen. Sie finden Nahrung, und ihre Federn bleiben wasserdicht und halten sie warm. Papageientaucher und Tordalke bleiben in England an der Küste, überwintern aber im Mittelatlantik. Auch Windstärke 10 ist kein Problem für sie: Wenn eine große Welle sich über den Vögeln bricht, tauchen sie einfach auf der anderen Seite wie ein Korken wieder auf. D.J.

Zoologische Abteilung der Universität Oxford, Großbritannien

Antwort Einige Vögel können einen Sturm recht gut abfliegen und sich den Wind zunutze machen. Allerdings können sie unter solchen Bedingungen nicht ständig in der Nähe einer bestimmten Bohrinsel bleiben - deshalb wer­ den Sie sie während eines Sturmes nicht sehen. J.R. Südafrika

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Antwort Vögel fliegen ins Landesinnere. Ich habe zwölf Jahre in Birmingham gelebt - sehr viel weiter kann man sich in England nicht vom Meer entfernen. Bei stürmischem Wetter saßen Scharen von Möwen auf unserer Mauer und auf dem Dach und plünderten unsere Mülltonnen; auch auf den Mülldeponien in der Umgebung gab es Tausende von Möwen. P.M. Großbritannien Diese anscheinend widersprüchlichen Antworten sind alle teilweise zutreffend. Was geschieht, hängt jeweils von der Vogelart, ihrem Standort und den Wetterbedingungen ab. Manche Vogel können Stürme auf der Wasseroberfläche aussitzen. Die Alke, zu denen auch die Papageientaucher und die Lummen gehören, verlassen am Ende der Brutsai­ son das Land und sind an ein Leben auf hoher See angepaßt. Während der Mauser verlieren die Papageientaucher zeitweilig ihre Flugfähigkeit; ihnen bleibt dann kaum etwas anderes übrig, als auf dem Wasser zu bleiben. Zum Glück macht es ihnen, weil sie unter Wasser jagen, nichts aus, wenn sie bei rauher See vorübergehend unter Wasser geraten. Auch andere tauchende Vögel einschließlich der meerestauglichen Pinguinarten auf der Südhalbkugel können Stürme aussitzen. Größere Vogelarten dürften eher in der Luft Zuflucht suchen. Bei Tölpeln (die an Land nisten, aber einen großen Teil ihres Lebens auf offener See zubringen), Eissturmvögeln, Sturmvögeln und größeren Möwenarten ist das wahrscheinlich der Fall. Der Albatros könnte starken Wind sogar bevorzugen, da er in Stürmen große Entfernungen zurücklegen kann. Bei kleineren Möwen ist es wahrscheinlicher, daß sie an Land Zuflucht suchen. Doch man sollte nicht übersehen, 40

daß Möwen bei der Nutzung von Mülldeponien sehr er­ folgreich geworden sind - einige ihrer Kolonien im europäischen Binnenland haben ihre Bindungen an das Meer effektiv verloren. Während starker Stürme kann es allen auf dem Meer lebenden Vogelarten passieren, daß sie zufällig auf dem Land stranden. In England gehört der Leach-Sturmvogel zu diesen Arten, der zwar auf hoher See lebt, bei Sturm jedoch oft an Land geblasen wird. - Die Red. (Wir danken der Königlichen Vogelschutzgesellschaft für ihre Hilfe.)

Überall Wasser Frage Was trinken Seehunde oder andere Meeressäuger? L.R. Neuseeland

Antwort Meeressäuger trinken nicht. Sie beziehen alles Wasser von den Fischen, die sie fressen. Wenn sie keine entsprechende Nahrung erbeuten, leiden sie sehr schnell an Wassermangel. Falls sie in Gefangenschaft oder Pflege nicht fressen, muß man ihnen mit einem Schlauch oder einer Flasche Süßwasser verabreichen. A.M. Großbritannien

RÄTSEL

UND ILLUSIONEN

Bumm Bumm

Frage Warum hört man, wenn der Space Shuttle zur Erde zurückkehrt, einige Sekunden nach dem ersten Überschallknall einen zweiten? A.H. USA Antwort Die Frage läßt sich in zwei Teilen beantworten. Erstens: Warum gibt es überhaupt einen Überschallknall? In einigen Medien - beispielsweise in Luft oder Wasser entspricht die Schallgeschwindigkeit der Geschwindig­ keit, mit der deren Moleküle ihren jeweiligen Nachbarn die Information übermitteln können, daß etwas sich nähert oder zurückweicht. Bewegt ein Objekt sich langsamer als mit Schallgeschwindigkeit durch ein derartiges Medium, eilt ihm die Kompressionswelle, die es in Bewegungsrichtung erzeugt (ebenso wie die Welle des entsprechenden Unterdrucks hinter ihm), voraus. Die daraus resultierenden Örtlichen Schwankungen von Dichte und Druck sind in der Regel recht bescheiden. Wenn das Objekt jedoch schneller da­ hinflitzt, als die Botschaft vorankommt, kann es extrem heftige und energiereiche Anhäufungen von Molekülen aufbauen, die ihren außerordentlichen Überschwang gern in unkontrollierter Weise loswerden. In Luft können wir eine solche Schockwelle normalerweise nicht sehen, in Wasser ist sie ein vertrauter Anblick. Es handelt sich einfach um die Welle, die ein Boot erzeugt, das schneller unterwegs ist als die Wellen des von ihm durchquerten Wassers. Anhand dieser Analogie mit dem Wasser läßt sich auch sehr gut zeigen, weshalb der Überschallknall zweimal oder sogar mehrmals auftritt. Wie wir beobachten können, erzeugt ein Boot gewöhnlich zwei 45

verschiedene Störungen: Eine geht vom Bug, die andere vom Heck aus, und beide verlassen das Boot als V-förmig verlaufende Kämme. Wenn es so etwas wie ein »Überschall-Unterseeboot« gäbe, würden die Störungen von Bug und Heck, wenn das Boot sich vollständig unter Wasser befände, je einen Kegel bilden, weil sie sich in drei Dimensionen ausbreiten könnten. Im Fall des überschallschnellen Flugzeugs erzeugt jede der zahlreichen abrupten Kanten seines Rumpfprofils (wie Tragflächen und Heckflosse) ebenfalls eine Reihe dieser konischen Schockwellen. Wie bei dem Boot gehen auch bei dem Space Shuttle die beiden hauptsächlichen Schockwellen vom Bug und vom Heck aus, und diese erzeugen je einen Überschallknall, während sie unterhalb der Raumfähre über die Landschaft hinwegziehen. Die Analogie mit dem Wasser läßt sich fortsetzen: Dieses Phä­ nomen entspricht tatsächlich der Welle eines Bootes, die auf die Küstenlinie trifft. M.D. USA Antwort Wenn die Raumfähre wieder in die Atmo­ sphäre eintritt, erzeugt sie Schockwellen, die sich als Über­ schallknall auswirken. Da die Fähre 37 Meter lang ist, hört ein Mensch auf dem Boden zweimal einen solchen Knall. Einer wird von der Schockwelle der Spitze, der andere von der des Hecks erzeugt - sie liegen etwa eine halbe Sekunde auseinander. Eigentlich erzeugen alle überschallschnellen Flugzeuge einschließlich der Concorde einen Doppelknall, doch weil Knall 1 und 2 so nah beieinanderliegen, hört man sie als ein einziges Geräusch. R.M.

Wellcome Wing Project, Wissenschaftsmuseum, London

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Antwort Das Phänomen kommt einfach daher, daß die Raumfähre, wenn sie aus der Umlaufbahn mit Überschallgeschwindigkeit (Mach 15 und mehr) wieder in die Atmosphäre eintritt, mit der Nase eine Schockwelle erzeugt (der erste Überschallknall, der zu hören ist), aber auch mit den Spitzen der Tragflächen oder der Heckflosse (der zweite Knall). Der zeitliche Verzug zwischen diesen beiden Phänome­ nen erklärt sich aus dem Abstand zwischen Nase und Heck der Fähre und wird in der Zeit, bis die beiden Schockwellen den Erdboden erreicht haben, noch vergrößert. Zu Beginn liegen die beiden Wellen nur 37 Meter auseinander, doch bis zu einem Zuhörer auf dem Boden vergrößert dieser Abstand sich erheblich. Dieser Vorgang beruht auf den geringfügig abweichenden Winkeln, in denen die beiden Schockwellen sich vom Bug bzw. Heck ab­ lösen. Bis die Wellen auf dem Boden ankommen, hat die winzige Winkeldifferenz sich proportional ausgewirkt, und die Menschen hören einen Doppelknall. Windkanalversuche der NASA mit Modellen der Fähre zeigen deutlich, wie von verschiedenen Stellen des Raumfahrzeugs Schockwellen ausgehen, die durch die zahlreichen dort vorhandenen Kanten erzeugt werden. M.M. Großbritannien

Energieverlust Frage Worum handelt es sich bei dem sogenannten »Schleudereffekt«, mit dem interplanetarische Raumsonden beschleunigt werden? Offensichtlich macht man sich dabei die Anziehungskraft eines Planeten zunutze, doch mein naives Physikverständnis sagt mir, daß jegliche kine­ 47

tische Energie, die bei der Annäherung an einen Körper gewonnen wird, als potentielle Energie verlorengeht, wenn das Flugobjekt sich wieder entfernt. Wie schafft es das Raumfahrzeug, dem Planeten Energie abzuzapfen? D. B. Großbritannien Antwort Ich hatte dasselbe Problem wie der Fragesteller, als ich zum ersten Mal von der Sonde Voyager hörte, die den »Schleudereffekt« ausnutzt. Natürlich gewinnt eine Raumsonde unter dem Strich keine Energie, wenn sie einfach durch ein stationäres Schwerefeld fällt. Doch Jupiter und sein Gravitationsfeld bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1300m/sec um die Sonne. Ähnlich einem Surfer, der von einer Welle vorangetrieben wird, wird jede Sonde, die hinter dem Planeten vorbeifliegt, von diesem sich bewegenden Schwerefeld beschleunigt. Die Energie stammt nicht aus dem Gravitationsfeld, sondern von der kinetischen Energie des Planeten auf seiner Umlaufbahn; dieser wird um einen winzigen Betrag langsamer, wodurch er entsprechend näher an die Sonne gerät. Während er auf die Sonne zufällt, wird der Planet wieder schneller, und paradoxerweise ist er am Ende schneller als vorher. Würde man Jupiter um 10-15 Meter (etwa der Durchmesser eines Protons) näher an die Sonne heranbringen, würden mehr als 416 Megajoule freigesetzt. M.B. Großbritannien

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Schinken schillert grün Frage Was verursacht das grünliche Schillern, das ich oft auf Speck und Schinken sehe? Ist es schädlich, und weshalb verschwindet es, wenn man beide erhitzt? Kommt das auch bei anderen Nahrungsmitteln vor? G.G. Großbritannien Antwort Am ehesten findet man ein solches Schillern bei Lebensmitteln, die Spuren von Fett in Wasser enthalten. Solange diese Mischung kühl ist, trennt sie sich im mikroskopischen Maßstab in einen Film auf, ähnlich dem Öl auf einer nassen Straße. Bei manchen Arten von kaltem Fleisch, zum Beispiel bei in bestimmter Weise angeschnittenem Rindfleisch oder einigen Schinken, kann man eine hübsche Opaleszenz beobachten. Die Schönheit eines Opals kommt durch das Licht zustande. Es wird von mikroskopischen Kügelchen eines glasartigen Materials gebrochen und gestreut, das in Schichten mit jeweils unterschiedlichem Brechungsindex angeordnet ist. Im Fleisch stammt dieser Effekt von mikroskopisch kleinen Fettkügelchen, die in wasserhaltigem Muskelgewebe in Suspension vorliegen. Erhitzt man das Fleisch, dann zerstört man die Tröpfchen und verändert die optischen Eigenschaften der Anordnung, was den Effekt verschwinden läßt. J.R. Südafrika Antwort Die grüne Farbe, die man gelegentlich auf Speck und Schinken beobachtet, wird von nicht krankmachenden Bakterien verursacht, die das zum Sauerstofftransport dienende Protein Myoglobin zersetzen und zu 49

Porphyrin-Derivaten abbauen. Diese Derivate sind große heterozyklische Verbindungen, die grün gefärbt sein können. S.B.

Abteilung für Biochemie und Mikrobiologie der Rhodes-Universität,

Südafrika

Antwort Mein Vater, der in den zwanziger und dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts allein im australischen Busch lebte, aß Fleisch entweder frisch, kurz nachdem das Tier getötet worden war, oder nachdem es so lange in einem Baum gehangen hatte, bis es ein glänzendes Grün zeigte. Um die Fliegen fernzuhalten, wurde das Fleisch währenddessen in einen Sack gesteckt. Er behauptete, die grüne Farbe hätte gezeigt, daß das Fleisch nun gefahrlos verzehrt werden könnte - ihn hat es ja offenkundig nicht umgebracht. Es besteht jedoch kaum ein Zweifel, daß der Geschmack sich erheblich verändert haben dürfte. J.M. Australien Irisierende Effekte kommen durch Licht zustande, das auf eine Oberfläche trifft und gestreut wird. Die gestreuten Wellen überlagern einander und erzeugen ein Farbenspektrum, das sich je nach Standort des Beobachters ändert. Wenn jedoch ein helles Grün anstelle eines nur irisierenden Schimmers zu sehen ist, dürfte das Fleisch bloß noch für die abgehärteten Mägen jener geeignet sein, die den australischen Busch durchstreifen. - Die Red.

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Glückliche Wiederkehr Frage Warum kommt ein Bumerang zurückgeflogen? A.L. Großbritannien Antwort Einen Bumerang kann man mit zwei sich drehenden Flugzeugflügeln vergleichen, die in der Mitte verbunden sind. Sie müssen ihn annähernd senkrecht halten, ehe Sie ihn rotierend abwerfen. Diese Drehung sorgt da­ für, daß die jeweils obere Tragfläche sich schneller vom Werfer entfernt als die untere. Dadurch wirkt auf die obere Fläche eine stärkere seitliche Kraft (ähnlich dem Auftrieb an einer Flugzeugtragfläche) als auf die untere, was den Bumerang ein wenig kippen läßt - etwa so, als würde jemand gegen Ihre Schulter drücken. Die Flugbahn geht in eine Kurve über. Ähnliches geschieht, wenn Sie mit dem Fahrrad fahren und sich zur Seite neigen: Das Fahrrad ändert seine Richtung und beschreibt schließlich eine Kreisbahn. A.C. Großbritannien Antwort Ein Bumerang kehrt zurück, weil aerodynamische und gyroskopische Effekte zusammenwirken. Im wesentlichen ist er als rotierender Flügel mit zwei oder mehreren tragflächenförmigen Abschnitten aufgebaut. Man wirft ihn so ab, daß seine Rotationsebene um etwa 20 Grad von der Senkrechten abweicht. Außerdem muß er in schnelle Umdrehungen (üblicherweise 10 U/sec) versetzt werden; die jeweils obere Fläche rotiert in Flugrichtung. Dadurch bewegt der obere Flügelabschnitt sich schneller durch die Luft als der untere und erzeugt so einen stärkeren Auftrieb. Daraus resultiert eine Ge­ 51

samtkraft in Drehrichtung sowie ein Drehmoment, das die Drehebene aus ihrer ursprünglichen Richtung auslenkt. Weil der Bumerang rotiert, verhält er sich wie ein Krei­ sel. Während das auslenkende Drehmoment angreift, än­ dert die Drehachse des Bumerangs (auf Grund des stabilisierenden Kreiseleffekts nur allmählich) ihre Richtung (dieser Vorgang heißt auch Präzession). Mit der sich kon­ tinuierlich verändernden Drehebene wird das Fluggerät in einer Kurve zum Werfer zurückgeführt. In der Bewegung des Bumerangs lassen sich noch weitere Effekte erkennen - seine Drehebene wandert von der ursprünglich um 20 Grad gegen die Senkrechte gekippten Ausrichtung in die Waagrechte, so daß er in horizontaler Lage zum Werfer zurückkommt. Hier wirken einige aero­ dynamische Effekte ebenfalls mit der gyroskopisehen Präzession zusammen. Vor allem die jeweils vordere Flügelkante des rotierenden Bumerangs erzeugt eine stärkere Auftriebskraft als die Kanten auf der hinteren Seite, weil an letzterer die Luftströmung gestört ist. Das erzeugt eine zusätzliche Drehung, die den Bumerang dazu bringt, seine Drehebene an die Horizontale anzugleichen. In einem Ar­ tikel der Novemberausgabe des Scientific American von 1968 erklärt Felix Hess den Vorgang in allen Einzelheiten. R. K. und P. C.

Universität Adelaide, Australien

Antwort Die Frage läßt sich ganz einfach beantworten: Die meisten Bumerangs kehren nicht zurück, und sie sollten es auch nie*. Die Ureinwohner Australiens stellten

* Sie sollen vielmehr ein Ziel treffen und dann irgendwo daneben liegenbleiben. - Anm. d. Ü.

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Bumerangs für die Jagd und den Fischfang her, weniger für Sport und Spiel. So haben sie auf dem größten Teil des australischen Kontinents keinen Bumerang konstruiert, der wieder zurückkommt. Was sie zurückbekamen, wenn sie einen Bumerang geworfen hatten, war eher frische Nahrung, oder sie besiegten damit einen Gegner. Ich habe gesehen, wie Mitglieder des Warlpiri-Stammes mit einem sogenannten Karli-Bumerang ein Ziel in 100 Meter Entfernung trafen. Die geschicktesten Werfer des Karli-Bumerangs benutzen diese tödliche Waffe mit erstaunlicher Leichtigkeit. Die Warlpiri stellen auch den Wirlki her (er ist auch als »hakenförmiger« oder »Siebener«-Bumerang bekannt), der im Kampf eingesetzt wird. In ganz Australien, auch in Gebieten, wo man keine Bumerangs herstellt, verwendet man sie bei zeremoniellen Anlässen paarweise als Rhythmusinstrumente. Solche Bumerangs werden für rituelle Zwecke noch immer über Tausende von Kilometern hinweg gehandelt. In Australien gab und gibt es eine erstaunliche Vielfalt von Bumerangs. Dazu hat das South Australian Museum eine Übersicht herausgegeben: Boomerang: Behind an Australian Icon, von Philip Jones. CM. Australien

Mücken-Los? Frage Wie ist es möglich, daß Mücken sogar bei einem Wolkenbruch fliegen können, ohne von den Regentropfen getroffen und ersäuft zu werden?

L.P. Großbritannien

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Antwort Ein fallender Regentropfen schiebt eine ganz winzige Druckwelle vor sich her. Diese Welle drückt die Mücke seitlich weg, so daß der Tropfen sie verfehlt. Fliegenklatschen bestehen aus feinem Maschengewebe oder haben Löcher in der Oberfläche, damit diese Druckwelle klein bleibt - andernfalls würden Fliegen und Mücken den meisten Fliegenklatschen entkommen. A.L. Großbritannien Antwort Die Welt der Mücken ist nicht wie die unsere. Wegen der unterschiedlichen Größenordnung läßt der Zusammenstoß von Regentropfen und Mücke sich mit der Kollision eines mit der Geschwindigkeit eines Regentropfens (Geschwindigkeit ist von der Größenordnung unabhängig) bewegten Autos und einem Menschen vergleichen, der nur ein Tausendstel seiner normalen Dichte besäße - etwa die eines dünnen Gummiballons gleicher Form und Größe. Ein Ballon würde einfach aus dem Weg flutschen; er würde nur platzen, wenn das Auto ihn gegen ein Hindernis drückte. T.N. Großbritannien

Das ist ein Knaller Frage Warum knallt das Ende einer Peitsche? D.I. Großbritannien

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Antwort Bei dem Knall handelt es sich eigentlich um einen Überschallknall - das Ende der Peitschenschnur durchbricht dabei die Schallmauer. Möglich ist das, weil die Peitsche vom Stiel bis zur Spitze immer dünner wird. Benutzt man sie, pflanzt sich die Energie, die dem Griff mitgegeben wird, als Schwingung über die ganze Länge der Peitsche fort. Auf diesem Weg wirkt die Welle auf einen ständig kleiner werdenden Querschnitt sowie eine kontinuierlich abnehmende Masse. Die Energie der Welle läßt sich als eine Funktion aus Masse und Geschwindigkeit beschreiben. Da diese Energie erhalten bleiben muß, folgt aus der im Verlauf der Schwingung abnehmenden Masse der Peitschenschnur, daß die Geschwindigkeit der Welle zunehmen muß. Die Schwingung wird also ständig schneller und erreicht das Ende der Schnur schließlich mit Schallgeschwindigkeit. M. C Großbritannien Antwort Wenn die Schwingung die Spitze der Peitschenschnur erreicht, muß ihre Energie abgeleitet werden. Ein Teil davon geht in die Luft über, der Rest erzeugt eine reflektierte Welle, die die Peitsche entlang aufwärts wandert. In dem Augenblick, in dem die ursprüngliche Welle an der Spitze ankommt und sich anschickt, umzukehren, erfährt sie eine kurze, aber ungeheuer große Beschleunigung. Das führt dazu, daß sie sich schneller als der Schall bewegt. AP. Großbritannien

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L(e)icht phantastisch Frage Weshalb zeigen meine CDs auf der metallisch glänzenden Seite seltsame Muster, wenn ich sie unter dem fluoreszierenden Licht der Schlafzimmerlampe betrachte? Bei Tageslicht oder unter einer normalen Glühbirne wirken sie einfach nur glänzend und lassen eine schwache ringförmige Textur erkennen. Das unter fluoreszierendem Licht sichtbare Muster tritt nur auf einer Seite - der Seite ohne Tonspur - in Erscheinung, und es ist unregelmäßig. H.S. Großbritannien Antwort Fluoreszenzlampen sehen weiß aus, sind es aber nicht. Sie täuschen uns mit einer verborgenen Mixtur bestimmter Farben, die unseren Augen als ziemlich gute Annäherung an Weiß erscheint. Farbfernsehgeräte und Computerbildschirme zeigen genau dieses Weiß, aber dort ist es aus lediglich drei Farben zusammengesetzt. In fluoreszierendem Licht betrachtete Gegenstände zeigen möglicherweise nicht ihre echten Farben, weil sie nur die begrenzte Zahl von Farben reflektieren können, die die Lichtquelle abgibt. Vielleicht benötigt man Lichtquellen wie die Sonne, die das vollständige Spektrum abstrahlen, wenn das Objekt sein wirkliches Aussehen zeigen soll. Die Rillen in der reflektierenden Beschichtung einer CD rufen Interferenzen zwischen den Lichtwellen hervor. Am deutlichsten sind diese Interferenzen bei monochromatischem Licht einer einzigen Wellenlänge zu erkennen. Demzufolge sorgt jede Lichtquelle, die nicht das gesamte Spektrum abstrahlt, für eine spektakuläre Wirkung. M. C. Großbritannien

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Die lebenden Toten Frage Auf ihrer jüngsten CD singt die Amerikanerin Laurie Anderson den Refrain »Nun, da die Lebenden zahlreicher sind als die Toten ...«. Stimmt das? Falls ja: Wann ist das eingetreten? Falls nein: Wann könnte das, wenn überhaupt, der Fall sein? Gibt es gute Schätzungen der Bevölkerungszahlen vor Beginn der Geschichtsschreibung? J. W. Frankreich Antwort Die folgenden Aussagen beruhen auf einer Reihe von Berechnungen, die das Internationale Institut für Statistik veröffentlicht hat. Falls die Weltbevölkerung sich schon immer mit der gegenwärtigen Rate vermehrt hätte (was auf eine Verdoppelung innerhalb der durchschnittlichen Lebensdauer der Menschen hinausliefe), dann würden die Lebenden in der Tat zahlreicher sein als die Toten. Doch so ist es nicht gewesen. In der Vergangenheit gab es sehr lange Perioden, in denen die Bevölkerungszahl kaum zunahm, sondern nur die Zahl der Toten anstieg. Für den geschichtlich überlieferten Zeitraum gibt es erstaunlich viele Informationen über die Bevölkerungszahlen, beispielsweise aus den Volkszählungen der Römer wie der Chinesen. Für die Zeit davor gibt es Schätzungen, die sich auf die Gebiete der Welt stützen, in denen Ackerbau oder Jagd betrieben wurde, wobei man die Zahl von Menschen berechnete, die mit den jeweiligen Verfahren zur Nahrungsmittelproduktion pro Hektar ernährt werden konnten. Nach den Schätzungen, die J.-N. Biraben zusammengetragen hat, lebten um 40000 v. Chr. etwa 500 000 Menschen. Ihre 57

Zahl wuchs - allerdings nicht kontinuierlich - im ersten Jahrtausend nach Christus auf etwa 200-300 Millionen. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts gab es dann ungefähr 1 Milliarde Menschen auf der Welt. Multipliziert man die Bevölkerungszahlen mit der ge­ schätzten Sterberate, stellt sich heraus, daß es zwischen 40000 v. Chr. und der Gegenwart eine Zahl von Toten gegeben hat, die in der Größenordnung von 60 Milliarden liegt. Derzeit leben auf der Welt (nur) etwa 6 Milliarden Menschen. Selbst wenn man die Genauigkeit der historischen Schätzungen nicht allzu hoch bewerten darf, können die Fehler kaum so groß sein, daß sie die Schlußfolgerung in Frage stellen würden, wonach es eine weit größere Zahl von Toten als von Lebenden gibt. Das ist immer der Fall gewesen und wird auch in aller Zukunft so bleiben. R.T. Großbritannien Antwort Im Paradies war die Zahl der Lebenden (2) größer als die der Toten (0). G.L.P. Großbritannien

Antwort In dem indischen Epos Mababbarata stellt der Gott Yama, Hüter der Unterwelt und all dessen, was rechtschaffen ist, Yudhisthira viele Fragen, darunter auch die oben genannte. Damit wollte er Yudhisthiras Wissen, seine Argumentationsfähigkeit und seine Wahrheitsliebe auf die Probe stellen. Yama hatte sich in der Gestalt eines Storches verborgen, der einen Teich bewachte, aus dem Yudhisthiras vier Brüder tranken. Keiner von ihnen konnte auch nur eine ein­ zige Frage beantworten; alle wurden getötet. Der Storch 58

Yama fragte: »Welche sind zahlreicher, die Lebenden oder die Toten?« Yudhisthira antwortete: »Die Lebenden, denn die Toten sind nicht mehr!« Yama akzeptierte diese und alle anderen Antworten Yudhisthiras, und zwar mit Freuden, denn Yudhisthira war eigentlich Yamas Sohn. Er segnete ihn und erweckte auch seine toten Brüder wieder zum Leben. S.A Großbritannien

Aufblasbare Herausforderung Frage Warum ist ein länglicher Ballon so viel mühsamer aufzublasen als ein runder? H.S. Großbritannien

Antwort Um einen Ballon aufzublasen, muß man Über­ druck erzeugen. Der Gummi liefert dabei das Äquivalent der Oberflächenspannung einer Blase. Der Überdruck in einer Blase ist ihrem Radius umgekehrt proportional, folglich ist es sehr viel schwieriger, einen Ballon mit kleinerem Radius aufzublasen. (Hierzu ein hübscher Partytrick: Man verbindet zwei aufgeblasene Ballons unterschiedlicher Größe mit einem kurzen, luftdicht verschlossenen Röhrchen. Auf die Frage, was geschieht, wenn man diese Verbindung öffnet, antworten viele, die Luft werde vom großen Ballon in den kleineren strömen. In Wahrheit geschieht das Gegen­ teil.) Außerdem ist die Kraft, die beim Aufblasen eines Ballons überwunden werden muß, seiner Oberfläche pro­ portional - diese erreicht bei allen kugelförmigen Hohl­ 59

räumen ihr Minimum. Deshalb besitzen Blasen diese Form. R.S. Großbritannien

Antwort Längliche Ballons sind schwerer aufzublasen, weil zum Aufblasen von Ballons mit kleinerem Durchmesser im Vergleich zu größeren zusätzlicher Druck erforderlich ist. Damit der Ballongummi sich dehnt, muß er mit einer bestimmten Kraft belastet werden (Ingenieure definieren diese Belastung als Kraft pro Flächeneinheit, also zum Beispiel Kilogramm pro Quadratzentimeter). Diese Kraft im Gummi ist dem Luftdruck sowie dem Ver­ hältnis des Ballondurchmessers zur Dicke des Gummis proportional. Bei zwei Ballons mit gleich dickem Gummi ist für den kleineren höherer Druck erforderlich, um die gleiche Belastung hervorzurufen. So benötigt man für einen kleinen Ballon, dessen Durchmesser unaufgeblasen die Hälfte eines größeren beträgt, tatsächlich den doppelten Luftdruck, um ihn aufzublasen. Deshalb sind längliche Ballons viel schwerer aufzublasen als runde - ihr Durchmesser ist viel kleiner als bei den letzteren. Dieser Effekt spielt auch eine Rolle, wenn man runde Ballons verschiedener Größen aufbläst. Außerdem erklärt sich so, weshalb ein Ballon leichter aufzublasen ist, sobald der Gummi sich zu dehnen beginnt und dünner wird. Das mindert den Druck, der zum weiteren Aufbla­ sen nötig ist. Zudem verringert auch der zunehmende Durchmesser des größer werdenden Ballons den erforderlichen Druck. Als Regel gilt, daß immer weniger Druck benötigt wird, solange der Ballon weiter aufgeblasen wird. Doch kurz bevor der Ballon platzt, steigt der erforderliche Druck nor­ 60

malerweise merklich an. Denn kurz bevor die Hülfe reißt, muß eine größere Last auf den Gummi wirken, wenn er sich weiter ausdehnen soll. B.S.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Seiltrick Frage Unter welchen Bedingungen und warum sind Stricke und geflochtene Seile stärker als dieselbe Anzahl einzelner Fasern? P.A. Großbritannien

Antwort Stricke, Geflechte und Gewebe können manchmal eine höhere Festigkeit aufweisen als die Summe der einzelnen Festigkeiten der vereinten Fasern in jeder beliebigen Richtung. Prüft man Fasern auf Zugfestigkeit, werden Schwachpunkte entlang ihres Verlaufs tendenziell zu den schwächsten Gliedern - an diesen Stellen wird die Faser reißen. In einem Seil werden die Schwachpunkte der einzelnen Fasern jedoch zufällig über die gesamte Länge verteilt. Da die Bestandteile des Seils miteinander verzwirnt sind, steigt der senkrecht zur Seilachse verlaufende Druck zwi­ schen den einzelnen Fasern. Die daraus resultierende stär­ kere Reibung macht es möglich, daß benachbarte Fasern ohne Schwachpunkte in dem betreffenden Abschnitt ein­ ander zusätzliche Festigkeit mitgeben. Normalerweise er­ reicht man die optimale Festigkeit eines Seils, wenn die Verzwirnungsachsen der Fasern innerhalb des Aufbaus aus Einzelsträngen, verbundenen Strängen und Trossen in Richtung der Seilachse verlaufen. Bei zu geringer Verzwir­ 61

nung kommt keine ausreichende Druckkraft mit entsprechender Reibung und damit nicht die optimale Festigkeit zustande. Verzwirnt man die Fasern zu stark, geraten die Fasern der Einzelstränge, verbundenen Stränge oder Trossen m eine Position, in der Scherkräfte auf sie wirken, was die Festigkeit des Seils ebenfalls beeinträchtigt. Was bestimmte Geflechte und Gewebe angeht, so erzeugt die Verflechtung der Garnfäden dort Druckkräfte, wo ein Kett- oder Schußfaden einen Faden der jeweils anderen Richtung kreuzt. Bei Geflechten und Geweben gegebener Größe und Garnart gibt es jeweils einen optimalen Aufbau, der die Druckkräfte zwischen den einzelnen Fäden maximiert und so für Reibungseigenschaften sorgt, mit denen die größte Festigkeit zustande kommt. Weniger Garn hätte unzulängliche Druck- und Reibungskräfte sowie Festigkeitseigenschaften zur Folge. Sind dagegen zu viele Fasern beteiligt, wachsen die Scherkräfte, was das Garn schwächt. B. W. USA

Antwort Ein Seil ist stärker als eine Gruppe parallel lau­ fender einzelner Fasern, weil letztere »verzwirnt« sind. Diese Verzwirnung sorgt dafür, daß unter Last jede Abweichung von der Belastungsrichtung (Biegen im Gegensatz zu reiner Zugspannung) sehr schnell verteilt wird. Die Achse einer Faser an der äußeren Oberfläche einer Bie­ gung (sie ist folglich stärker belastet) wandert innerhalb einer halben Umdrehung der Verzwirnung entlang des Seils zur inneren Oberfläche und umgekehrt. Damit tra­ gen alle Fäden einen weitgehend gleichen Anteil der Belastung. Belastet man eine vergleichbare Anzahl parallel laufender Stränge, sorgt jede Abweichung von der Belastungs­ 62

richtung dafür, daß einige Fasern stärkeren Kräften ausgesetzt sind als andere. Sie reißen zuerst, und die von ihnen getragene Last hängt nun an den verbleibenden Strängen. Sollten einige von diesen ebenfalls nahe an ihrer Belastungsgrenze sein, reißen auch sie - damit beginnt das ganze Seil auseinanderzureißen. Der Effekt ist durchaus handfest: Die Reißfestigkeit einzelner Glasfaserstränge zur Betonarmierung beträgt ungefähr 3,5 Gigapascal, während eine Anordnung von 204 parallel laufenden Glasfasern nur die Hälfte dieses Wertes erreicht. P.P.

Materialforschungsgruppe der Aston-Universität, Großbritannien

Schiefes Licht Frage Bei einer Physik-Vorführung stellte der Lehrer eine brennende Kerze auf einen Drehteller. Wir erwarteten, die Flamme würde sich während der Drehung nach außen richten, doch sie zeigte nach innen. Niemand konnte uns bisher das Phänomen erklären. Gibt es Leute, die dazu in der Lage sind? R.H. Großbritannien Ja, die gibt es. Doch trotz einer großen Zahl von Antworten erkannten wir, daß wir viele von ihnen zusammenfü­ gen mußten, um ein klares Bild zu bekommen. Zunächst aber war es ein großes Problem. - Die Red. Antwort Meine erste Reaktion auf die Frage: Ich konnte es nicht glauben. Ich wiederholte das Experiment, und natürlich verlief es nicht so wie beschrieben. Während die 63

Kerze um den Mittelpunkt des Drehtellers kreiste, blieb die Flamme stets ein wenig hinter der Kerze zurück, so wie sie auch zurückhängt, wenn man sich mit einer Kerze vorwärtsbewegt. G.K. Großbritannien Antwort Für mich gehört es zu den großen Vergnügen des Lebens, am Sonntagmorgen im Bett zu liegen und den neuesten New Scientist fertig zu lesen, wobei ich perver­ serweise mit der Letzten Seite anfange. Dieses Wochenende lief es jedoch anders. Das erste Morgenlicht sah mich mit einer Kerze auf einem drehbaren Käseteller in der Küche. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 60 Umdrehungen pro Minute blieb die Flamme einfach ein wenig hinter der Kerze zurück und zeigte keinerlei Neigung, nach außen oder innen zu weisen. Später wiederholte ich den Versuch auf einem Schallplattenteller mit 78 U / min mit demselben Ergebnis. Ist mir da etwas entgangen? J.A. Großbritannien Ja, J. A. und G. K., Euch ist etwas entgangen, auch wenn wir Euren Eifer und Eure Verbundenheit nur loben können. Also zuerst einmal... - Die Red. Antwort Wenn man diesen Effekt sehen will, muß man die Kerze einschließen, da die Flamme sonst gegen die Be­ wegungsrichtung strömt. Also: Kerze in Marmeladenglas, Marmeladenglas auf den Rand des Drehtellers. D.M. Großbritannien

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Antwort Die Flamme zeigt deswegen einwärts, weil der Drehteller eine schwache Zentrifuge darstellt. D.B. Großbritannien Da die Luft in dem Marmeladenglas wie in einer Zentrifuge im Kreis gedreht wird, bewegt die dichtere Luft sich nach außen; die Folgen sind vorhersehbar. - Die Red. Antwort Die Kerzenflamme neigt sich aus demselben Grund zur Mitte des Drehtcllers, der sie auch dazu bringt, sich nach oben statt nach unten zu orientieren. Das heiße Gas der Flamme ist weniger dicht als die kältere Luft der Umgebung, und diese dichtere Luft um die Kerze bewegt sich auswärts, was die Flamme im Gegenzug einwärts zwingt. Wenn ich wirklich pingelig wäre, würde ich sagen, daß die Kerzenflamme mit ihrer geringeren Dichte durch die gleiche Zentripetalkraft stärker beschleunigt wird. Laut Newtons Gesetz ist bei gleicher Kraft das Produkt aus Masse und Beschleunigung gleich. Bei kleinerer Masse muß also die Beschleunigung größer sein. Für die Physik in der Schule ist es einfacher, wenn man sich vorstellt, daß die Kraft sich auf die dichtere Luft stärker auswirkt. S. A. B.

Universität von Alaska, Fairbanks, USA

Man könnte es auch mit Hilfe von Bezugsrahmen ausdriikken oder eine exakte Berechnung anstellen. - Die Red.

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Antwort Man versteht leichter, weshalb die Flamme nach innen zeigt, wenn man ein ähnliches Problem in einem linearen Bezugsrahmen betrachtet. Sie fahren im Auto, in dem sich auch ein Heliumballon befindet, der an einer Schnur befestigt ist. Was geschieht mit dem Ballon, wenn Sie scharf bremsen? Während Sie nach vorn gegen den Sicherheitsgurt gedrückt werden, bewegt der Ballon sich zum hinteren Teil des Wagens. Da nämlich die Luft im Fahrzeug wegen ihrer Trägheit genau wie Sie weiter vorwärtsdrängt, reagiert der Ballon, indem er sich zum niedrigsten Luftdruck hinbewegt. Und der Anteil der Wagenluft mit der geringeren Dichte befindet sich eben hin­ ten. Die Kerzenflamme steigt in vergleichbarer Weise auf. Ihre Form ist das Ergebnis einer komplizierten Wechselwirkung zwischen dem heißen brennenden Wachs am Docht und der Erwärmung der ihn umgebenden Luft. Auch hier strömt die Flamme in die Richtung des geringsten Drucks - zur Rotationsachse. Der Vergleich rundet sich damit, daß die Kerze (wie das Auto) im Vergleich zu der Luft in der Umgebung der Flamme eine Beschleunigung erfährt; in bezug auf die Kerze strömt die Luft radial nach außen. Die Flamme reagiert, indem sie sich nach in­ nen richtet. T.T.

Universität von Tasmanien, Australien

Antwort Die Luft innerhalb eines geschlossenen Behälters würde die weniger dichten Gase innerhalb der Flamme unter dem Einfluß des Feldes der Zentripetalkraft in Richtung auf das Rotationszentrum verdrängen. Die Flamme stellt sich dabei in einem Winkel mit dem Bogen­ maß (a/g) zur Senkrechten, wobei a die Beschleunigung durch die Zentripetalkraft ist. 66

Dieser Effekt läßt sich durch einen heliumgefüllten Ballon in einem Auto demonstrieren. Beim Beschleunigen neigt der Ballon sich nach vorn, beim Bremsen nach hinten; in Kurven richtet er sich zur Innenseite aus. Dabei wird dieselbe Formel angewandt. Bei einem Auto, das mit 50 km/h eine Kurve mit einem Radius von 20 Metern durchfährt, sollte der Ballon um etwa 44 Grad aus der Senkrechten ausgelenkt werden. N.H. Großbritannien Und noch eine einfachere Demonstration desselben Effekts. - Die Red. Antwort Legt man eine Wasserwaage so auf den Drehteller, daß sie wie eine Fahrrad speiche vom Zentrum nach außen weist, wandert die Gasblase während der Drehung rasch einwärts. Der massereichere Spiritus hat die leichtere Gasblase dorthin gedrückt. C.S. Großbritannien

Flatterbälle Frage Da ich viele Ballsportarten gespielt habe, kenne ich den Magnus-Effekt, der dafür sorgt, daß ein sich im Uhrzeigersinn (von oben gesehen) drehender Ball in einem flachen Bogen nach rechts fliegt. Ähnlich folgt ein Ball mit Rückwärtseffet einer gestreckten, fließenden Flugbahn. Diese Effekte lassen sich bei Lederfußbällen, Tennisbällen und Tischtennisbällen beobachten. Wenn man dagegen einem dieser in Tankstellen und am Strand verkauften Plastikbälle einen Effet mitgibt, kann man das 67

Gegenteil sehen: Eine Drehung im Uhrzeigersinn ergibt eine Abweichung nach links, und ein Rückwärtseffet führt zu einem heimtückisch abtropfenden Schuß. Eigentlich sind diese Bälle nichts anderes als größere Ausgaben von Tischtennisbällen, denen auch jede Vertiefung oder Oberflächenstruktur fehlt. Warum also reagieren sie anders­ herum auf Effet? R.B. Großbritannien Dieses Problem wurde in dem Artikel »The seamy side of swing bowling« (New Scientist vom 21. August 1993, S. 21) recht ausführlich behandelt. Am besten läßt es sich mit der »Grenzschichtablösung« erklären. Wenn ein Ball durch die Luft fliegt, ist seine Oberfläche mit einer dünnen Luftschicht überzogen, die von ihm mitgerissen wird. Die Luft jenseits dieser Schicht bleibt unbe­ einflußt. Zwischen der mitgerissenen und der ungestörten Luft hegt eine dünne Grenzschicht. Vor dem Ball bewegt diese Schicht sich nur langsam. Doch auf ihrem Weg um den Ball nimmt ihre Geschwindigkeit zu, wodurch sie weniger Druck ausübt (dem Bernoulli-Gesetz zufolge nimmt der Druck von Flüssigkeiten und Gasen auf überströmte Oberflächen mit zunehmender Geschwindigkeit ab). An einer bestimmten Stelle löst die Grenzschicht sich von der Oberfläche des Balles. Bei einem glatten Ball ohne Effet geschieht das gleichmäßig. Rotiert der Ball aber, lost die Grenzschicht sich asymmetrisch ab und bedeckt so auf der einen Seite des Balles einen größeren Bereich als auf der anderen. Dadurch ergibt sich auf der einen Seite des Balles eine größere Fläche mit niedrigem Druck, was den Ball in diese Richtung lenkt. Bei der normalen Auslenkung (wie sie durch den MĮ­ gnus-Robins-Effekt hervorgerufen wird) nimmt der Ball 68

mit seinem Effet eine sehr dünne Luftschicht mit. Auf der Seite des Balles, an der seine Rotation in der gleichen Richtung verläuft wie der umgebende Luftstrom, verlagert der Punkt der Grenz Schichtablösung sich dadurch nach hinten, während er auf der Seite, die gegen den Luftstrom rotiert, nach vorne wandert. Der verminderte Druck auf der Seite mit der ausgedehnteren Grenzschicht veranlaßt den Ball, in diese Richtung von seiner ursprünglichen Flugbahn abzuweichen. Deshalb läßt ein Effet im Uhrzeigersinn den Ball von links nach rechts fliegen. (Man könnte das Geschehen auch anders ausdrücken: Wenn der Punkt der Grenzschichtablösung sich verschiebt, wird der Verlauf der Stromfäden der Luft, die den Ball umgeben - seine Wirbelschleppe -, auf die eine Seite verlagert, so daß der Ball nach der anderen Seite hin abweicht.) All das setzt voraus, daß die Strömung in der Grenzschickt laminar fließt, daß also jeweils glatte Luftschichten aufeinandergleiten. In der Praxis kann ein Teil des Luftstroms turbulent verlaufen, wodurch die Luft innerhalb der Schicht sich chaotisch bewegt, und in diesen Fällen kann es zu einer umgekehrten Auslenkung kommen. In Versuchen hat sich gezeigt, daß turbulente Schichten länger an der Oberfläche des Balles haften als laminare Schichten. Wenn also die Grenzschicht auf der einen Seite turbulent und auf der anderen laminar ist, kann der Druck auf der turbulenten Seite niedriger sein - der Ball wird dann in diese Richtung ausgelenkt. Unter bestimmten Umständen kommt es vor, daß sich zunächst auf der Seite des Balles, die sich mit dem Luftstrom bewegt, Turbulenzen entwickeln. Hier löst die Grenzschicht sich später ab, was zu einer umgekehrten Auslenkung führt. Ob Turbulenzen auftreten, hängt von der Art des Balles, seiner Geschwindigkeit, seiner Größe und seiner Rotation ab; in manchen Sportarten läßt sich 69

deshalb häufiger eine umgekehrte Abweichung beobachten als in anderen (siehe die folgenden Antworten). In Sportarten wie Cricket*, bei denen man Bälle mit Nähten verwendet, haben die Werfer zusätzliche Möglichkeiten, mit Hilfe von Turbulenzen Abweichungen in beiden Richtungen hervorzurufen. Geschickte Spieler können den Ball beim Abwurf so rotieren lassen, daß seine Naht immer in einem bestimmten Winkel zur anströmenden Luft steht. Die Naht beeinflußt die Strömung, was die Grenzschiebt nur auf der Nahtseite des Balles turbulent werden läßt. Dadurch löst die Grenzschicht sich hier später vom Ball - eine heimtückische Flugbahn ist die Folge. Wird dem Ball genügend Geschwindigkeit mitgegeben, kann diese Abweichung umgekehrt werden. Bei den äußerst hohen Geschwindigkeiten, die Werfer der Weltklasse schaffen (mehr als 130 km/h), bewegt die Luft sieb so schnell, daß die Grenzschicht turbulent wird, noch ehe sie die Naht des Balles erreicht hat. In diesem Fall drückt die Naht die Grenzschicht weg, was diese dazu bringt, sich auf der Nahtseite des Balles früher abzulösen. Dadurch fliegt der Ball nicht in die erwartete, sondern in die entgegengesetzte Richtung - das ist dann einer dieser Flatterbälle ! Auch gewöhnliche Spieler können diesen Effekt erreichen, wenn ihr Ball angerauht ist, da eine rauhe Oberfläche leichter zu einer turbulenten Grenzschicht führt. Natürlich ist es ein Regelverstoß, den Ball vorsätzlich aufzurauhen. Die Red.

* englisches Schlagballspiel - Anm. d. Ü.

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Antwort Die umgekehrte Bahnabweichung bei einem Plastikfußball beruht auf der sogenannten Grenzschichtablösung: Auf der Seite des Balles, an der die relative Geschwindigkeit der Luft gegenüber dem Ball größer ist, wird die Strömung m der Grenzschicht turbulent. Auf der anderen Seite bleibt sie dagegen laminar. Die laminare Grenz­ schicht löst sich von der Oberfläche des Balles, sobald sie nicht mehr vom Luftstrom an diese gedrückt wird. Dagegen hält die turbulente Grenzschicht den Kontakt mit der Oberfläche auch um den Ball herum aufrecht. Dadurch wird die Wirbelschleppe hinter dem Ball gegen dessen Rotationsrichtung abgelenkt, und damit wirkt eine Kraft auf diejenige Seite des Balles, die sich gegenläufig zum Luft­ strom bewegt (also von rechts nach links, wenn er sich im Uhrzeigersinn dreht). Wie sich in Versuchen gezeigt hat, bestimmt sich die Richtung, in der ein Ball ausgelenkt wird, aus dem Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit seiner Oberfläche und seiner Fluggeschwindigkeit. In die gegenläufige Richtung wird er dann abgelenkt, wenn dieses Verhältnis klein ist (unter 0,4), während der »reguläre« Magnus-Effekt bei jedem höheren Verhältnis auftritt. Damit laßt sich wahrscheinlich erklären, warum der schneller rotierende Tennisball in die entgegengesetzte Richtung abgelenkt wird wie ein Fußball. O.H.

Universität Leeds, Großbritannien

Antwort Gewöhnlich wird die Bahnabweichung eines rotierenden Balles auf den Magnus-Effekt zurückgeführt. Doch bereits ein Jahrhundert vor Heinrich Magnus hat Benjamin Robins rotierende Kanonenkugeln untersucht und im Jahre 1742 eine Erklärung dafür veröffentlicht, 71

weshalb diese selbst an windstillen Tagen von ihrer Flugbahn abwichen. B.W. Neuseeland

Mittlerweile bezieben viele Veröffentlichungen sich auf den Magnus-Robins-Effekt. Doch man sollte nicht vergessen, daß Isaac Newton sich schon 1672 dazu geäußert hat, wie die Flugbahn eines Balles durch seine Rotation beein­ flußt wird. - Die Red.

SELTSAME NATUR

Stark bewölkt Frage Warum ändern Wolken, kurz bevor es zu regnen beginnt oder ein schweres Gewitter droht, ihre Farbe zu einem sehr dunklen Grau? M.B. Australien Antwort Kurz bevor der Regen fällt, wird das flauschige Weiß der Wolken dunkler, weil sie dann mehr Licht absorbieren. Wolken erscheinen normalerweise weiß, wenn das auf sie fallende Licht von den kleinen Eis- oder Wasserpartikeln gestreut wird, aus denen sie bestehen. Sobald diese Teilchen jedoch größer werden - das geschieht, kurz bevor Wolken anfangen, in Regen überzugehen -, wird das Licht in zunehmendem Maße nicht mehr gestreut, sondern absorbiert. Dadurch kommt sehr viel weniger Licht beim Betrachter auf der Erde an, und die Wolken wirken dunkler. K.A. Großbritannien

Flach und steinig Frage Als ich einen steinigen Strand entlangspazierte und ein paar Kiesel übers Wasser hüpfen ließ, fiel mir auf, daß die flachsten Steine (die man auch am besten über die Wellen flitzen lassen kann) sich eher in größerer Entfernung vom Meer an der oberen Kante des Strands häuften. Welchen Grund könnte das haben? M.R. Großbritannien 75

Sage und schreibe 25 Leser sandten uns die amüsante Antwort, daß all die flachen Steine speziell an diesem Ort zu finden sind, weil die näher am Meer liegenden Kiesel schon von anderen aufs Wasser hinausgeworfen wurden. Möglicherweise liegt sogar ein Körnchen Wahrheit in diesen Erklärungsvorschlägen. Dennoch haben wir den Verdacht, daß die wahren Gründe im folgenden erläutert werden. ­ Die Red. Antwort Küstensedimente stellen ein dynamisches Sy­ stem dar. Die Arbeit der Wellen schwemmt die Sedimente ständig an der Küstenlinie entlang, bis diese an eine Stelle gelangen, wo die Wellenenergie durch die örtliche Topo­ graphie so weit vermindert ist, daß ein Sedimenttransport nicht mehr möglich ist. Dort werden sie abgelagert. Aufgrund der jeweils vorherrschenden Wetterbedin­ gungen, der Ausformung des Strandes und der Küsten­ linie, der Windwirkung während der Wellenentstehung, der Topographie des Festlandssockels vor der Küste und so weiter sind manche Strände über längere Zeit hinweg der Einwirkung höherer Wellenenergie unterworfen als andere. In der Folge werden die Sedimente in Abhängig­ keit vom Ort der Ablagerung sortiert oder nach Größe voneinander getrennt, wenn sie sich unterschiedlich leicht transportieren lassen. Strände, die dem Einfluß höherer Wellenenergien ausgesetzt sind, setzen sich größtenteils aus den Sedimenten zusammen, die schwerer zu bewegen sind, und umgekehrt. In ähnlicher Weise sind die oberen Strandbereiche dem Einfluß sehr viel höherer Energien ausgesetzt als die näher am Wasser liegenden Abschnitte, weil sie nur von Wellen mit höherer Energie erreicht werden. Normalerweise sind es Sedimente aus größeren und schwereren Bestandteilen oder aus solchen mit wenig zer­ 76

klüfteter Oberfläche und eher kugelförmiger Gestalt, die von der Einwirkung der Wellen nicht so leicht bewegt werden können, da das Verhältnis von Oberfläche zu Gewicht bei letzteren relativ klein ist. Die meisten Steine oberhalb einer bestimmten Schwellengröße - dazu gehören sicherlich auch jene, die man zum Werfen aufnehmen kann werden jedoch vom größten Teil der Wellen nicht fortgetragen, sondern statt dessen an einen anderen Ort gerollt. Flache Steine rollen nicht besonders gut und leisten einem Transport durch Wellen größeren Widerstand, obwohl ihre Oberfläche im Verhältnis zum Gewicht relativ groß ist. Es kommt noch hinzu, daß flach geformte Steine, wenn man sie als Ansammlung und nicht als einzelne Kiesel betrachtet, der Wellenenergie noch größeren Widerstand entgegensetzen. An jedem Kieselstrand läßt sich beobach­ ten, daß sie gelegentlich dazu neigen, sich wie ein Haufen Münzen anzuordnen und sich miteinander zu verkeilen. Für eine Welle ist es dann viel schwerer, sie von der Stelle zu bewegen, und das erklärt auch, weshalb sie in einem Strandabschnitt liegen, der dem Einfluß höherer Wellen­ energien ausgesetzt ist. Natürlich fallen sie wegen dieser Art der Anordnung auch besonders auf und bieten sich als Vorrat an, wenn man Steine übers Wasser hüpfen lassen will. M.E. Großbritannien Antwort Ablagerungen von Wellen, die auf einen Strand auflaufen, spiegeln in der Regel den Energieunterschied zwischen der Brandung und dem zurückflutenden Wasser wider. Die Energie der Welle verteilt sich, wenn sie den Strand hinaufläuft, und ein Teil des Wassers versickert im Strandsediment - der Rücklauf hat somit weniger Kraft als 77

die auflaufende Welle. Diese schafft es oft, grobkörnige wie auch feine Teilchen strandaufwärts zu befördern, doch beim Zurückfluten kann sie nur noch die feinen Partikel transportieren und läßt die größeren Teile am oberen Rand des Strandes zurück. Dieser grobe Sortiervorgang ist meist die Folge von (relativ selten auftretenden) heftigen Stürmen. Die bei solchen Ereignissen auftretenden Wellen hinterlassen »isolierte« Ablagerungen aus größeren Bestandteilen, die normalerweise an Ort und Stelle bleiben, bis sie vom nächsten Sturm gleicher oder höherer Stärke verlagert werden können. In den »verfestigten« Flußbetten von Gebirgsfiüssen zeigen sich gewöhnlich ähnliche Anhäufungen grober Sedimente. Es ist jedoch nicht allein die Größe der Teilchen dafür verantwortlich, wie leicht sie verlagert und damit in verschiedene Gruppen sortiert werden können, sondern auch ihre Form. Das Gewicht der einzelnen Teilchen so­ wie die Reibung, die bei ihrem Kontakt mit der darunterliegenden Schicht auftritt, bestimmen, welchen Widerstand sie dem fließenden Wasser entgegensetzen. Und aus der Querschnittsfläche, die der Strömung ausgesetzt ist, ergibt sich die Größe der Strömungskräfte, die nötig sind, das Teilchen aus seiner Ruhelage zu entfernen. In strömendem Wasser neigen flach geformte Partikel dazu, sich zu drehen, bis sie plan liegen. Das ergibt eine große Reibungsfläche mit dem Untergrund, auf dem sie liegen, sowie eine für ihr Gewicht relativ kleine Quer­ schnittsfläche, die der Strömung ausgesetzt ist. Deshalb sind sie in der Regel weniger beweglich als eine Kugel glei­ chen Gewichts. Liegt also eine Mischung aus Teilchen mit unterschiedlichen Formen, aber gleichem Gewicht vor, bleiben die flachen Bestandteile, sobald sie einmal die 78

Oberkante eines Strandes erreicht haben, gewöhnlich am längsten in dieser Position. N.S.

Geographische Abteilung der Universität Aberdeen, Großbritannien

Freischwimmer Frage Welche Kraft treibt eine einzelne, obenauf schwimmende Weizen- oder Reisflocke meines Frühstücksmüslis über die Milch bis an den Rand der Schüssel, wo sie sich mit ihresgleichen zusammentut? J.C. Australien

Antwort Die Kraft tritt auf, weil die Oberflächenspannung der Flüssigkeit sich ungleichmäßig auf die an ihrer Oberfläche schwimmenden Getreideflocken auswirkt. Mit einem einfachen Experiment läßt sich erklären, was geschieht: Man benötigt Leitungswasser und zwei Tassen aus Polystyrol, dazu zwei kleine kreisförmige Bruchstücke (ihr Durchmesser braucht nicht größer als 1 cm zu sein) von einer dritten Tasse. Die erste Tasse füllt man bis etwa 1 cm unterhalb des Randes. Die zweite füllt man bis an den Rand, dann gibt man vorsichtig weiter Wasser hinzu, bis es den Rand übersteigt, ohne überzulaufen, das heißt, bis das Wasser wegen der Oberflächenspannung in einer konvexen Wölbung über die Tasse hinausreicht. Nun legt man in die Mitte jeder Tasse eines der kleinen Polystyrolstückchen. Das in der nicht ganz gefüllten Tasse wird, wenn man ihm einen kleinen Schubs gibt, an den Rand der Tasse treiben und dort bleiben. Das Bruchstück, 79

das auf der konvex gewölbten Wasserfläche schwimmt, bleibt dagegen in der Nähe der Tassenmitte. Bringt man es (zum Beispiel mit der Spitze eines Bleistifts) an den Rand, wird es außerdem von dort abgestoßen und mit beträcht­ licher Kraft wieder in die Mitte getrieben. All das ergibt sich aus der Oberflächenspannung des Wassers. In der teilweise gefüllten Tasse krümmt die Oberfläche des Wassers sich im Kontakt mit dem Polysty­ rol des Randes nach oben, weil Wassermoleküle stärker von dem Kunststoff als voneinander angezogen werden. Die Wölbung auf der zweiten Tasse kommt zustande, weil die Flüssigkeit von der Oberflächenspannung gezwungen wird, das kleinste mögliche Volumen einzunehmen - damit erklärt sich auch die Kugelform von Flüssigkeitstropfen. Auch an der Kante der kleinen Polystyrol-Bruchstücke wölbt das Wasser sich aufwärts. Wo es mit dem Polystyrol in Berührung kommt, bewirkt seine Oberflächen­ spannung eine nach unten und von dem Polystyrol weggerichtete Zugkraft, die durch den Kontaktwinkel des Wassers mit dem Kunststoff zustande kommt. In der Mitte der Tasse gleichen die Zugkräfte auf allen Seiten des Bruchstücks einander unmittelbar aus, da das Wasser sich dem Kreis an allen Stellen in gleicher Weise entgegenwölbt. Bringt man das Stück jedoch näher an den Rand der nicht ganz gefüllten Tasse, wird die Kurve des Wassers, das mit dem Bruchstück in Berührung ist, durch die aufwärts gerichtete Wölbung des Wassers auf der dem Tassenrand näheren Seite abgeflacht. Dadurch verstärkt sich der nach außen gerichtete Zug auf dieser Seite des Bruchstücks, was insgesamt eine zum Tassenrand gerichtete Kraft ergibt. Mit diesem Effekt läßt sich auch erklären, weshalb die 80

Getreideflocken an der Oberfläche der Milch in Ihrer Schüssel zusammenklumpen sowie das ähnliche Verhalten von Blättern und Zweigen auf Teichen und Seen. R.H. USA Antwort Möglicherweise handelt es sich um eine Abwehrstrategie - sie scharen sich wie eine Bisonherde zusammen, um sich gegenseitig vor dem Raubtier (das sind Sie) zu schützen. Aber vielleicht liegt es auch einfach an der Oberflächenspannung der Milch. R. T.

Ohne Adressenangabe

Antwort Die Tatsache, daß Reis- und Weizenflocken (und natürlich auch andere Körner) auf diese Weise in Richtung auf ihre Genossen zutreiben können, beruht darauf, daß sie ihren Weg zum gemeinsamen Massezentrum »fühlen« können. Diese Fähigkeit könnte man als »ein Körnchen Gemeinschaftsgefühl« bezeichnen. Wie sich in verschiedenen Untersuchungen gezeigt hat, fehlt Menschen, die in eine große Schüssel mit Milch fallen, die Fähigkeit, sich zu größeren Trupps oder Versammlungen zusammenzufinden, vollständig. Damit ist der Beweis erbracht, daß sie kein Körnchen Gemeinschaftsgefühl (oder keinen gesunden Menschenverstand*) besitzen. U.M. Großbritannien

* Im englischen Original heißt es »common sense«, was eben auch für »gesunden Menschenverstand« steht. - Anm. d. Ü.

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Nichts als warme Luft? Frage Warum steigt die Frequenz der Töne, wenn man durch Heliumgas spricht, selbst wenn die letzte Übertragungsstrecke zum Hörer durch Luft verläuft? D.B. Neuseeland Antuort In Helium pflanzt Schall sich schneller fort als in Luft, weil die Heliumatome (Atomgewicht 4) leichter sind als die Moleküle von Stickstoff und Sauerstoff (Atomgewicht 14 bzw. 16). Wie der Ton aller Blasinstrumente kommt auch der Klang der Stimme als stehende Welle in einer Gassäule zustande, normalerweise in Luft. Multipliziert man die Frequenz einer Schallschwingung mit ihrer Wellenlänge, erhält man die Schallgeschwindigkeit. Die Wellenlänge ist durch die Gestalt der Mundhöhle, der Nase und der Kehle festgelegt; steigt die Schallgeschwindigkeit, muß also auch die Frequenz zunehmen. Sobald der Schall den Mund verläßt, ändert die Frequenz sich nicht mehr, folglich kommt der Ton beim Hörer mit derselben Höhe an, mit der er den Sprecher verlassen hatZur Illustration kann man sich eine Fahrt mit der Achter­ bahn vorstellen: Auf seinem Rundkurs wird der Wagen beschleunigt und wieder abgebremst, doch dabei folgen alle Wagen demselben Muster. Wenn alle dreißig Sekunden ein Wagen startet, kommen sie im gleichen Takt am Ende des Kurses an, unabhängig davon, was dazwischen geschieht. Bei Saiteninstrumenten hängt die Tonhöhe von der Länge, Dicke und Spannung der Saite ab; auf sie hat die Zusammensetzung der Luft keinen Einfluß. Würde man inmitten eines Orchesters Helium freisetzen, käme es folglich zum Chaos. Die Töne der Holz- und Blechbläser 82

würden hoher, während die der Streicher und der Schlaginstrumente mehr oder weniger gleich blieben. In dem Song of the White Horse von David Belford muß die Sopranistin Helium einatmen, um die extrem hohe oberste Note zu treffen. E.M. Irland

Grün, grüner, nichts geht mehr ... Frage Wenn Altpapier wiederverwertet wird, ist das neue Produkt eindeutig von schlechterer Qualität als das ursprüngliche Papier. Verstärkt dieser Qualitätsverlust sich weiter, wenn wiederverwertetes Papier erneut in den Stoffkreislauf eingespeist wird? Kann man mehrmals wiederverwertetes Papier von Altpapier unterscheiden, das noch nicht erneut in den Kreislauf gelangt ist? Gibt es eine Obergrenze für die Zahl der Zyklen, die das Ausgangsmatenal durchlaufen kann? M. G. Großbritannien Antwort Fasern für die Papierherstellung, normalerweise Zellstoff aus Holzbrei, können etwa sechsmal verwendet werden. Bei jedem Durchlauf nimmt die Qualität der Fasern ab - sie nutzen sich ab und werden kürzer. Deshalb ist es notwendig, ungebrauchte Fasern hinzuzufügen, mit denen die Qualität des fertigen Papiers verbessert und aufrechterhalten wird. Manche Papiersorten erfordern je­ doch spezielle Eigenschaften oder werden für Zwecke eingesetzt, die ausschließlich mit neuen Fasern zu verwirklichen sind. Bei der normalen Sortierung von Altpapier aus Haus­ 83

halten ist es praktisch unmöglich, Papier aus neuen Fasern von dem Papier zu trennen, das wiederverwertete Fasern enthält. Es kann leichter sein, Altpapier von Gewerbebetrieben zu trennen, doch nur dann, wenn man an der »Quelle« (zum Beispiel einer Druckerei) genau weiß, woraus das Papier hergestellt ist, und es von anderen Papierabfällen vollkommen getrennt halt. R. M.

Informationszentrum Zellstoff und Papier, Großbritannien

Antwort Bei der Wiederverwertung wird die Qualität von Papier auf zwei Arten vermindert. Erstens werden die Zellulosefasern, die dem Papier seine Stabilität geben, kürzer - das dabei gewonnene Papier ist dichter, steif, weniger undurchsichtig, nicht mehr so haltbar und reißt leichter. Zweitens sorgen Verunreinigungen, vor allem Druckerschwärze, dafür, daß das Papier nicht mehr so weiß ist. Wird Papier immer wieder neu verwertet, nehmen beide Probleme mit jedem Durchgang zu. Die Zahl der Zyklen, die Papier durchlaufen kann, sind durch die Tatsache begrenzt, daß es während der Herstellung sein eigenes Gewicht tragen muß, denn andernfalls reißt es, und man produziert Ausschuß. Um das zu ver­ meiden, mischen die Papierfabriken frischen Zellstoffbrei zu, was gesetzlich erlaubt ist. Die Vereinigung der Papierhändler Englands verlangt bei Papier mit dem Siegel »100 Prozent Recyclingpapier« nur einen Anteil von 75 Prozent »Fasern aus Altpapier«. Papier, das zur Wiederverwertung bestimmt ist, teilt man in zwei Hauptkategorien ein: Abfälle, die nicht bis zum Verbraucher gelangt sind (zum Beispiel aus der Papierfabrik selbst), und Altpapier, das bei den Verbrauchern anfällt (die »echte« Wiederverwertung, die wir zu Hause und im Büro betreiben). 84

Werden Papierabfälle nicht von der Druckerschwärze befreit, kann man sie zu Verpackungsmaterial verarbeiten; entfernt man die Druckfarben, kann man das Altpapier zu Sorten geringerer Qualität verarbeiten, auf die man Zeitungen oder Telefonbücher druckt. Diese Art Recycling wird allgemein als eine »gute Sache« anerkannt. Recyclingpapier höchster Qualität, das als Firmenbriefpapier eingesetzt werden kann und deshalb farbbeständig sein muß, enthält bis zu 25 Prozent frischen Zellstoffbrei und bis zu 65 Prozent Altpapier, das nicht bis zum Verbraucher gelangt ist. Nur 10 Prozent stammen aus Papierabfällen von Endverbrauchern. Selbst dann müssen diese Abfälle nach Entfernung der Druckfarben aber noch gebleicht werden. Auf diese Weise kann das Papier in Produkten höchster Qualität beliebig oft wiederverwertet werden. Viele Menschen finden es jedoch erschreckend, wenn sie entdecken, wie wenig Altpapier von Endverbrauchern in diesem Papier enthalten ist. Weil es zusätzlich gebleicht werden muß, ist der Nettonutzen für die Umwelt letztlich fragwürdig. J.C. Großbritannien Antwort Bei der Wiederverwertung werden die Zellulo­ sefasern im Papier verkürzt und geschwächt, bis sie zerbrechen. Der Zellstoffbrei, der sich dadurch ergibt, muß für Anwendungen mit ständig abnehmenden Qualitätsanforderungen verwendet werden. Ist Papier in einem Produkt wie Wellpappe am Ende der Wiederverwertungskette angekommen, ist eine andere Art von Recycling erforderlich. Eine alte Schachtel aus Wellpappe kann man mit weiteren Wellpapperesten füllen; dann wirft man alles auf den Kompost und läßt es da ver­ 85

rotten. Mit dieser Komposterde kann man Bäume mulchen und die Zellulosefasern so wieder in den Stoffkreislauf zurückführen. Verpackungsmaterial {zum Beispiel Müsli-Kartons) läßt sich auch im Komposthaufen eines Gartens kompostieren. Dabei entstehen Hohlräume, die den Kompost belüften, bis alles verrottet ist. Mit Pappe führt man dem Komposthaufen nützliches »Grobmaterial« zu und kompensiert den überschüssigen Stickstoff und die schmierigen Verklumpungen, die von zu großen Mengen Grasschnitt herrühren. D.E. Großbritannien

Sturm und Drang Frage Was bringt den Wind dazu, in Böen aufzutreten? C.L. Großbritannien Antwort In der Nähe der Erdoberfläche wird der Wind durch Reibungskräfte abgebremst. Wenn verschiedene Luftschichten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, entstehen fast immer Turbulenzen, und dadurch wird der Wind an der Oberfläche verstärkt oder abgeschwächt. Wird er verstärkt, treten Böen auf. Auch Hindernisse wie Gebäude sorgen für Turbulenzen, weshalb Stadtzentren berüchtigt sind für ihre starken Böen. Ist die Erdoberfläche hinreichend wärmer als die Luft darüber, können durch Konvektion Säulen oder Wände warmer Luft entstehen, die man als Thermik bezeichnet. Diese steigt von der Oberfläche der Erde in die Höhe, wobei unten Luft an die Basis der aufsteigenden Säule nach­ 86

strömt. Diese Strömungen können sich mit dem herrschenden Wind vereinen und Sturmböen erzeugen, die langlebiger sind als die normalen Windstöße der Turbulenzen. Falls die Konvektionsströmung stark genug ist, kann sie zudem Schauerwolken hervorrufen, weil die Feuchtigkeit innerhalb der Thermik kondensiert, während sie Höhe gewinnt und dabei abkühlt. Verdunstet das Wasser in der Folge wieder, können Kaltluftsäulen entstehen, die sehr schnell aus diesen Wolken herabfallen und auf der Erde heftige Böen zur Folge haben. Diese nennt man manchmal auch Fallböen. M.B. Großbritannien

Wenn Quecksilber auf Reisen geht Frage Bei meinem letzten Flug habe ich in einem Merkblatt gelesen, welche Gegenstände man nicht mit ins Flugzeug nehmen darf. Es wundert mich, daß ich beim Fliegen kein Quecksilberthermometer dabeihaben darf. Warum eigentlich nicht? R.E. Großbritannien Antwort Flugzeuge bestehen zu einem großen Teil aus Aluminium. Erstaunlicherweise kann eine sehr geringe Menge Quecksilber eine sehr große Menge Aluminium zerstören. Obwohl Aluminium recht reaktionsträge erscheint, ist es in Wahrheit ein sehr reaktionsfreudiges Metall, das sich heftig mit dem Sauerstoff der Luft verbindet. Durch diese Reaktion entsteht jedoch rasch eine dünne Oxidschicht, die weitere Angriffe verhindert. Bei der Alu­ 87

miniumherstellung verdickt man diese Schicht mit Hilfe der anodischen Oxidation, was die Schutzfunktion verstärkt. Quecksilber kann diese schützende Oxidschicht zerstören und damit spektakuläre Folgen hervorrufen. Es löst Aluminium und bildet ein Amalgam, das die Oxidschicht von innen her schädigen kann - der erste Angriff erfolgt vermutlich durch winzige Lücken im Oxid. Vor vielen Jahren verschüttete ein Techniker, der für mich arbeitete, ein paar Tropfen Quecksilber auf seiner hölzernen Werkbank, an deren Ecken zum Schutz schwere Aluminiumwinkel angeschraubt waren. Am nächsten Morgen hatten sich große Löcher in das Aluminium gefressen, das Holz in der Umgebung war bis in die Tiefe verkohlt, und wie seltsame Korallen waren lange, zerbrechliche Säulen aus bröckeligem Aluminiumoxid gewachsen. Daraus haben wir dann ein schönes Chemie-Experiment entwickelt, doch mittlerweile wird das nicht mehr gern gesehen, weil Quecksilber so giftig ist. Ich habe erlebt, wie man einen Fluggast vor mir daran hindern wollte, ein Barometer mit ins Flugzeug zu nehmen, weil es auf der Liste der verbotenen Gegenstände stand. Dabei war dieses spezielle Gerät sogar leer. Mit Mühe konnte ich das Flugpersonal überzeugen, daß das Ding harmlos war. Sie wußten nicht, daß nur das Quecksilber gefährlich ist, sondern meinten, Barometer an sich seien eine Gefahr. Ich frage mich, was ein Höhenmesser nach Ansicht dieser Leute mißt... H.R.

Abteilung für Elektronik und Computer, Universität Southampton,

Großbritannien

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Antwort Angesichts der Beweglichkeit flüssigen Quecksilbers kann das korrosive Amalgam sich tief innerhalb der Struktur ausbilden. Ein Flugzeug, in dem jemand Quecksilber verschüttet, muß in Quarantäne, bis erkennbar wird, wo das Amalgam sich befindet. Am Ende wird das Flugzeug wahrscheinlich verschrottet, weil in den technischen Handbüchern steht, daß das Amalgam ähn­ lich wie Holzfäule langsam in benachbarte Bereiche einwandert. R.P.

Air Medkal Limited, Flughafen Oxford, Großbritannien

Antwort Gemäß den von der International Civil Aviation Organisation (ICAO, einer Untergliederung der Vereinten Nationen) entwickelten internationalen Richtlinien gilt Quecksilber zusammen mit vielen anderen verbreiteten Chemikalien als »Gefahrgut«. Es ist nicht erlaubt, diese Substanz oder einen Gegenstand, in dem sie enthal­ ten ist, im Handgepäck oder als eingechecktes Gepäck mit in ein Flugzeug zu nehmen. Kleine Fieberthermometer (in einer Schutzhülse) für den persönlichen Bedarf sind davon ausgenommen. Sollen Gegenstände, die Quecksilber enthalten, beför­ dert werden, müssen sie als Luftfracht aufgegeben werden. Wie das zu geschehen hat, ist in den Vorschriften der ICAO in allen Einzelheiten geregelt. Niemand sollte glauben, diese Beschränkungen ignorieren zu können. Gefährdet jemand ein Flugzeug, weil er gefährliche Güter an Bord bringt, kann er nach einem in England seit 1982 bestehenden Gesetz angeklagt und mit einer empfindlichen Geldstrafe belegt werden. Wird Quecksilber verschüttet, müßte man das Flugzeug aus dem Verkehr ziehen. Die Fluggesellschaft und/oder der Hersteller könnte in diesem Fall versuchen, die Kosten 89

beim Verursacher oder bei seinem Arbeitgeber einzutreiben. L.H. Großbritannien

Mittsommer - Sommermitte? Frage Auf der Nordhalbkugel erreicht die Sonne ihren höchsten Stand am Himmel jedes Jahr am (oder um den) 21. Juni. Die wärmsten Monate sind jedoch eher Juli und August. Woran liegt das? Ähnlich verhält es sich am 21. Dezember, wenn die Sonne ihren niedrigsten Stand erreicht, denn die kältesten Monate sind gewöhnlich der Januar und der Februar. Kann mir das jemand erklären? W. W. Spanien Antwort Die Erde besitzt eine bestimmte Wärmekapazität, die zu einer thermischen Verzögerung führt. Demnach heizt sich die Hemisphäre, die gerade ihren längsten Tag durchläuft, weiterhin auf; ihre wärmste Periode erreicht sie erst ein paar Wochen später. Am kürzesten Tag ist es ähnlich: Die Hemisphäre kühlt sich noch immer ab, so daß sie erst nach ein paar Wochen ihre kälteste Periode erlebt. A. W.und S. C.

Universität Leeds, Großbritannien

Antwort Die Nordhalbkugel empfängt zwar Ende Juni die größte Warme, doch der Vorgang läuft ähnlich ab wie das Beheizen eines Raumes mit einer Gasheizung. Obwohl das Feuer sehr rasch Hitze entwickelt, dauert es eine Weile, bis die Luft im Raum sich erwärmt. Dasselbe gilt 90

für die Erdatmosphäre. Ebenso kühlt der Raum nicht sofort aus, wenn man die Heizung abdreht - genau wie die Luft der Erdatmosphäre wird auch die Raumluft erst allmählich kälter. L.H. Großbritannien

Rotglühend Frage Wie kommen die Farben zustande, die sich auf einer sauberen Eisen- oder Stahloberfläche bilden, nachdem das Metall durch Erhitzen und Abkühlen (dieser Vorgang wird als Tempern bezeichnet) gehärtet wurde? Die Farben reichen von Gelb {wenn das Metall auf etwa 200 °C erhitzt wurde) über Gold, Braun, Purpur, Blau bis hin zu Schwarz (wenn es etwa 600 °C erreicht hatte). Da das oxidierte Blau oder Purpur auf mechanischen Teilen aus Stahl in Uhren aus dem 19. Jahrhundert oft unverändert überdauert hat, würde mich interessieren, wie diese durchsichtigen und sehr beständigen farbigen Schichten physikalisch aufgebaut sind. J.R. Großbritannien Antwort Die heißen Hochofengase, mit denen die Hitzebehandlung von Stahl erfolgt, oxidieren die Elemente der Legierung wie z. B. Chrom zu einer dünnen Oberflächenschicht. Die Wellen des sichtbaren Lichts erzeugen in dieser Schicht die Farben, die der Briefschreiber schildert. Die jeweils vorherrschende Farbe des Stahls wird von der Dicke des Überzugs bestimmt, der mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen in Wechselwirkung tritt. Dünnere Schichten, die bei niedrigeren Temperaturen entste­ 91

hen, erscheinen gelb oder goldfarben. Dickere Überzüge lassen den Stahl hellblau erscheinen, und die dicksten sehen mitternachts blau und schließlich schwarz aus. Die Farben des Temperns auf sauberem, blankem Stahl sind im Grunde sehr empfindlich; sie gehen schnell verloren, wenn der Oberflächenfilm rostet, dabei dicker wird und sich Schichten von hydrierten Eisenoxiden anlagern. Die Farben des Härtevorgangs auf vielen Einzelteilen der genannten hundertjährigen Uhren sind deswegen so halt­ bar, weil man sie damals nach dem Tempern in den Tran von Pottwalen getaucht hat. Das Walöl gibt den Oxidschichten einen durchsichtigen, wachs ähnlichen Schutz­ überzug, der die Farben für die Nachwelt konserviert. Man hat dieses Verfahren in großem Umfang angewandt, was den offensichtlichen Nachteil hatte, daß es nur noch sehr wenige Pottwale gibt. D. McI. Saudi-Arabien

Abriß Frage Wie kommt es, daß Zeitungspapier anscheinend immer bevorzugt in einer bestimmten Richtung reißt? Mit bloßem Auge sieht es vollkommen homogen aus. Andere Papiersorten wie die Bögen für A4-Laserdrucker scheinen sowohl nach dem Aussehen wie nach dem Reißverhalten homogen zu sein. B.J. Großbritannien

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Antwort Papier wird meist maschinell und mit großer Geschwindigkeit hergestellt. Die Papierbahn entsteht, indem man eine Aufschwemmung von Fasern und mineralischen Füllstoffen auf eine siebähnhche Fläche aus einem Geflecht synthetischer Fäden aufbringt, das sich wie ein Fließband ständig und schnell weiterbewegt. Dann verfestigt man die Bahn in einer Presse und trocknet sie über beheizten Walzen, ehe man sie zu Rollen aufwickelt. Da die Ausgangsmasse für die Papierherstellung aus einem als Auflaufkasten bezeichneten Vorratsgefäß auf das rasch laufende Sieb aufgebracht wird, werden die meisten Fasern - sie sind zylindrisch geformt - in der Laufrichtung des Produktionsbandes ausgerichtet. Das nennt man die »Maschinenrichtung«. Diese Anordnung der Fasern in­ nerhalb der Papierstruktur läßt das Blatt leichter in der Maschinenrichtung reißen als »quer« dazu, wo die Fasern selbst durchtrennt werden müßten. Die Festigkeit aller so hergestellten Papiersorten hängt in unterschiedlicher Weise von den Ausrichtungseigenschaften der jeweiligen Bögen ab. Gibt man Füllstoffe bei und unterzieht die Papierbahn bei der Produktion einer mechanischen oder einer Oberflächenbehandlung, kann das dazu beitragen, dies zu ändern oder zu verringern. Zeitungspapier reißt leichter in der Maschinenrichtung als Papier für Laserdrucker, weil es vor allem Fasern enthält und weniger wiegt. R. I. S. G. Großbritannien

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Raschelrätsel Frage Wo kommt die Energie her, die die dünnen weißen Einkaufstüten im Supermarkt so geräuschvoll macht? L.B. Großbritannien Antwort Die Energie stammt vor allem von Ihnen, da die Tüte nicht von allein rascheln dürfte. Der Lärm wird durch heftige Bewegungen erzeugt, die man macht, wenn man eine steife Platte biegt oder reibt. Die Plastiktüten bestehen aus Polyethylenfohe, die unbehandelt wachsähnhch und schlaff ist und wenig Geräusche verursacht. Sie ist eher elastisch als plastisch, so daß sie Belastungen geräuschlos aufnimmt. Will man die Folie aber zu Einkaufstüten verarbeiten, muß man sie strecken, damit sie dünn genug für eine bequeme Handhabung wird und nicht viel kostet. Dadurch richten ihre Moleküle sich teilweise zu steiferen Bahnen aus. Damit die Tüten besser aussehen und der Inhalt nicht so leicht erkennbar ist, fügen die Hersteller zum Einfärben Füllstoffe hinzu, die die Folie noch mehr versteifen. Das ergibt eine Kunststofftasche, die hörbar gegen jedes Knittern, jede Verformung und Reibung protestiert. J.R. Südafrika

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Windige Angelegenheit Frage Weshalb ist es im Winter, wenn die Sonnenein­ strahlung am geringsten ist, insgesamt windiger? D. H. J.W. Großbritannien Antwort Die Windverhältnisse werden nicht von der örtlichen Einstrahlung der Sonnenenergie bestimmt. Sie sind eine Folge der unterschiedlichen Aufheizung der Erdoberfläche zwischen den kalten Regionen an den Polen und den warmen Tropen. Dies führt zu einer Luftzirkulation, die dieses Temperaturgefälle auszugleichen sucht: In der Nähe des Äquators steigt Warmluft auf und wird durch nachströmende Kaltluft aus polaren Breiten ersetzt. Würde die Erde sich nicht drehen, würde der Wind auf der Erdoberfläche auf der Nordhalbkugel von Norden nach Süden strömen, auf der Südhalbkugel wäre es umgekehrt. Wegen der Erdrotation wird der Wind jedoch allmählich nach Westen abgelenkt (das nennt man CoriolisEffekt), und der Wind kann nicht in einem Zug direkt vom Pol zum Äquator wehen. Die einzelne Konvektionszelle teilt sich in drei Zellen auf, so daß nicht nur am Äquator, sondern auch in der gemäßigten Zone Luft aufsteigt, während sie in den subtropischen Wüstengebieten wie an den Polen absinkt. Das führt zu einem Gebiet widerstreiten­ der Winde in den gemäßigten Zonen (etwa zwischen 40 und 60 Grad nördlicher bzw. südlicher Breite). In der gemäßigten Zone der Nordhalbkugel kämpfen kalte nordöstliche Winde gegen warme Luftströmungen aus Südwest. Im Sommer sind diese Luftbewegungen schwächer, weil die arktischen Landmassen durch den fast ununterbrochenen Sonnenschein erwärmt werden; die 95

Temperaturunterschiede über die gemäßigte Zone hinweg sind dann nicht so ausgeprägt. Im Winter herrscht am Pol fast völlige Dunkelheit, und die angrenzenden Gebiete werden extrem kalt. Der Temperaturunterschied inner­ halb der gemäßigten Zone wird groß, was die vertikalen Luftströmungen in den KonvektionsZellen verstärkt und Oberflächenwinde viel heftiger werden läßt. Auf der Südhalbkugel wirkt sich das weniger aus. Die südlichen Polargebiete bestehen aus eisbedecktem Land (Antarktis) oder Meer, die sich auch im Sommer nicht sehr erwärmen. Dadurch bleibt der Temperaturunterschied über die gemäßigte Zone hinweg das ganze Jahr über relativ gleich. G.H. Großbritannien Antwort Im Winter wird unser Wetter vorwiegend von Tiefdruckgebieten bestimmt, die entstehen, wenn feuchtwarme Luft aus den Tropen mit feuchtkalter Luft vom Nordpol über dem Atlantik zusammentrifft. Die warme Luft gleitet über die kalte. Beide Luftmassen bewegen sich in einer gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Spirale aufwärts und bilden eine Zone tiefen Luftdrucks, deren Energie aus der im Wasserdampf der Luftmassen gespeicherten latenten Wärme stammt. Die Luft der umgebenden Gebiete mit höherem Druck fließt in die Tiefdruckzone ein, um die Druckdifferenz auszugleichen, und das macht sich als Wind bemerkbar. J. W. Großbritannien

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Antwort In Großbritannien"' wird die Windgeschwindigkeit von der Wechselwirkung zwischen kontinentalen und nordatlantischen Luftmassen bestimmt und nicht sosehr durch die Aufheizung der Inseln durch Sonneneinstrahlung. Starke Winde sind mit dem Durchzug kleiner Tiefdruckgebiete verbunden, die aus der Mischung von warmer Atlantikluft (Golfstrom) und kalter Polarluft entstehen. Zusammen mit der vorherrschenden atlantischen Luftströmung wandern diese nach Osten. Während Europa sich im Winter abkühlt, steigt der Luftdruck, und über dem Kontinent bildet sich ein groß­ räumiges Hoch. Auf der Nordhalbkugel kreist die Luft wegen des Coriolis-Effekts im Uhrzeigersinn um eine Hochdruckzone. Dieser Wind (er wird geostrophischer Wind genannt) bringt die atlantischen Tiefdruckgebiete dazu, ihren Weg nach Norden quer über die Britischen Inseln zu nehmen. Während die Tiefdruckzonen näherkommen, wird ihre eigene Zirkulation (gegen den Uhrzeigersinn) durch den geostrophischen Wind noch verstärkt, so daß starke Westwinde vorherrschen. Im Sommer heizt der Kontinent sich auf, was zu einer Tiefdruckzone über Europa führt. Die geostrophische Luftströmung über den Britischen Inseln dreht auf nördliche Richtungen. Ankommende Tiefdruckgebiete ziehen in südlichere Richtungen und werden von der im Uberschneidungsbereich gegenläufigen Luftströmung des europäischen Tiefs abgeschwächt, wodurch starke Winde seltener werden. AC Großbritannien

* und meist auch in Deutschland - Anm. d. Ü.

DIE WELT DER PHYSIK

Luftraum Frage Wir haben den physikalischen Versuch nachvoll­ zogen, bei dem eine in Wasser stehende Kerze mit einem umgestülpten Glas abgedeckt wird. Die Kerze erlischt, und im Glas steigt der Wasserspiegel. Man hat uns in der Schule beigebracht, daß der Wasserspiegel steigt, weil die brennende Kerze den Sauerstoff verbraucht. Wenn wir statt der einen vier Kerzen unter dem Glas brennen lassen, steigt der Wasserspiegel jedoch viel höher. Warum? E. F., R.E und A. F. Australien

Antwort Daß die drei das scheinbar gut verstandene Kerzenexperiment in Frage stellen, zeigt, wie junge und wißbegierige Geister in der Lage sind, falsche Erklärungen zunichte zu machen, die die Schulphysik jahrzehntelang verbreitet hat. Der Verbrauch von Sauerstoff mag sicherlich in gewissem Umfang dazu beitragen, daß das Wasser steigt, da ein bestimmtes Molvolumen Sauerstoff den Kohlenstoff aus dem Wachs zu ungefähr demselben Molvolumen Kohlendioxid beziehungsweise den entsprechenden Wasserstoff zu zwei Molvolumen Wasserdampf verbrennt. Ersteres löst sich teilweise im Wasser, während letzterer fast vollständig zu flüssigem Wasser kondensiert. Dadurch nimmt das Gasvolumen im Glas zweifellos insgesamt ab. Diese Betrachtungsweise ist jedoch zweitrangig - entscheidend ist die Wärme der brennenden Kerze(n). Sobald man diese mit einem umgestülpten Glas abdeckt, wird eine größere Zahl von Kerzen die umgebende Luft stärker erwärmen als eine einzige. Sobald die Kerzen erlöschen, zieht die kühler werdende Luft in ihrer Umgebung sich 101

zusammen, und dieser Vorgang ist der oberen Ausgangstemperatur des eingeschlossenen Luftvolumens direkt proportional. Mehr Kerzen führen also zu mehr Wärme, einer höheren Temperatur und damit zu einem stärkeren Anstieg des Wasserspiegels beim Abkühlen. All das lehrt uns, niemals Lehrern in den naturwissenschaftlichen Fächern zu glauben, ohne zunächst ein paar eindringliche Fragen zu stellen. L.R. Österreich Antwort Ich gratuliere den Kids, die den verbreiteten Lehrbuchfehler experimentell widerlegt haben, wonach mit der Kerze, dem umgestülpten Marmeladenglas und der Schüssel mit Wasser angeblich bewiesen wird, daß aller Sauerstoff aus dem Glas entfernt wird. Mit ihrer Beobachtung, daß vier brennende Kerzen das Wasser im Glas deutlich höher ansteigen lassen, haben sie gezeigt, daß die Wärme der Kerzen der entscheidende Grund für diesen Effekt ist. Sie bringt die Luft im Glas dazu, sich auszudehnen. Die Schüler dürften auch beob­ achtet haben, daß die sich ausdehnende Luft gluckernd unter dem Glasrand hindurch entweicht. Wenn die Kerzen erlöschen, folgt eine kurze Pause - erst dann beginnt das Wasser zu steigen, weil die verbleibende Luft sich wieder abkühlt und zusammenzieht. Wenn eine Kerzenflamme erlischt, ist erst ein kleiner Prozentsatz des verfügbaren Sauerstoffs verbraucht. Demnach ist es falsch, wenn behauptet wird, der Versuch belege den Sauerstoffanteil der Luft irgendwie in quantitativer Hinsicht. L.R. Großbritannien

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Antwort Zum Teil wird der Effekt durch die Dicke der drei zusätzlichen Kerzen hervorgerufen. Dasselbe Ergebnis erreicht man, wenn man einzelne Kerzen unterschiedlicher Dicke verwendet. Je dicker die Kerze, desto höher steigt das Wasser. Das in das Glas gezogene Wasser füllt den Raum zwischen den Kerzen und der Glaswand. Je kleiner dessen Vo­ lumen ist, desto höher steigt das Wasser. P.M. Großbritannien

Das klare blaue Meer Frage Sind die Meere blau, und wenn ja, warum? Wie ich gehört habe, soll die Farbe des Meeres durch Reflexion des Himmels zustande kommen, doch es sieht auch vom Weltall und aus der Perspektive von Tiefseetauchern blau aus. Und Süßwasser in einem Schwimmbecken wirkt grünlich. Welche Absorptionsvorgänge sind daran beteiligt? Ist reines Wasser vollkommen farblos?

L.R. Großbritannien Wie zu erwarten, hängt die Farbe des Meeres sowohl von der Farbe des einfallenden Lichts als auch von der Farbe des Wassers selbst ab ... und auch davon, ob man es von oben oder von unten betrachtet. - Die Red. Antwort Die Meere sehen blau aus, weil sie das Licht des Himmels reflektieren. Der Himmel wiederum ist blau, weil das Sonnenlicht auf seinem Weg durch die Atmosphäre von kleinen Teilchen gestreut wird. Das Ausmaß der Streuung hängt von der Wellenlänge des Lichts ab ­ 103

der blaue Anteil wird also am stärksten gestreut, und deshalb sehen wir einen blauen Himmel. Das erklärt auch, weshalb der Himmel bei Sonnenuntergang rot leuchtet. Das Licht muß dann durch einen größeren Anteil der Atmosphäre dringen, ehe es uns erreicht; sein blauer Anteil wird unterwegs vollständig gestreut, und es bleibt nur noch rotes Licht übrig. Das läßt sich zeigen, wenn man ein paar Tropfen Milch in ein Glas Wasser gibt und mit einer Taschenlampe durch die Mischung leuchtet. Betrachtet man die Anordnung im rechten Winkel zur Lichtquelle, wirkt die Flüssigkeit blau, doch sie erscheint rot, wenn man sie in Richtung auf die Taschenlampe betrachtet. B.W. Großbritannien Wenn Sie selbst eine Demonstration der Streuung durch­ führen wollen, finden Sie in »Take Sixteen elastic hands« (»Man nehme sechzehn Gummibänder«, im New Scientist vom 26. Juli 1997, S. 44) ein einfaches Experiment dazu. Die Red. Antwort Blau wird stärker gebrochen und gestreut als Grün, was sich auf die Farbe auswirkt, die man von oberhalb der Wasserfläche sieht. Die Farbe von Seen und Meeren wird jedoch auch von Verunreinigungen beeinflußt, von verschiedenen Kolloiden oder Verbindungen, die in Suspension oder in Lösung vorhanden sind, sowie von Algen, Cyanobaktenen oder Diatomeen. Man kann sich eine gewisse Vorstellung von diesem Effekt verschaffen, wenn man am Fenster eines Flugzeugs sitzt, das an einem klaren Tag über das Meer fliegt. Angesichts der Farben kann man selbst darüber nachdenken, wie sie zu erklären sind. Über dem offenen Meer erkennt man ein tiefes Blau, weil be­ 104

stimmte Pflanzennährstoffe dort kaum vorhanden sind. Nähert man sich jedoch Gebieten wie jenen in der Umgebung der Kapverdischen Inseln vor der Westküste Afrikas, wo die vorherrschenden Winde Fahnen rostigen Staubs von den Inseln in das eisenarme Meer wehen, entdeckt man grüne Streifen. Hier profitiert das durch Photosyn­ these erhaltene Leben von diesem unverhofften Glücksfall. Je mehr man sich der Küste nähert, desto stärker wird die Farbe vom grünen Meeresgrund im seichten Wasser beherrscht. Das läuft nach genau dem Muster ab, mit dem Farben durch selektive Absorption, Brechung und Streuung des Lichts erzeugt werden. Wassermoleküle und viele gelöste Substanzen wie Eisen- oder Kupfersalze im Leitungswasser absorbieren einige der roten und orangefarbenen Frequenzen stärker als das übrige Spektrum. Das verbleibende Licht sieht deshalb grün bis blau aus. Taucherteams, die einige Tage in mehreren zehn Meter Mee­ restiefe zubringen, entwickeln ein starkes Bedürfnis nach den roten Anteilen des Lichts. Wenn sie wieder auftauchen und in dem Licht ankommen, das wir als weiß ansehen, erleben sie ihre Umgebung als unnatürlich rot. J.R. Südafrika Antwort Wenn man nichts als entionisiertes reines Was­ ser m ein Glasrohr mit einer Vorrichtung zur Farbmes­ sung füllt, sieht man, daß das Wasser selbst hellblau ist. Füllt man viel Wasser in eine strahlend weiße Badewanne, erkennt man ebenfalls diese hellblaue Färbung. Reines Wasser ist also optisch nicht vollkommen farblos. Wenn es das wäre, könnten die Telefongesellschaften, die optische Glasfaserkabel verlegen, anstelle von hochrei­ 105

nem Quarz oder optischen Kunststoffen einfach wassergefüllte Röhren verwenden. H.S. Kanada

Gewollte Deflation Frage Warum läßt der Druck in Heliumballons so schnell nach? Wenn meine Kinder Ballons von irgendwelchen Festen mit nach Hause bringen, sind die mit Helium gefüllten oft am nächsten Morgen schon klein und verschrumpelt. Mir ist klar, daß ein Teil des Schwunds zustande kommt, weil Gas entweicht, doch da muß noch etwas anderes beteiligt sein, weil normal gefüllte Luftballons weit länger ihre Form behalten. J.S. Großbritannien

Antwort Heliumgas ist nicht nur leicht, sondern besteht - anders als etwa die zweiatomigen Gasmoleküle des Sauerstoffs - aus Einzelatomen. Damit setzt Helium sich aus den kleinsten möglichen Gasbestandteilen zusammen. Seine Atome sind nur 0,1 Nanometer groß und imstande, durch Metallfolien zu diffundieren. Da Helium so leicht durch kleinste Poren entweichen kann, setzt man es ein, um Lecks in Vakuumanlagen der Industrie und in Laboratorien aufzuspüren. Der Durchmesser der Moleküle von Stickstoff und Sauerstoff ist sehr viel großer als der von Hehumatomen, weshalb sie weit weniger imstande sind, durch die Ballonhülle zu entweichen. Man konnte es sich mit dem Unterschied zwischen Sand und Kies veranschaulichen, die man durch ein Sieb wirft: Der Sand fällt leichter hindurch, weil seine Bestandteile kleiner sind. 106

Die Diffusionsverluste werden durch einen weiteren Faktor vergrößert: Ballons bestehen aus zäh-elastischen Materialien, die als eine wirre Masse von Polymersträn­ gen angeordnet sind - ein wenig wie ein Teller voll Spaghetti. Die Polymerstränee können sich nicht eng aneinanderlegen, und so bleiben Öffnungen, durch die das Helium diffundieren kann, weshalb es selbst bei niedri­ gem Druck durch die Hülle entweicht. Bläst man den Ballon auf, werden die Polymerstränge gedehnt, wodurch die Ballonhülle dünner (und für das Helium der Weg nach außen kürzer) wird. Die molekulare Struktur öffnet sich ein wenig (was die Diffusion sehr erleichtert), und der höhere Druck liefert zusätzliche Energie für diesen Vorgang. Deshalb schrumpft der Ballon anfangs rasch, doch das verlangsamt sich immer mehr, während er kleiner wird. Die im Handel erhältlichen Heliumballons werden aus nicht porösem, unelastischem Material hergestellt und zusätzlich beschichtet, um die Verluste noch weiter zu verringern. Doch auch bei diesen entweicht jeden Tag eine beträchtliche Menge Helium - jedenfalls genug, um Kinder (und Erwachsene) schon am Tag nach dem Kauf eines Ballons zu enttäuschen. G.W. Großbritannien

Antwort Das Heliumatom ist sehr klein und leicht. Es kann ziemlich problemlos durch die dünne, gedehnte Gummihülle des Ballons diffundieren, da es selbst durch Poren von der Größe eines Atoms einen Weg findet. Luftnioleküle (vorwiegend Sauerstoff und Stickstoff) sind größer und schwerer und wandern sehr viel langsamer durch die Hülle. Außerdem kommt zum Druck im Inneren des Ballons, der das Helium durch die Ballonwände preßt, 107

noch ein weiterer Faktor, der den Heliumfluß nach außen fordert. Da die Luft fast kein Helium enthält, prallen weit mehr Heliumatome auf die Innenseite des Ballons als auf die Außenseite - dieses Gefälle führt insgesamt zu einem Abfluß. Dennoch wird man bemerken, daß der Ballon nicht vollkommen schlaff wird. Das liegt daran, daß eine gewisse Luftmenge hineingelangt, weil entsprechend mehr Luftmoleküle von außen auf die Hülle treffen als von in­ nen. Dieser Mechanismus führt zu einem wirklich seltsamen Effekt, wenn man den Ballon mit Schwefelhexafluorid füllt, einem Gas, dessen sehr große und schwere Moleküle fast überhaupt nicht durch den Gummi diffundieren und deshalb nicht entweichen können. Wie bei dem Beispiel des Heliums gibt es außerhalb des Ballons mehr Luftmoleküle als innerhalb. Deshalb diffundiert Luft ins Innere, und der Ballon wird allmählich größer. H.R.

Universität Southampton, Großbritannien

Der Vulkan ruft Frage In meiner Kindheit in Neuseeland hat man mir erzählt, daß der Ausbruch des indonesischen Vulkans Krakatau im Jahre 1883 noch in Auckland zu hören gewesen sei (zu jener Zeit hatte man den Knall angeblich als Bestandteil eines Artilleriemanövers der russischen Marine gedeutet). Was könnte dafür verantwortlich gewesen sein, daß der Knall der Eruption noch hörbar war, nachdem er über mehrere tausend Kilometer getragen worden war? M.B. Neuseeland 108

Antwort Soviel ich weiß, wurde die Explosion, die mit dem Ausbruch des Krakatau einherging, durch eine große Wassermenge ausgelöst, die sich überhitzte und schlagartig in Dampf verwandelte. Die ursprüngliche Eruption hinterließ einen rotglühenden Hohlraum unter dem Wasserspiegel, in den das Meer eindrang. Im weiteren Verlauf des Ausbruchs schloß dieser Hohlraum sich wieder. Die Gewalt einer solchen Explosion wurde mir und vielen anderen interessierten jungen Wissenschaftlern der 1960er Jahre durch einen Vortragsreisenden der Universität Nottingham nahegebracht, der durch England reiste und die Wirkung von explosiven Stoffen vorführte. Vor Beginn seines Vortrags brachte er ein mit Wasser gefülltes und verschweißtes Glasrohr über die Flamme eines Bunsenbrenners, schirmte die Anordnung mit dickem Sicherheitsglas ab und begann seine Vorlesung. Nach ein paar Minuten wurde das Publikum mit einem Schlag aufgeschreckt, als das Rohr heftig und mit großem Krach explodierte. Das Rohr hatte sich bis auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Glas weich wurde. In diesem Moment ging das Wasser urplötzlich in Dampf über. Aber wie sagen die im Fernsehen: »Machen Sie das nicht bei sich zu Hause.« A.D. Holland Antwort Die Frage läßt sich in zwei Teilen beantworten. Erstens war die anfängliche Eruption sehr laut. Zweitens wurde der Knall rund um die Südhalbkugel weitergeleitet, weil oberhalb einer wärmeren Luftschicht direkt über dem Meer eine Inversionsschicht aus kalter Luft lag. Solche Effekte treten gelegentlich auf, gewöhnlich jedoch nicht über so große Entfernungen. J.W. Großbritannien 109

Antwort Ich möchte einen Aspekt der Antwort des vo­ rigen Briefschreibers korrigieren. Eine Temperaturinver­ sion liegt dann vor, wenn kalte Luft sich unterhalb und nicht oberhalb von warmer Luft befindet. Dadurch ist die Geschwindigkeit des Schalls in der Höhe größer, und aus diesem Grund verläuft er tendenziell eher nach unten als nach oben. Eine solche Schichtung der Luft nennt man Inversion (Umkehrung), weil die Temperatur normalerweise mit zunehmender Höhe fällt. E.K. Israel

Ausgeschachtet Frage Kann man in einer ungebremst fallenden Liftkabine irgend etwas unternehmen, um die Wirkung des Aufpralls zu verringern? Würde es helfen, unmittelbar vor dem Aufschlag der Kabine auf dem Schachtgrund in die Höhe zu springen? N. O. Großbritannien Antwort Zunächst einmal gilt: Ungeachtet aller Hollywood-Klischees kann eine Aufzugskabine im Schacht so gut wie nie abstürzen. Dies ist der auf Beschleunigung reagierenden Sicherheitsbremse zu verdanken, die Elisha Otis sich im 19. Jahrhundert patentieren ließ. Beginnt eine Liftkabine zu fallen, werden mehrere von Federn betätigte Fangarme ausgelöst, die die Kabine im Schacht festklem­ men. Was die Überlebensmöglichkeiten angeht, ist es wahrscheinlich am besten, sich mit dem Rücken auf den Kabi­ 110

nenboden und die Hände unter den Kopf zu legen, um die Wirkung des Aufschlagens geringzuhalten. Im freien Fall dürfte das allerdings schwierig sein. Wenn man kurz vor dem Aufprall hochspringen würde, könnte man sein eigenes Aufschlagen lediglich um ein paar Millisekunden hinauszögern. Außerdem: Wie könnte man wissen, wann das der Fall ist? Falls man einen Augenblick zu früh springt, schlägt man sich zuerst den Kopf an der Decke an, ehe man auf den Boden kracht, wenn der Lift unten aufschlägt. Selbst wenn man mit seinem Sprung genau den richtigen Zeitpunkt erwischen würde, müßte man ihn, wenn es ir­ gendeinen Nutzen habe soll, mit derselben Kraft durch­ führen, die nötig wäre, um bis auf die Höhe zu springen, in der der Lift zu fallen begann (falls der Lift beispiels­ weise aus 100 Metern Höhe fällt, könnte sich auf diese Weise nur jemand retten, der in der Lage wäre, seinerseits 100 Meter hoch zu springen). Wer das schafft, würde wahr­ scheinlich keinen Lift benötigen. K. W. Australien Antwort Wenn man unmittelbar vor dem Auftreffen auf dem Boden hochspränge und dabei eine Anfangsgeschwindigkeit erreichen könnte, die ebenso hoch ist wie die Fallgeschwindigkeit des Lifts, würde man schnell an die Decke der Kabine gelangen. Man hätte zwar Probleme mit dem Abspringen, weil man möglicherweise schwerelos wäre, aber mit Handgriffen, an denen man sich zum Kabinenboden ziehen könnte, sollte es möglich sein. Kurz bevor man mit dem Kopf an der Decke der Kabine anstieße, würde diese sich glücklicherweise schlagartig von einem wegbewegen (vorausgesetzt, der Aufzug würde nach dem Aufschlagen seine Form behalten!), bis sie die­ 111

selbe (relative) Aufwärtsgeschwindigkeit besitzt wie man selbst. Auch der Kabinenboden würde sich so verhalten, wenn auch in Richtung auf einen zu. Nun könnte man aus wenigen Zentimetern Hohe leichtfüßig auf dem Boden landen und aus dem Aufzug ins Erdgeschoß spazieren, das mit derselben (relativen) Geschwindigkeit nach oben unterwegs wäre wie man selbst. Allerdings gibt es dabei noch ein oder zwei Probleme. Um eine solche Geschwindigkeit zu erreichen, müßte man nämlich bis auf die Höhe springen können, aus der der Lift abgestürzt ist. Und selbst wenn man dazu fähig wäre, wäre man beim Sprung einer Beschleunigung ausgesetzt, die ebenso groß ist wie die beim Aufprall auf den Boden. Dennoch sollte man nach derselben Logik annehmen können, daß selbst ein kleiner Sprung den Aufschlag mildert. A. W. Großbritannien Antwort Ich sehe drei Möglichkeiten, die eigenen Überlebenschancen (wenn auch nur geringfügig) zu verbessern. Eine davon ist bereits erwähnt worden: Man springt vor der Landung so kräftig wie möglich in die Höhe, um einen Teil der Aufprallenergie zu kompensieren. Die zweite Möglichkeit besteht darin, alle weichen Gegenstände, die man dabei hat, zum Beispiel die Kleidung, vor dem Aufschlagen unter sich zu legen. Das würde die Verzögerungs­ zeit beim Aufprall verlängern und damit die Schäden ein klein wenig verringern. Wenn man nicht besonders viel Wert auf seine Beine legt, könnte man, wie ich meine, aufrecht darauf stehen bleiben und sie als »Knautschzone« einsetzen, auch wenn das einen ziemlichen Verhau geben dürfte. Die dritte Möglichkeit ist kaum der Rede wert. Man könnte versuchen, sich so breit wie möglich zu ma­ 112

chen, während man sich festhält, um so die Oberfläche des Lifts zu vergrößern. Das sollte seine Endgeschwindigkeit um einen unmeßbaren Betrag verringern. D.F. Großbritannien

Ball im Aus? Frage Mein vierjähriges Kind fragte mich, ob zwei Fallschirmspringer im Fallen Baseball, Cricket oder auch nur ein einfaches Fangspiel spielen könnten. Was würde mit dem Ball geschehen? A.S. USA Antwort Ehe die Fallschirme sich geöffnet haben, könnte man im freien Fall kein Ballspiel betreiben, weil die beteiligten Objekte unterschiedliche Endgeschwindigkeiten besitzen. Die Endgeschwindigkeit eines fallenden Gegenstandes ist dem Verhältnis von Oberfläche und Gewicht direkt proportional. Diese Relation ist bei einem Tennisball völlig anders als bei einem Menschen, so daß der Ball im Vergleich zu den Fallschirmspringern scheinbar nach oben schießen würde - seine Endgeschwindig­ keit ist niedriger (geringes Gewicht bei relativ großer Oberfläche). Außerdem würde allein schon das Werfen eines Balles die Lagekontrolle des Springers beeinträchtigen (er benutzt die Hände, um seine Fluglage zu stabilisieren), so daß er zu trudeln anfinge oder sich überschlagen würde, was gefährlich werden konnte. M.B. Großbritannien 113

Antwort Sobald die Schirme sich geöffnet haben, erreichen die Fallschirmspringer rasch eine konstante Ge­ schwindigkeit, die niedriger ist als die Endgeschwindigkeit im freien Fall. Da die Springer nicht beschleunigen, gelten für sie die Bewegungsgesetze nicht anders, als wenn sie an Ort und Stelle blieben (sobald ein Lift erst einmal unterwegs ist, kann niemand feststellen, in welche Richtung er sich bewegt). Zudem sind die relativen Unterschiede zwischen den Endgeschwindigkeiten der Fall­ schirmspringer und der des Balles weit geringer als im freien Fall. Weil sie sich aber abwärts bewegen, spielen sie ihr Spiel in einer aufwärtsgerichteten Luftströmung von einigen Metern pro Sekunde. Jedes Spiel würde also ablaufen wie auf der Erde, wenn dort ein schwacher Aufwind herrscht. Eine überschlägige Rechnung zeigt, daß die Springer mit einem dichten Ball wie einem Cricketball kaum einen Unterschied bemerken dürften; ein Beachball würde in gemächlicherem Bogen als sonst fliegen, aber nicht völlig fortgeblasen werden. B. C.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Alles hängt davon ab, wie groß der Fallschirm ist, an dem der Ball hängt. C. G.-T. Großbritannien

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Autos im Sog Frage 1) Wenn Rennautos, Motor- oder Fahrräder »im Windschatten fahren« - also auf einer Rennstrecke dicht aufeinander folgen -, ist das zweifellos ein Vorteil für den Wettkampfteilnehmer, der hinterherfährt. Er profitiert vom verringerten Luftwiderstand und dem Sog des Vakuums, den das führende Fahrzeug hervorruft, indem es ein Loch in der Luft erzeugt. Ich würde jedoch gerne wissen, ob das führende Fahrzeug eine entsprechende Mehrleistung zu erbringen hat, weil sein Konkurrent dicht hinter ihm fährt. D. G. USA Frage 2) Mein Auto ist klein und so langsam, daß ich auf der Autobahn hier in der Gegend sogar von Lastwagen und Bussen überholt werde. Wenn so ein Fahrzeug von hinten näherkommt, spüre ich jedesmal, wenn die Front des großen Wagens noch einen oder zwei Meter hinter meinem Auto ist, einen deutlichen Sog. Es scheint, als würde ich von einem Luft­ schwall, den das große Fahrzeug vor sich herschiebt, angezogen und nicht vorwärtsgeschoben, wie man annehmen sollte. Andererseits drücken mich die Turbulenzen an den Seiten des größeren Fahrzeugs tatsächlich zur Seite, weg von dem überholenden Wagen. Was geschieht da genau? Und spielt die Größe meines Autos bei diesem besorgniserregenden Vorgang eine Rolle? J.R. Norwegen

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Antwort Motorradfahrern ist der erste geschilderte Effekt wohlvertraut. Nähert man sich einem großen, schnellfahrenden Fahrzeug von hinten, bemerkt man in dessen Umgebung eine Anzahl deutlich unterscheidbarer Zonen verschiedenen Luftdrucks mit unterschiedlichen Eigenschaften. Am bekanntesten ist der Windschatten, der Unterdruckbercich direkt hinter dem Fahrzeug. Er bildet sich, weil die Luft, die der Lastwagen vor sich verdrängt, mit einer kleinen Verzögerung in den leeren Raum hinter dem Lastwagen einfließt. Wenn man jung oder tollkühn genug ist, kann man sein Motorrad in diese äußerst stille Zone bugsieren, in der man keinen Gegenwind erfährt und die vom Lastwagen verdrängte Luft einen vorwärtsschiebt, während sie von hinten in die ständig sich entfernende Lücke einzuströmen versucht. Früher habe ich es ge­ schafft, damit zusätzliche 15 km/h aus meinem Zweitakter herauszuholen. Auf langen Steigungen ist das besonders nützlich, wenn es einem nichts ausmacht, mit weniger als einem Meter Abstand hinter seinem »Zugfahrzeug« herzufahren und keinerlei Aussicht zu haben, am Leben zu bleiben, wenn es bremst. R.R. Großbritannien Antwort Hinter jedem sich bewegenden Objekt gibt es immer ein ständig sich veränderndes Teilvakuum, weil die Luft, die in die entstehende Lücke strömt, Zeit braucht, um sie zu erreichen. Dieses Vakuum zieht das Objekt nach hinten; den Effekt nennt man Sog. Je schneller das Objekt, desto ausgeprägter das Vakuum, und entsprechend größer ist der Sog. Ein Bus, der langsam zu einem aufschließt, schiebt einen Schwall Luft hohen Drucks vor sich her, der die Zone 116

niedrigen Luftdrucks hinter dem eigenen Wagen auffüllt und so das Vakuum zeitweilig verringert. Der geringfügig verringerte Sog führt dazu, daß man selbst ein wenig schneller wird. Kurz darauf, an einem kritischen Punkt (der sehr plötzlich erreicht wird), wirkt das eigene Vakuum auf den Bus und wird gleichzeitig dramatisch verstärkt, weil die einfließende Luft durch die breite, flache Front des Busses blockiert wird. Diese Zone mit besonders niedrigem Luftdruck wiederum »saugt« beide Fahr­ zeuge gleichermaßen an. Da das eigene Auto jedoch viel leichter ist, hat das zur Folge, daß man unmittelbar, nachdem man ein wenig schneller geworden ist, sehr viel stärker abgebremst wird, als der Bus beschleunigt wird - das fühlt sich dann so an, als würde man nach hinten gezogen. Wenn der Bus dann die Spur wechselt, um zu überholen, läßt er das verstärkte Vakuum hinter einem zusammenbrechen, was einen vorwärts schiebt. Schließlich gerät das Heck des eigenen Wagens auf der Fahrerseitc in den Schwall der Luft hohen Drucks, den die Front des Busses vor sich herschiebt, was einen zur Seite drückt. D.R. Großbritannien

Antwort Ein großer Teil der Energieverluste, die auftre­ ten, wenn ein Objekt sich durch fluide Stoffe (Flüssigkeiten oder Gase) bewegt, entsteht an sogenannten Diskontinuitäten. Insbesondere trifft das für die Front und das Heck von Fahrzeugen zu, weshalb dichtes Auffahren nicht nur das hintere, sondern auch das vorausfahrende Fahr­ zeug unterstützt. Sind die Fahrzeuge entsprechend dicht beieinander, kann der Zwischenraum mit einer Lufttasche gefüllt sein, die dafür sorgt, daß sie sich fast wie ein einziges langes Fahrzeug verhalten. Dabei trägt das vordere Fahrzeug die 117

Energieverluste, die vorn entstehen, während das hintere die am Heck auftretenden Energieverluste übernimmt ­ beide gemeinsam teilen sich den Aufwand für die relativ geringen Energieverluste in der Mitte. K.A. Australien Antwort Ein Radfahrer, der mit hoher Geschwindigkeit (etwa 40 km / h) auf ebener Strecke fährt, wendet bis zu 90 Prozent seiner Kraft dafür auf, den aerodynamischen Sog zu überwinden, und reagiert deshalb ziemlich empfindlich auf kleine Veränderungen des Luftwiderstands. Dieser Widerstand berechnet sich aus der Dichte der Luft, die der Radfahrer durchquert, dem Quadrat seiner Geschwindigkeit, der Fläche, die er der anströmenden Luft entgegensetzt, und aus seiner Gestalt. In die Formel zur Berechnung des Sogs gehen alle diese Größen als SogKoeffizient ein. Unter ansonsten gleichen Bedingungen und innerhalb vernünftiger Grenzen nimmt dieser Koeffizient mit wachsender Länge des durch die Luft bewegten Objekts tendenziell ab. Bei einem zwei Meter langen Zylinder mit einer Stirnfläche von einem halben Quadratmeter, dessen Längsachse parallel zur Bewegungsrichtung verläuft, beträgt der Koeffizient 0,93. Verdoppelt man die Länge des Zylinders, verringert der Wert sich auf 0,83. Auch wenn ein Radfahrer kaum einem perfekten Zylinder ähnelt, wird die Körperlänge praktisch verdoppelt, wenn ein zweiter Fahrer dicht dahinter fährt. R. O.

Universität Ljubljana, Slowenien

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Antwort Bei mit 40 km/h in geschlossener Reihe fahrenden Radfahrern spart jeder einzelne Windschattenfahrer zwischen 26 und 27 Prozent Energie. Dabei übt keines der Fahrräder eine Wirkung auf das jeweils vor ihm fahrende Rad aus. Bei vier Radfahrern, die mit 40 km/h in einer Linie unterwegs sind und sich in der Führung regelmäßig abwechseln, muß jeder einzelne ebensoviel Energie aufwenden, wie wenn er allein mit 35,2 km/h fahren würde. Diese Information stammt aus einem Artikel von James M. Hagberg und Steve D. McCole in der Zeitschrift Cycling Science vom September 1990. A.R. Großbritannien

Antwort Rennwagen, die bei hoher Geschwindigkeit sehr dicht auffahren (besonders auffallend bei den StockCar-Rennen der amerikanischen NASCAR-Serie, wo man auf riesigen ovalen Rennstrecken mit überhöhten Kurven fährt), teilen den Sog auf die einzelnen Fahrzeuge auf. So können zwei oder mehr Fahrzeuge, die hintereinander herfahren, bei gleichbleibender Geschwindigkeit Gas wegnehmen. Wenn der zweite Fahrer beschleunigt, um zu überholen, setzt er sich ausreichend vom führenden Wagen ab, damit dieser den Sog allein abbekommt und zurückfällt, was das Überholen erleichtert. A.T. Australien

WIE ES IN DER TECHNIK AUSSIEHT

Wellensalat Frage Die Fernsehantenne auf meinem Dach ist in herkömmlicher Weise konstruiert. An einem Ende sitzt ein kleines Metallgitter; von diesem geht ein langer Stab aus, an dem zu beiden Seiten in regelmäßigen Abständen kleinere Streben angebracht sind. Warum sind Antennen so gebaut? D.L.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Diese Konstruktion wird nach ihren japanischen Erfindern Yagi-Uda-Antenne genannt: Hidetsu Yagi, der sie 1928 entwickelte, und Shintaro Uda, der sie 1954 für den Fernsehempfang verbesserte. Das Metallgitter am einen Ende ist ein Reflektor. Er fokussiert die eingefangenen Fernsehsignale auf das eigentliche Antennenelement, das vor ihm liegt und als Dipol bezeichnet wird. Dieser Teil der Antenne ist über ein Kabel mit dem Fernsehgerät verbunden. Das Prinzip läßt sich recht gut mit dem versilberten Reflektor im Hintergrund eines Autoscheinwerfers veranschaulichen, der das von einer Glühbirne ausgehende Licht zu einem Strahl bün­ delt, mit dem die Straße ausgeleuchtet wird. Vor dem Dipol, gegenüber dem Reflektor, befinden sich mehrere, Direktoren genannte Richtelemente, die der Briefschreiber als Streben bezeichnet hat. Sie verstärken die fokussierende Wirkung der Antenne in einer Richtung, ähnlich wie die Linse des Autoscheinwerfers, die das Licht des Reflektors in einer bestimmten Form bündelt und abstrahlt. Bei einer Fernsehantenne ist das ein Kegel, der direkt auf den örtlichen Fernsehsender gerichtet sein muß, von dem er Signale empfangen soll. Der lange Stab, der die Achse der Antenne bildet, trägt die quer zu ihm 123

montierten Streben und hält sie am richtigen Platz, ähnlich wie das Gehäuse des Autoscheinwerfers den Reflektor und die Linse zusammenhält. Die Yagi-Uda-Antenne hat sich als besonders geeignet für den Fernsehempfang im VHF- und UHF-Bereich erwiesen, weil sie auf sehr kleinem Raum eine hervorragende Leistung bietet. Eine Parabolantenne von der Art, wie man sie zum Empfang von Satelhtensendern einsetzt, würde bei vergleichbarer Leistung eine vielfach größere Schüssel erfordern. M. B. Norwegen Antwort Das Überraschende an der Yagi-Uda-Fernseh­ antenne ist die Tatsache, daß der größte Teil der Konstruktion überhaupt nicht mit dem Fernsehgerät verbunden ist. Nur das eine Paar Streben, das als Dipol ausgelegt ist und unmittelbar vor dem Metallgitter oder Reflektor liegt, ist über ein Koaxialkabel an den Empfänger angeschlossen. Um das Fernsehsignal empfangen zu können, muß der Dipol selbst etwa so lang sein wie die halbe Wellenlänge; in den meisten Gebieten wäre er jedoch allein für sich zu schwach. Der Reflektor ist im Abstand einer viertel Wellenlänge hinter dem Dipol angebracht und trägt entscheidend zur Empfangsstärke der Antenne bei. Alle anderen Streben, die Direktoren, befinden sich vor dem Dipol und sind ebenfalls je eine viertel Wellenlänge vom nächsten Element entfernt; sie sind eine halbe Wellenlänge lang. Sie sollen die Empfangsstärke der Antenne verbessern - je schwächer das Signal, desto mehr dieser Elemente werden benötigt. Die verbesserte Empfangsstärke hat ihren Preis, der sich in den Richtungseigenschaften der Antenne zeigt. Eine kurze Antenne mit wenigen Direktoren in einem Gebiet, 124

das nahe an einem Umsetzer liegt, muß nicht besonders sorgfältig ausgerichtet werden. Eine große Antenne mit den vielen Leitelementen, die in einer Gegend mit einem schwachen Signal erforderlich sind, muß dagegen sehr sorgfältig auf den örtlichen Umsetzer ausgerichtet werden. Fernsehsignale, die terrestrisch ausgestrahlt werden, nutzen das UHF-Band mit seiner kurzen Wellenlänge, weshalb auch die Dipole, die der halben Wellenlänge ent­ sprechen, kurz sind. Die frequenzmodulierte Ausstrahlung (UKW) der Rundfunksender liegt im VHF-Bereich; wegen der größeren Wellenlänge müssen hier die Dipole länger sein. Obwohl also einige UKW-Antennen gleich gebaut sind, müssen sie viel größer sein. Bei einigen Fernsehantennen sind die Streben (Direktoren) in der Waagrechten angeordnet, weil die Signale des örtlichen Umsetzers in horizontaler Polarisierung abge­ strahlt werden; bei vertikaler Polarisierung des Signals sind diese Elemente entsprechend in der Senkrechten angebracht. Diese Anordnung hilft den Fernsehzuschauern, Interferenzen zwischen Sendern zu vermeiden, die nahe beieinander liegen. Radiosendungen im UKW-Band werden mit gemischter Polarisation abgestrahlt, weil viele Hörer mit tragbaren Empfängern oder Autoradios mobil sind und deswegen keine gleichbleibende Ausrichtung der Antenne aufrechterhalten können. P.B.

Physikalische Abteilung des Exeter College, Großbritannien

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Miefquirl

Frage Um meine stickige New Yorker Wohnung zu kühlen, setze ich viele Ventilatoren ein. Einer hat zwei Propel­ lerblätter, einer hat drei, und bei zwei weiteren habe ich fünf Blätter gezählt. Nach welchen Kriterien wird bestimmt, wieviel Blätter ein Ventilator hat? Wie wirkt die Anzahl der Blätter sich auf Menge und Geschwindigkeit der geförderten Luft aus ? Und ganz nebenbei: Gelten diese Kriterien auch für die Propeller, die für den Antrieb von Schiffen verwendet werden? A.K. USA Antwort Das von einem Ventilator bewegte Luftvolumen hängt von der Gesamtfläche seiner Propellerblättcr ab, während die Geschwindigkeit des Luftstroms vom Anstellwinkel sowie der Geschwindigkeit der Blätter bestimmt wird. Per E-Mail aus Australien

Antwort Die Anzahl der Blätter in einem Ventilator hängt von drei grundsätzlichen Überlegungen ab: Wieviel Energie ist verfügbar, um sie rotieren zu lassen? Wieviel Luft soll mit welcher Geschwindigkeit bewegt werden? Und welche Beschränkungen ergeben sich aus dem Ge­ räuschpegel? Eine größere Anzahl von Blättern ist weniger effizient als eine kleine, aber ein Ventilator mit weniger Blättern muß sich schneller drehen, um dasselbe Luftvolumen zu fördern, was zu einer höheren Geschwindigkeit der Pro­ pellerspitzen führt und mehr Lärm erzeugt. Grundsätzlich läßt sich sagen, daß weniger Ventilator­ 126

blätter (falls die verfügbare Energie nicht beschränkt ist) mehr Umdrehungen pro Minute, eine schnellere Luftbewegung, mehr Lärm und maximale Effizienz bedeuten. Viele Blätter ergeben weniger Umdrehungen pro Minute, eine größere Luftförderung, weniger Geräusche und einen geringeren Wirkungsgrad. J.R. Großbritannien

Antwort Je mehr Blätter ein Ventilator oder eine Luft­ schraube besitzt, desto geringer ist ihr Wirkungsgrad, da jedes Blatt weitgehend in der Wirbelschleppe seines Vorgängers unterwegs ist. Am effizientesten ist in der Tat ein einzelnes Propellerblatt. In den dreißiger und vierziger Jahren war es sehr beliebt, Modellflugzeuge zu bauen und in Flugwettbewerben gegeneinander antreten zu lassen. Damals entwarfen und bauten viele solcher Hobby-Flugzeugbauer (auch ich gehörte dazu) Propeller mit nur einem Blatt und einem entsprechenden Gegengewicht. Selbst bei einem oder zwei vollwertigen Flugzeugtypen wurden sie eingesetzt. Propeller und Ventilatoren mit mehreren Blättern benutzt man vorwiegend deshalb, weil man hier den Durchmesser klein halten kann, was die Geschwindigkeit der Propellerspitzen und damit den Lärm mindert. Im Fall der Schiffsschrauben kann man die Umdrehungsgeschwindigkeit verringern, was sie weniger anfällig für Kavitation oder Blasenbildung macht. * G.S. Großbritannien * Diese Effekte können die Schiffsschraube zerstören. - Anm. d. Ü.

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Flugbahn Frage Warum starten Raketen senkrecht nach oben? Warum benutzen sie kein Rollfeld? T, B.-G. Australien

Antwort Moderne Flugzeuge und Raketen verwenden dasselbe Antriebsprinzip: Beide erzeugen Vortrieb, indem sie heiße Gase durch eine Düse ausstoßen. Das Triebwerk eines Jets / einer Rakete läßt die Gase nach hinten ausströ­ men, und deren Rückstoß treibt das jeweilige Fluggerät vorwärts. Das ist etwa so, als würde man von einem Boot abspringen - das Boot entfernt sich in die entgegengesetzte Richtung. Die eigentliche Antwort ergibt sich jedoch aus der Tat­ sache, daß Raketen im Gegensatz zu Flugzeugen, die über eine lange Piste abheben, keine Tragflächen besitzen. Das Flugzeug braucht die Tragflächen, um fliegen zu können. Grob ausgedrückt sind diese Flächen oben gewölbt und an der Unterseite eben. Sind sie in Bewegung, muß die Luft auf der Oberseite schneller fließen als entlang der Unterseite. Eine höhere Strömungsgeschwindigkeit hat niedrigeren Druck zur Folge, so daß unterhalb der Trag­ flächen ein vergleichsweise höherer Druck herrscht. Das führt dazu, daß die Tragflächen (und mit ihr das Flugzeug) nach oben gedrückt werden. Em Flugzeug ist ziemlich schwer, und deshalb muß die Luft mit sehr hoher Ge­ schwindigkeit daran vorbeiströmen, damit es abheben kann. Dazu rollt es über eine lange Startbahn, bis es ausreichend schnell ist und sich in die Luft erhebt. Eine Rakete dagegen muß sich fern der Erde bewegen. Dort ist die Luft, falls überhaupt vorhanden, sehr dünn und kann deshalb nicht besonders gut dazu beitragen, et­ 128

was anzuheben. Eine Rakete kann also keine Tragflächen nutzen, um an ihr Ziel zu kommen. Statt dessen verfügt sie über einen sehr starken Antrieb, der gewaltige Mengen Gas ausstößt und sie so in die Höhe befördert. Um abheben zu können, muß eine Rakete also nicht über eine Startbahn rasen; sie steigt einfach auf. Warum haben wir dann sowohl Flugzeuge als auch Raketen, wenn doch Raketen allem genügen würden? Nun, man benötigt weit weniger Treibstoff, um ein Flugzeug fliegen zu lassen, weil die Luft für den Auftrieb sorgt. S. J. Großbritannien Antwort Alles, was in Luft fliegt, muß sich Auftrieb verschaffen. Bei Flugzeugen, Vögeln, Insekten und so weiter wird dieser Auftrieb von der Luft geliefert, die über Flügel oder Tragflächen streicht. Raketen besitzen keine Tragflächen, also muß ihr gesamter Auftrieb durch den Rückstoß ihrer Triebwerke bereitgestellt werden. Offensichtlich ist es auch sehr viel effizienter, die Triebwerke senkrecht nach unten arbeiten zu lassen, so daß die Rakete gerade in den Himmel steigt, anstatt den Rückstoß damit zu vergeuden, daß man sie waagrecht über eine Startbahn anrollen läßt. Die Raumfähre besitzt kleine Stummelflügel, die aber nur von Nutzen sind, wenn sie keinen Treibstoff an Bord hat und landet. Sie erzeugen nicht annähernd genug Auftrieb, um den Flugkörper vom Boden abheben zu lassen, wenn der gewaltige externe Treibstofftank angekoppelt ist. S.Z.. Großbritannien

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Antwort In den vorangehenden Antworten wurde erklärt, weshalb Flugzeuge horizontal starten, aber nicht, weshalb Raketen senkrecht aufsteigen. Auf einem luftlee­ ren Planeten könnte eine Rakete in jeder Richtung starten und mit jeweils derselben Menge Treibstoff die Entweichgeschwindigkeit erreichen. Auf der Erde dagegen starten Raketen in der Regel senkrecht, um den Luftwiderstand auf dem Weg aus der Atmosphäre möglichst gering zu hal­ ten. Ich empfehle, die frühen Romane Robert Heinleins zu lesen, wo man einen soliden Grundkurs in Raketenflugtechnik erhält. R.A.

Forschungsgruppe Energie, University College, Dublin, Irland

Antwort Um in eine Erdumlaufbahn zu gelangen, muß eine Rakete etwa 160 Kilometer Höhe und 25 Mach Geschwindigkeit erreichen. Dies gelingt am effizientesten, wenn das Fluggerät senkrecht aufsteigt, solange es noch relativ langsam ist. Sobald es den größten Teil der Atmosphäre durchflogen hat, läßt man die Geschwindigkeit ansteigen. Eine Rakete auf einer Startbahn würde anfangs schnell beschleunigen, doch sie würde zusätzlichen Treibstoff benötigen, um sich mit hoher Geschwindigkeit durch die dichte Atmosphäre in die Höhe zu arbeiten. R.E. Großbritannien

Antwort Die dichte Luft auf Meereshöhe bringt hohen Luftwiderstand mit sich. Es gibt nur eine Lösung: Man muß die dichten Luftschichten so schnell wie möglich unter sich lassen, ehe eine hohe Geschwindigkeit erreicht wird. Das kann man nur mit einem senkrechten Start erreichen. 130

Auf dem luftleeren Mond hätte ein annähernd waag­ rechter Start große Vorteile, besonders weil einiges an Antriebskraft von einem linearen Induktionsmotor statt von einer Rakete geliefert werden könnte. Dieses Verfahren ist sehr viel effizienter, da weit weniger Energie für die Beschleunigung der Reaktionsmasse (also den Treibstoff) aufgebracht werden muß. Diese Anwendung eines Katapultstarts wurde, soviel ich weiß, zuerst von Robert Heinlein in seiner Science-Fiction-Story Revolte auf Luna (1966) vorgeschlagen. Auf der Erde könnte man das ganze Fluggerät natürlich zunächst mit Hilfe eines gigantischen Heliumballons über die dichteren Schichten der Atmosphäre befördern. K.B. Großbritannien

Gut drauf Frage Während ich (über eine Soundanlage) einen UKW-Sender auf 98,6 Mhz hörte, fiel mir auf, daß das Radiosignal sich an- und ausschalten ließ, wenn ich in verschiedene Bereiche des Raumes ging. Das Gerät reagierte so empfindlich auf meine Position, daß es mir möglich war, den Ton einfach dadurch an- und abzuschalten, daß ich mich, während ich auf einem Stuhl in sechs Metern Entfernung vom Empfänger saß, vor- und zurückbeugte. Was ist für diesen Effekt verantwortlich? D.M. Neuseeland

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Antwort Das hört sich so an, als würden Sie eine Antenne verwenden, die sich im selben Raum befindet wie Ihre Anlage. Eine solche Antenne empfängt nicht nur das Signal, das direkt vom Sender kommt, sondern zusätzlich auch die von den Wänden, der Decke und dem Boden und sogar von Gegenständen einschließlich des menschlichen Körpers reflektierten Radiowellen. All diese Signale überlagern einander und erzeugen damit ein Interferenzmuster, so daß die Signalstärke sich in Abhängigkeit von der Position der Menschen sowie der Antenne im Raum verändert. Ein Signal von 98,6 Mhz hat eine Wellenlänge von etwa drei Metern, folglich kann eine Person, die sich im Raum um weniger als einen Meter weiterbewegt, eine signifikante Phasenänderung bewirken. Das Signal erreicht die Antenne direkt vom Sender, aber auch von Ihrem Körper. Kommen die beiden Signale an der Antenne an, addieren sie sich, und die Antenne empfängt das Ergebnis dieser Addition. Da es sich dabei um Sinuswellen gleicher Frequenz han­ delt, hängt die Stärke des durch die Addition erzeugten Signals von den relativen Phasen der beiden Teilsignale ab. Weil diese vom Sender zur Antenne verschiedene Wege und damit unterschiedliche Strecken zurückgelegt haben, kommt es zu einer Phasendifferenz. Falls die zurückgeleg­ ten Strecken sich um ein beliebiges ganzzahliges Mehrfaches der halben Wellenlänge unterscheiden, kommen die Signale mit einer Phasenverschiebung von genau 180 Grad bei der Antenne an. Vorausgesetzt, sie sind gleich stark, ist das Ergebnis ein Eingangssignal mit dem Wert Null. Dies zeigt, wie Sie es schaffen, die Stärke des Signals zu verändern, doch woran liegt es, daß Sie den Ton ganz anund abschalten können? Nun, die meisten UKW-Empfänger enthalten einen Schaltkreis, der die Schallausgabe unterbricht, wenn die Signalstärke einen bestimmten Wert 132

unterschreitet - damit soll das Hintergrundrauschen unterdrückt werden, wenn man zwischen einzelnen Sendern wechselt. Wenn Sie also im Raum umhergehen, schwankt dadurch das Signal über und unter den Schwellenwert, der den Schaltkreis aktiviert, und damit schalten Sie den Ton ein und aus. All das illustriert natürlich, wie wichtig eine gute Au­ ßenantenne ist, wenn man Wert auf einen guten Empfang im UKW-Bereich legt. Mit einer Zimmerantenne erreicht man leider nur selten zufriedenstellende Ergebnisse. KD. Merlin Communications International, Großbritannien

Antwort Ihr Problem, das nicht Sie allein betrifft, kommt daher, daß frequenzmodulierte UKW-Signale mit Wellenlängen von etwa drei Metern von den Wänden, dem Boden und der Decke des Raumes und natürlich von Ihnen zurückgeworfen werden. Durch Ausprobieren können Sie sich an eine Stelle begeben, an der Ihr Körper diese Auslöschung der Signale auslöst, oder an einen Ort, wo Sie das Signal deutlich hören. Diese Erscheinung darf jedoch nicht mit der oft von Radiohörern geäußerten Klage verwechselt werden, daß der Sender auswandert, wenn sie sich von ihrem Radio entfernen. Dieses Problem, das einige Zeit lang ziemlich verbreitet war, wurde ausgelöst, wenn die Schaltkreise der auto­ matischen Empfangskontrolle und der automatischen Frequenzkontrolle sich gegenseitig ins Gehege kamen. In diesem Fall änderte der im Raum wandernde Körper mit den oben beschriebenen Abläufen den Signalwert, der am Empfänger ankam. Doch dann änderte das Radio die eingestellte Frequenz, um das Problem zu beheben. Selbstverständlich glaubten die betroffenen Radiohörer, daß es sich um eine Störung des UKW-Empfangs handelte, die in 133

der Verantwortung des Senders liege - in meinem Fall die BBC. C.H. Früher Mitglied der Technischen Information bei der BBC, Großbritannien

Schräger Blick - schlechte Sicht Frage Warum sind die Fenster von Flugzeugen so klein, und warum sitzen sie so tief am Rumpf, daß die meisten Menschen sich hinunterbeugen müssen, wenn sie andere Flugzeuge auf dem Rollfeld sehen wollen? T.K. USA Antwort Wie bei vielen Dingen, die mit der Konstruk­ tion eines Flugzeugs zu tun haben, beruht auch die An­ ordnung verschiedener Einzelteile auf einer Reihe von Kompromissen. Das Leben eines Flugzeugkonstrukteurs wäre sehr viel einfacher, wenn es überhaupt keine Fenster gäbe, doch bisher scheint die übereinstimmende Meinung zu sein, daß es sie geben muß. England hat seine führende Position bei der Herstellung von Düsenflugzeugen verloren, als die Entwicklung der »Comet« von der Firma de Havilland in den 1950er Jahren aufgrund einer Absturzserie einen Rückschlag erlitt, zum Teil wegen Materialermüdung im Bereich der Fenster, die zu einem Strukturversagen führte. Seither gehören Fenster zwar weiterhin zur Konstruktion eines Flugzeugs, doch man hat sie so klein wie möglich ausgelegt. Heute sind sie in der Regel etwa 33 Zentimeter hoch. Das Fenster muß über drei Scheiben verfügen: zwei Druckscheiben und eine innere Abdeckung, damit die Passagiere nicht an die 134

lebenswichtigen Scheiben gelangen und sie beschädigen können. Alle drei sind in einer Fenstereinheit zusammengefaßt, die eingebaut und luftdicht mit der Flugzeughülle verschweißt wird. Diese Einheit ist natürlich schwerer und teurer als die dünne Aluminiumhaut, an deren Stelle sie tritt, und um sie zu tragen, muß die Struktur des Flugzeugs verstärkt werden. Das zusätzliche Gewicht bedeutet, daß man weniger Passagiere oder Fracht befördern kann, was die möglichen Einnahmen der Fluggesellschaften mindert. Außerdem stellen Fenster ein Wartungsproblem dar. Sie können nicht nur verkratzt und beschädigt werden, sondern erhöhen auch die Gefahr undichter Stellen in der Kabine und leiden unter Kondenswasser und Vereisung. Die Lage der Fenster ist je nach Flugzeugtyp unterschiedlich, doch in der Regel versuchen die Konstruk­ teure, sie mit der Mittellinie ein wenig unter Augenhöhe der sitzenden Passagiere unterzubringen. Auf dem Boden ist das möglicherweise ein wenig zu tief, aber im Flug er­ lauben sie einen schrägen Blick zum Erdboden. Würde man sie höher einbauen, wäre wenig gewonnen. Da die Sitze auf Höhe der breitesten Stelle des runden oder ova­ len Rumpfes angebracht sind, würden die Fenster sich am Ende in einem um 10-15 Grad nach oben gerichteten Winkel befinden. Der Passagier hätte dann während des Fluges nur Ausblick auf den Himmel. Läge die Oberkante des Fensters über Augenhöhe, gäbe es zudem ständig Probleme wegen der Einstrahlung oder der Blendwirkung der Sonne. Schließlich würden die Passagiere einfach die Sonnenblenden herunterziehen, was den ursprünglichen Vorteil, ein Fenster zu haben, wieder zunichte machen würde. Es wäre praktisch, sie noch tiefer anzubringen, aber wie bereits gesagt, ist das wegen der Gewichtsprobleme nicht zu machen. 135

Man sollte auch nicht vergessen, daß jedes heute fliegende Zivilflugzeug vor mindestens zehn Jahren entworfen wurde, einige wurden sogar schon vor 40 Jahren erstmals auf dem Reißbrett konzipiert. In der Zwischenzeit haben die Menschen sich geändert, und auch die Sitze werden anders gestaltet. Als man diese Flugzeuge entwarf, hat man die Form der Struktur - einschließlich der Anordnung der Fenster - festgelegt; dabei hat man die Fensterlinie als eine passende Unterbrechung angesehen, an der die Teile der Flugzeughülle miteinander verbunden werden konnten. Nachdem man diese Anordnung einmal festgelegt und die Produktionsanlagen mit den entsprechenden Werkzeugen eingerichtet hatte, wäre es außerordentlich kostspielig, dies zu ändern. Mittlerweile sind die Menschen auch noch größer geworden. Die Konstrukteure müssen sich bei der Größe der Sitze nach den »Dreyfuss-Kriterien« richten. Diese Kriterien unterliegen einem ständigen Wandel, aber in der Regel wird ein Konstrukteur die Sitze eines Flugzeugs so auslegen, daß 95 Prozent der amerikanischen Männer darin Platz haben. Falls man sehr groß ist, kann es einem so vorkommen, als seien die Fenster niedriger angebracht - und die Menschen sind allgemein größer als früher. Schließlich geht der Trend im Luftverkehr heute weg von luxuriösen, geräumigen Entwürfen und hin zu einer stark verdichteten Anordnung der Sitze. Unter diesen Umständen, da man den Sitzabstand verringert, um möglichst viele Passagiere unterzubringen, muß der Unterbau jedes Sitzes höher werden, damit der jeweils dahinter sitzende Fluggast genügend Beinfreiheit hat. Auch dadurch gerat das Fenster in eine verhältnismäßig tiefere Position als ursprünglich geplant. T.H. Frankreich

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Antwort Flugzeugfenster sind aus Sicherheitsgründen so klein. Das erste bedeutende Düsenflugzeug für den zivilen Einsatz, die »Comet« der Firma de Havilland, hatte große, rechtwinklige Aussichtsfenster, die den Passagieren einen weiten Rundblick boten. Nach einigen Dienstjahren des Geräts mußte man jedoch erleben, daß Flugzeuge während des Fluges auseinanderbrachen. Um herauszufinden, weshalb das geschah, brachte de Havilland eine neue Comet in einen Wassertank. Dort setzte man sie abwechselnd hohem und niedrigem Innendruck aus, um die Bedingungen während des Fluges zu simulieren. Nachdem man zwei Betriebsjahre dieser Druckzyklen durchlaufen hatte (wofür in Wirklichkeit nur ein paar Wochen im Wassertank erforderlich waren), stellte sich heraus, daß die tragende Struktur des Rumpfes in der oberen Ecke eines der großen Fenster Schäden aufwies, die während eines Fluges zu einem katastrophalen Zusammenbruch geführt hätten. Man mußte die Fenster neu konstruieren und schuf kleine, runde Fenster, die weiter unten in der Flugzeughülle saßen. Damit war das Problem gelöst. Die Position der Fenster ist bis heute gleich geblieben. M.B.

Wellington College, Großbritannien

Wahnsinn in der Mikrowelle Frage Einer meiner Kollegen hat die Angewohnheit, für seinen Tee Wasser aus der Flasche in einen Becher umzu­ füllen und in der Mikrowelle zu erhitzen. Sobald es die richtige Temperatur erreicht hat, nimmt er den Becher heraus. Es ist schon öfter vorgekommen, daß das Wasser hef­ 137

tig zu sprudeln begann, nachdem er einen Teebeutel hineingehängt hatte. Einmal begann es zu sprudeln, als er den Becher aus der Mikrowelle nahm. Es kochte so heftig, daß 90 Prozent des Wassers aus dem Becher sprudelten - das ist eindeutig ziemlich gefährlich. Was geschieht da? M. C.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Ein Teil des Wassers im Becher ist überhitzt die Temperatur der Flüssigkeit liegt ein wenig über deren Siedepunkt, wo sie normalerweise anfängt, in Gas überzugehen. In dem geschilderten Fall kommt es nicht zum Sieden, weil die Spuren von freiem Gas (Blasen­ keime) in der Flüssigkeit fehlen, die zur Blasenbildung nötig sind. Kocht man das Wasser im Kessel, geschieht das nie, weil dessen rauhe Oberfläche wie auch die konvektionsbedingte Verwirbelung des aufsteigenden heißen Wassers ausreichen, ein reguläres Sieden zu ermöglichen. Turbulenzen in Flüssigkeiten sorgen bekanntlich auch in anderen Fällen dafür, daß sich vermehrt Blasen bilden, zum Beispiel wenn man Cola in ein Glas gießt. Bei Ihrem Kollegen hat der Teebeutel (und im anderen Fall einfach die Bewegung) ausgereicht, um die Blasenbildung einzuleiten. Selbst wenn ein großer Anteil des Wassers überhitzt ist, wird nur ein kleiner Teil davon in Dampf übergehen, da für diesen Vorgang ein sehr großer Betrag an latenter Wärme erforderlich ist. Ich kann mir vorstellen, daß man, wenn die Tasse längere Zeit ruhig in der eingeschalteten Mikrowelle stehenbleibt, den gesamten Tasseninhalt auf einen Schlag in dem Gerät verteilen kann, sobald man irgendwelche Blasenkeime einbringt. Genau diese manchmal explosiv ablaufende Dampfbildung sollte Sie 138

veranlassen, einen Mikrowellenherd nur mit größter Vorsicht zu benutzen. R.B. Großbritannien

Antwort Überhitzte Flüssigkeiten können explosiv überkochen, sobald man etwas hinzufügt, wie m den Beispielen der vorherigen Briefschreiber geschildert, oder wenn man das Gefäß bewegt. Ich habe erlebt, wie eine Flasche voll Flüssigkeit spektakulär explodierte, als man sie von einer Mikrowelle ins Labor brachte - Glassplitter und heiße Flüssigkeit wurden durch den Raum geschleudert. Das läßt sich vermeiden, wenn man jede Flüssigkeit, die man in der Mikrowelle erhitzt hat, wenigstens für eine Minute ruhen läßt, ehe man sie berührt oder auch nur die Klappe öffnet. Dadurch kann sie ein wenig abkühlen, und die Hitze verteilt sich gleichmäßiger. Ich würde das jedem empfehlen, der Flüssigkeiten in der Mikrowelle erhitzt, und sei es nur, um sich eine Tasse Tee zu machen. D.W. Großbritannien

Kurventechnik Frage Warum stellt das Lenkrad eines Autos sich beim Fahren von selbst zurück, wenn man es dreht und anschließend losläßt? Bei dem Lego-Technics-Spielzeugauto meines Freundes geschieht das nicht. C.S. Großbritannien

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Antwort Die Tendenz des Lenkrades, in die Geradeausposition zurückzukehren, wird durch den sogenannten Nachlauf der Achsschenkel der Vorderräder verursacht. Deutlicher läßt dieser Effekt sich an einem Einkaufswagen im Supermarkt veranschaulichen, wo die Achse des Drehzapfens eines jeden Rades vor dem Punkt liegt, an dem das Rad den Boden berührt. Schiebt man den Wagen, während die Räder noch nicht in dessen Bewegungsrichtung eingeschwenkt sind, werden die Räder von einer zwischen Bo­ den und Rad wirkenden Kraft gedreht, bis sie in Fahrtrichtung rollen. Die vollständige Erklärung lautet, daß die Reibungskraft, die der Boden während der Vorwärtsbewegung des Wagens auf das Rad ausübt, sich stets einer relativen Bewegung (dem Gleiten) zwischen Rad und Untergrund widersetzt. Solange die Räder nicht nach der Bewegung des Einkaufswagens ausgerichtet sind, verläuft diese Kraft nicht durch die Achse des Drehzapfens, weshalb sie ein Dreh­ moment um jene Achse erzeugt. Dieses sorgt immer dafür, daß das Rad sich in die Bewegungsrichtung stellt. Bei einem Auto erzielt man die gleiche Wirkung, indem man den Achsschenkel in der Weise geneigt einbaut, daß die gedachte Verlängerung seiner Drehachse in Fahrtrichtung vor dem Aufstandspunkt des Reifens liegt. Das gilt auch für Fahrräder, wie man leicht feststellen kann, wenn man einen Besenstiel so an die Lenkerachse anlegt, daß er den Boden berührt. Auch hier sollte man sehen, daß dieser Punkt vor dem Kontaktpunkt des Fahrradrei­ fens liegt. Die Wirkungsweise des Nachlaufs kann man sich leicht veranschaulichen, wenn man das Fahrrad am Sattel faßt und abwechselnd vorwärts- und rückwärtsschiebt, ohne den Lenker zu berühren. In der Vorwärtsbewegung ist das Fahrrad leicht auf einer relativ geraden Linie zu halten. 140

Rückwärts zufahren ist dagegen fast unmöglich, weil das Vorderrad sich um 180 Grad zu drehen versucht, wie man das auch bei den Rädern eines Einkaufswagens beobachten würde. Fährt man mit dem Auto rückwärts, wird man ebenfalls feststellen, daß das Lenkrad nicht mehr die Tendenz hat, sich geradezustellen. B.L. Großbritannien

Plastikrubbeln Frage Wenn eine Kredit- oder EC-Karte an der Kasse nicht richtig funktioniert, reiben Kassierer in den Supermärkten der ganzen Welt die Plastikkarten wie wild am nächsten greifbaren Kleidungsstück. Ist das wirklich zu irgend etwas nütze? P.C. Belgien Antwort Nach meiner Erfahrung spricht eine Kreditoder EC-Karte beim »Durchziehen« aus einem von drei Gründen nicht richtig an. Erstens: Etwas hat längere Zeit auf den Magnetstreifen der Karte eingewirkt, so daß der Computer ihn nicht lesen kann. Dann muß die Frau (oder der Mann) an der Kasse die Nummer von Hand eingeben, und vielleicht ist es nötig, sich eine neue Karte ausstellen zu lassen. Zweitens: Das Lesegerät ist defekt und kann die Karte nicht entziffern. Der dritte Grund für eine Fehl­ runktion der Karte kommt jedoch am häufigsten vor: Auf dem Magnetstreifen sammeln sich Staub oder manche Verunreinigungen an und hindern das Lesegerät daran, dessen 141

Informationen zu erkennen. Um das zu beheben, muß man lediglich die Karte rasch über den Ärmel ziehen - in der Mehrzahl der Fälle wird die Karte beim zweiten Ver­ such erfolgreich gelesen. Hinter diesem Verfahren steckt, zumindest soweit ich weiß, kern großes Geheimnis und keine große Wissenschaft. Bewahrt man seine Karten in dem entsprechenden Fach der Geldbörse oder Brieftasche auf, sollten sie hinreichend sauber bleiben und beim ersten Versuch problemlos funktionieren. Damit wird gleichzeitig auch die erste Feh­ lerquelle vermieden, weil die Karten vor allen Einflüssen geschützt sind, die den Magnetstreifen unwiderruflich schädigen könnten. C.D. Großbritannien Antwort Reibt man den Magnetstreifen, so wirkt sich das, wie ich als Aufsicht im Supermarkt oft erlebt habe, nachteilig aus. Es kann vorkommen, daß die Karte dann schwerer zu lesen ist, weil sie sich mit statischer Elektrizität auflädt, die das elektronische Lesegerät negativ beeinflußt. Das instinktive Reiben der Karte, mit dem man daran haftenden Staub zu entfernen versucht, funktioniert mög­ licherweise auf kurze Sicht, doch die zusätzliche statische Aufladung, die man damit erzeugt, sorgt dafür, daß in der Folge eher noch mehr Staub an der Karte haften bleibt. CA. Australien

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Sekundenbruchteile Frage Wie messen die Rennveranstalter die Zeiten der Radfahrer bei der Tour de France? Falls sie es mit Hilfe der Videoaufzeichnung feststellen: Wie schaffen sie es, die einzelnen Zeiten der vielen Fahrer zu messen, die gleichzeitig über den Zielstrich fahren? Wie hat man das früher gemacht? R.K. Neuseeland Antwort Bei der Tour de France (und anderen Radrennen) wird allen Fahrern, die innerhalb einer geschlossenen Gruppe über die Ziellinie fahren, die gleiche Zeit zuerkannt, solange zwischen einzelnen Teilnehmern keine Lücke von mehr als einer Sekunde besteht. Trotzdem muß man weiterhin mit der Zielfotografie arbeiten, damit jeder Fahrer seinen genauen Platz im Klassement erhält. Dieser wird benötigt, weil die ersten, die über die Linie fahren, möglicherweise Zeitgutschriften und Punkte erhalten. Um das Risiko von Unfällen durch Fahrer, die auf den letzten paar hundert Metern alle nach vorn kommen wollen, zu verringern, sehen die Regeln vor, daß bei Zusammenstößen auf dem letzten Kilometer den gestürzten Fahrern dieselbe Endzeit wie dem Hauptfeld zuerkannt wird. Bei Etappenrennen, die so lang sind wie die Tour de France, gelten die kleinen Zeitunterschiede zwischen einzelnen Fahrern bei Massenankünften in der Regel als unbedeutend, weil die Zeitdifferenzen bei den schwierigeren Bergetappen und dem Zeitfahren sich eher auf Minuten als auf Sekunden belaufen. L.S. Großbritannien 143

Antwort Zwischen den einzelnen Fahrern muß minde­ stens eine Radlänge liegen, ehe sie mit verschiedenen Zei­ ten gewertet werden, auch wenn ihnen unterschiedliche Placierungen gutgeschrieben werden. Fährt man auf einem Fahrrad mehr als 15 km/h, liegt das Hauptproblem im Luftwiderstand. Fahrer, die in einer Gruppe unterwegs sind, arbeiten zusammen, indem sie im Windschatten des jeweils vordersten Fahrers bleiben und sich in dieser Position ablösen. Das geht manchmal über viele Kilometer, und es wäre unfair, dem im Ziel zufällig führenden Fahrer eine bessere Zeit gutzuschreiben als einem, der weiter hinten ankommt. Gegen Ende einer Etappe »attackieren« einzelne Fahrer, indem sie versuchen, der Gruppe davonzufahren, weil sie nur sehr schwer wieder einzuholen sind, wenn sie erst einmal einen ausreichenden Abstand gewonnen haben. A.M.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Als Ende einer Gruppe hat man den Punkt definiert, an dem mehr als eine Radlänge Abstand zum nächsten ins Ziel kommenden Teilnehmer besteht. Damit soll verhindert werden, daß alle 180 (oder mehr) Fahrer zur Ziellinie sprinten, womit man Unfällen vorbeugen will. Das hat auch die erwünschte Wirkung, da die Nichtsprin­ ter in der Gruppe ganz zufrieden sind, wenn sie die Ziellinie in dem Bewußtsein, keine Zeit verloren zu haben, gemächlicher überqueren können. A.B. Großbritannien 144

Antwort Bei der ersten Mountainbike-»Tour of Britain« in diesem Jahr hat man die Zeiten ermittelt, indem man jedes Rad mit einem elektronischen Kennzeichen versehen hat (bei Mountainbike-Rennen dürfen die Fahrer im Gegensatz zu den Straßenfahrern nicht das Rad wechseln). Dazu hat man ein System eingesetzt, wie es auch in Kauf­ häusern zur Diebstahlsicherung verwendet wird, und die Durchfahrt jedes Fahrers durch eine elektronische Schranke registriert. Um für die Preisverleihung den genauen Zieleinlauf der Radfahrer festzustellen, nutzt man herkömmliche foto­ grafische Verfahren. S.W. Großbritannien

Diese Biester! Frage Ich war sehr erstaunt, als ich sah, daß Ameisen, die mit meiner Kaffeetasse in den Mikrowellenherd geraten waren, anscheinend unversehrt wieder herauskrabbelten, nachdem sie der Strahlung dort ausgesetzt waren. Sie scheinen ganz munter umherzulaufen, während die Mikrowelle eingeschaltet ist. Wie können sie diese Attacke überleben? J.K. Australien Antwort Ganz einfach: Weil zum ordnungsgemäßen Garen der Lebensmittel nicht mehr erforderlich ist, liegen in einer Mikrowelle Lücken zwischen den abgestrahlten Wel­ len. Die Ameisen sind so winzig, daß sie den Strahlen ausweichen und so diese Feuerprobe überleben können. L.Y. Großbritannien 145

Antwort Die Ameisen machen sich zunutze, daß Mikrowellen im Garraum des Ofens stehende Wellen ausbilden. In einigen Bereichen ist die Energiedichte also sehr hoch, während sie in anderen sehr niedrig ist. Aus diesem Grund sind die meisten Mikrowellengeräte mit einem Drehteller ausgestattet, damit das Kochgut überall gleichmäßig erhitzt wird. Dieses Muster aus stehenden Wellen kann man beobachten, wenn man ein Backblech mit Marshmallows stationär in die Mikrowelle stellt und dann eine Weile einheizt. Man erhält ein Muster aus gegarten und nicht gegarten Marshmallows. Das Verteilungsmuster der stehenden Wellen ändert sich jedoch je nach den Eigenschaften und der Position der Materialien im Ofen, etwa einer Tasse mit Wasser. Die Ameise erlebt dieses Muster als heiße oder kühle Zonen innerhalb des Garraums und kann so die Bereiche niedriger Energie orten. Gerät die Ameise in eine Zone mit einem starken Feld, kann sie sich wegen ihrer im Verhältnis zum Volumen großen Oberfläche schneller abkühlen als ein größeres Objekt, während sie nach einer kälteren Stelle sucht. Daß Mikrowellen zu groß seien, um kleine Objekte aufheizen zu können, ist ein verbreiteter Irrtum. Chemi­ ker, die wie ich bei ihrer Arbeit Mikrowellengeräte zum Erhitzen verwenden, haben gezeigt, daß diese Ansicht falsch ist. Bestimmte Arten von Katalysatoren bestehen aus Partikeln (üblicherweise im Größenbereich unter einem Mikron), die Mikrowellen absorbieren und in ein reaktionsträges Trägermaterial eingebettet sind. Es gibt überzeugende Beweise, daß Mikrowellen imstande sind, nur diese winzigen Bestandteile des Katalysators zu erhitzen. A. G. W. Großbritannien

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Antwort In der Nähe der aus Metall bestehenden Innen­ flächen des Ofens ist sehr wenig Mikrowellenenergie vorhanden. Die elektromagnetischen Felder der Mikrowellen werden von dem leitfähigen Metall »verkürzt«, ähnlich wie die Amplituden eines Springseils, das am einen Ende von einem Kind bewegt wird und am anderen Ende an einem Pfosten befestigt ist, an diesem Pfosten auf Null reduziert sind. Eine Ameise, die über dieses Seil krabbelt, könnte sich trotz der Bewegungen in der Nähe des Pfostens halten, würde aber näher an der Mitte vielleicht abgeschüttelt. Wer sich das schnell veranschaulichen will, kann zwei Tassen aus Polystyrol mit je einem Stückchen Butter in eine Mikrowelle stellen. Eine davon kommt auf den Boden, die andere stellt man auf ein umgedrehtes Becherglas. Dazu sollte man auch noch ein Glas mit Wasser in das Gerät bringen. Schaltet man ein, wird die Butter auf dem Becherglas lange vor der Butter auf dem Boden schmelzen. C.S. USA

Runter und weg Frage Im Auto höre ich Radiosendungen auf UKW, und da ist es ärgerlich, daß das empfangene Signal fast verschwindet, wenn ich unter Brücken jeder Größe oder durch Tunnels fahre. Warum tritt das bei Mittelwelle nie auf? T.W. Australien

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Antwort Die Frage, wie Radiowellen unter Straßenbrücken gelangen, ist ein Sonderfall des Problems, wie Radiowellen sich durch Röhren und Tunnelbauten ausbrei­ ten. Eine Straßenbrücke läßt sich dabei als kurzer Tunnel betrachten. Wir können drei Fälle ansehen: einen leeren Tunnel mit elektrisch leitfähigen Wänden, einen Tunnel mit nicht elektrisch leitenden Wänden und einen Tunnel, der elektrische Leiter wie Röhren oder Kabel enthält, die ihn der Länge nach durchlaufen. Grundsätzlich ermöglichen vorhandene Leiter den Radiowellen aller Wellenlängen, sich auszubreiten, manchmal über eine beträchtliche Distanz, aber häufig vielleicht nur über einige zehn Meter; das hängt von den elektri­ schen Eigenschaften der Wände und Leiter ab. Allgemein breiten sich niedrigere Frequenzen über größere Entfernungen aus. Tunnels mit elektrisch leitfähigen Wänden ohne speziell eingebaute Leiter verhalten sich wie die herkömmlichen Übertragungseinrichtungen, die man im Mikrowellenfunk verwendet. In ihnen werden nur jene Signale übertragen, deren Wellenlänge kürzer ist als der doppelte Durchmesser des Tunnels. Mikrowellensignale (deren Wellenlänge viel­ leicht zehn Zentimeter beträgt) können gelegentlich mehrere hundert Meter in solche Tunnelbauten eindringen, werden aber von Ecken und Biegungen oder Hindernissen wie Fahrzeugen aufgehalten. Signale mit zu großer Wellenlänge, die dem oben erwähnten Größenkriterium nicht entsprechen, dringen nur den Bruchteil einer Wellenlänge in Tunnels ein. In diesen Fällen dürften die Frequenzen der Mittelwelle ein wenig weiter vorankommen als VHF-Wellen, wenn auch nicht sehr weit. Normale Tunnels mit, sagen wir, Betonwänden ohne 148

eingebaute elektrische Leiter wirken ebenfalls wie Über­ tragungseinrichtungen - die Energie der sich ausbreitenden Wellen wird aber rasch von den Wänden geschluckt, so daß die Signale nicht sehr weit kommen. Je kürzer die Wellenlänge der Radiowellen, desto weiter werden diese in der Regel in den Tunnel eindringen, ehe sie mit einer Wand kollidieren und absorbiert werden. Um in einem Tunnel guten Radioempfang zu gewährleisten, speist man üblicherweise VHF-Signale in ein spezielles Koaxialkabel mit niedriger Verlustrate ein, das den Tunnel der Länge nach durchläuft. Dieses Kabel ist so konstruiert, daß es in kontrollierter Weise durchlässig ist (wie ein löchriger Gartenschlauch), so daß in regelmäßi­ gen Abständen Signale in den Tunnel abgegeben werden. Damit wird jeder Abschnitt des Tunnels mit einer eigenen Quelle für Radiowellen versorgt. Q.D. Großbritannien

Schlangenlinie Frage Warum erscheint die grafische Aufzeichnung der Flugbahn von Satelliten auf der Weltkarte des Kontrollzentrums als Wellenlinie? C.M. Großbritannien Antwort Die Umlaufbahn eines Satelliten über der Erd­ oberfläche ist wie ein großer Kreis geformt, deshalb er­ scheint ihre Projektion auf der Oberfläche eines Globus als gerade Linie. Die Karte im Kontrollzentrum ist jedoch als sogenannte Mercator-Projektion gezeichnet, bei der die Kugel Oberfläche zu einem flachen Rechteck verzerrt 149

ist und die Größe der Polarregion übertrieben groß erscheint. Auf dieser Projektion würde eine über die Pole führende Umlaufbahn als senkrechte Gerade eingezeichnet, während eine der Äquatorlinie folgende Bahn eine waagrechte Gerade ergäbe. Alle anderen kreisförmigen Umlaufbahnen würden dagegen wie eine Sinuswelle aussehen. P.F. Neuseeland Antwort Die in der Frage angesprochenen Wellenlinien geben die Orte auf der Erdoberfläche wieder, von denen aus der Satellit zu einem bestimmten Zeitpunkt senkrecht über dem Betrachter zu fliegen scheint. Der genaue Kur­ venverlauf hängt von Faktoren wie der elliptischen Form der Umlaufbahn, der Umlaufzeit sowie der Neigung der Bahnebene im Verhältnis zu Äquatorialebene ab. Wenn wir das Problem jedoch durch die Annahme vereinfachen, daß die Umlaufbahn des Satelliten kreisförmig verläuft und seine Umlaufzeit weniger als einen Tag beträgt, ergibt das, auf die Erde projiziert, annähernd einen Großkreis, und als einzige Variable verbleibt ihre Neigung gegenüber dem Äquator. Die Darstellung eines Großkreises auf einer flachen Landkarte (zum Beispiel der Mercator-Projektion, wo der nördliche bzw. südliche Abstand vom Äquator proportional dem Sinus der geographischen Breite ist) ergibt sich aus einer komplizierten Funktion der geographischen Länge (der Ost-West-Entfernung auf der Karte), kann aber optisch fast nicht von einer Sinuskurve unterschieden werden. Das kann man sich veranschaulichen, indem man rund um einen Modellglobus eine entlang eines Großkreises laufende Schnur befestigt und dann den Globus dreht. 150

Nun stellt man sich vor, der Satellit folge dem Verlauf der Schnur mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Beginnt man am Schnittpunkt der Schnur mit der Äquatorlinie, so erkennt man, daß seine auf die Globusoberfläche proji­ zierte Bahn gleichmäßig in Richtung auf einen der Pole zuwandert. Ehe sie ihn erreicht, durchläuft sie einen Wendepunkt und wandert wieder in Richtung Äquator. Nun wiederholt dieser gekrümmte Verlauf sich auf der anderen Hemisphäre. Insgesamt ergibt sich eine glatte, sinusför­ mige Kurve mit den charakteristischen aufwärts und abwärts führenden Schwingungen. In der Realität dreht die Erde sich unter einem Satelliten oder Raumfahrzeug nach Osten weg, während das Objekt seiner Bahn folgt. Deshalb verschieben die Schlangen­ linien sich bei jedem Umlauf ein wenig nach Westen, und so überlagern sie sich nicht zu einer einzigen Kurve. Außerdem führt die elliptische Form der normalen Umlaufbahnen dazu, daß die Satelliten nicht mit konstanter Geschwindigkeit vorankommen. Dadurch wird die Kurve in unterschiedlichen Abschnitten gestaucht und horizontal (von Ost nach West) gestreckt, wenn die Geschwindigkeit im Verhältnis zur gleichmäßig rotierenden Erdoberfläche variiert. A.S. Großbritannien

Antwort Die Bahnkurve verläuft in Wellen (oder zutreffender sinusförmig), weil die Umlaufbahnen in schrägem Winkel zur Äquatorlinie laufen. Mit Hilfe einer Pappröhre aus einer Rolle Küchenkrepp (die für die auf der Wandkarte gezeigte kartesische Projektion der Erdoberfläche steht) kann man sich diesen Effekt vor Augen führen. Dazu hält man die Pappröhre fest und führt mit einem 151

scharfen Messer einen im schrägen Winkel (also nicht in einem rechten Winkel zur Röhre) verlaufenden Schnitt über deren Umfang. Man muß darauf achten, die Rohre während des Schneidens nicht plattzudrücken. Dann nimmt man eines der Stücke und schneidet die Röhre parallel zur Mittelachse der Länge nach auf. Wenn man nun die Karte öffnet, sieht man, daß die Schnittkante eine sinusförmige Kurve bildet. T.C. USA Antwort Ein weiteres Beispiel für diesen Sachverhalt ist die »Weltzeituhr«, auf der sich nicht nur die jeweilige Uhrzeit aller Zeitzonen ablesen läßt, sondern auch (was wichtiger ist) die Grenzlinie, die Tag und Nacht trennt. Auf der flächig projizierten Karte erscheint diese Schattenlinie ebenfalls als Wellenlinie. B.C. USA

Wo ist eigentlich oben? Frage Meine ganze Klasse einschließlich des Mathema­ tiklehrers steht vor einem Rätsel. Wir finden keine Erklärung dafür, wie es möglich ist, mit einem Flugzeug in der Rückenlage zu fliegen, ohne damit auf den Erdboden zu krachen. Soweit wir es verstehen, sind die Tragflächen so konstruiert, daß sie einen Auftrieb erfahren, wenn das Flugzeug waagrecht fliegt. Wenn das Flugzeug jedoch in der Rückenlage fliegt, wie das manche kleinere Jets häufig tun, wirkt dieser Auftrieb doch sicherlich in die andere Richtung und drückt das Flugzeug zurück auf den Boden. 152

Die meisten kleineren Flugzeugtypen scheinen jedoch im­ stande zu sein, längere Strecken im Rückenflug zurückzulegen. Wie machen sie das? H Y. Großbritannien Antwort Die Tragfläche eines Flugzeugs trägt mit ihrer Form beim Normalflug zwar einen Teil zum Auftrieb bei, aber der wichtigere Faktor ist der Angriffs- oder Anstellwinkel - der Winkel, in dem die Luft auf den Flügel trifft. Im Vergleich zum Rumpf des Flugzeugs sind seine Tragflächen um etwa 4 Grad gegen die Horizontale geneigt. Das ist der sogenannte Sehnenwinkel des Flügels. Selbst wenn also der Rumpf waagrecht steht, beträgt der Angriffswinkel der anströmenden Luft 4 Grad. Damit wird in gleicher Weise Auftrieb erzeugt, wie man es an seiner Hand spüren kann, wenn man sie in einem Winkel von etwa 45 Grad zur Horizontalen in einen kräftigen Luftstrom hält. Die Hand besitzt zwar nicht das Profil einer Tragfläche, doch die Auftriebskraft, die sie erfährt, kommt durch den Angriffswinkel zustande, in dem der anströ­ mende Wind auf die Handfläche wirkt. Dieses Prinzip ermöglicht es einem Flugzeug, auf dem Rücken zu fliegen. Dabei muß seine Nase weiter aufwärts weisen als in normaler Fluglage, weil zusätzlich die Wirkung des Sehnenwinkels der Tragfläche kompensiert werden muß. Wenn der Angriffswinkel im Vergleich zum relativen Luftstrom über die Tragfläche einen positiven Wert besitzt, wird weiterhin Auftrieb erzeugt. Diese Auftriebs­ kraft ist stärker als die von der Form des Flügels hervorgebrachte Kraft und hält das Flugzeug in der Luft. Piloten, die ihr Flugzeug in der Rückenlage fliegen, sollten jedoch ein größeres Problem im Auge behalten. Es könnte nämlich sein, daß der Motor stehenbleibt, weil so­ 153

wohl die Kraftstoff- als auch die Ölversorgungssysteme in den meisten gewöhnlichen Leichtflugzeugen nur durch die Schwerkraft in Gang gehalten werden. Fliegt man in der Rückenlage, kann leicht die Kraftstoff zufuhr unterbrochen werden, weil das Ventil, das das Kerosin für den Motor liefert, plötzlich auf der Oberseite des Tanks liegt. M.M. Großbritannien

HAUSHALTS­ WISSEN­ SCHAFT

Säureprobe Frage Wie kommt es, daß ein paar Tropfen Essig, die man ins Kochwasser für Eier gibt, das Zerbrechen der Schale verhindern? S.F. Großbritannien Antwort Mit der Zugabe von Salz und Essig in das Wasser zum Eierkochen wird nicht verhindert, daß die Eierschalen platzen. Diese zerbrechen entweder, weil man die Eier zu heftig in den Kochtopf fallen läßt oder weil die Luft in dem Luftsack am dickeren Ende des Eies sich wegen des rapiden Temperaturanstiegs sehr schnell ausdehnt. Die erste Ursache kann man abstellen, indem man das Ei mit Hilfe eines Löffels sanft ins Wasser legt. Um die zweite zu vermeiden, piekst man die Eierschale vor dem Kochen am dickeren Ende mit einer Nadel an. So kann die sich ausdehnende Luft aus der Schale entweichen, ohne dabei die Schale bersten zu lassen. Ich nehme an, die Schale könnte auch zerbrechen, wenn Eier sehr heftig kochen und in dem brodelnden Wasser ständig mit dem Topfboden zusammenstoßen, doch man sollte Eier ohnehin auf kleiner Flamme köcheln lassen, damit das Eiweiß nicht zu einer zähen, gummiähnlichen Masse gerinnt. Salz und Essig fügt man dem Kochwasser zu, damit das Eiweiß schneller gerinnt, falls die Schale zerbricht, so daß weniger davon ins Wasser ausfließt. R.T. Australien Wir glauben nicht, daß die folgenden Erklärungen eine Antwort auf die Eingangsfrage darstellen. Aber sie beschreiben einen großartigen Partytrick und auch, wie er 157

funktioniert. Gibt man nur ein paar Tropfen Essig in das Kochwasser für ein Ei, so ist die Lösung viel zu sehr ver­ dünnt und das Ei ihr viel zu kurze Zeit ausgesetzt, als daß die Schale nennenswert beeinflußt werden könnte. - Die Red. Antwort Mit einem Trick, den ich vor einigen Jahren gelernt habe, läßt sich zeigen, wie flexibel die Schale eines Eies werden kann, wenn man es über Nacht in Essig einlegt. Vermutlich liegt es an der dadurch verminderten Sprödigkeit, daß die Schale beim Kochen nicht zerbricht, wenn man Essig ins Kochwasser gibt. Zuerst legt man ein rohes Ei über Nacht in Essig ein, wobei es vollständig in die Flüssigkeit eintauchen muß. Dann sucht man sich eine Flasche, deren Hals enger ist als der Durchmesser des Eies - mit etwa zwei Dritteln des Eidurchmessers scheint es am besten zu funktionieren. Beim nächsten Schritt muß man äußerst vorsichtig vorgehen. Man wirft ein Stück brennendes Papier in die Flasche und setzt das feuchte Ei auf deren Öffnung. Der Versuch gelingt am besten, wenn dabei das spitze Ende des Eies nach unten zeigt. Kinder, die dieses Experiment durchführen wollen, sollten von einem Erwachsenen beaufsichtigt werden. Während die Luft sich abkühlt, wird das Ei von dem entstehenden Unterdruck in die Flasche gezogen. Spült man Flasche und Ei dann mit klarem Wasser nach, erlangt das Ei wieder seine ursprüngliche Form und Festigkeit. Damit verfügt man über einen Gegenstand, der für Gesprächsstoff sorgt und jeden verblüfft, der diesen Trick nicht kennt. Wie kam das feste Ei in die Flasche? I.D. Großbritannien

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Antwort Legt man ein Ei für 24 Stunden in reinen Essig ein, wird es gummiähnlich und flexibel wie ein wassergefüllter Ballon. Man sollte es ausprobieren - es ist wirklich erstaunlich! Eine Eierschale ist genauso zusammengesetzt wie ein Knochen. Sie verfügt über einen mineralischen Bestandteil (Hydroxyapatit, ein Kalziumphosphat) und einen organischen (das Protein Kollagen). Der mineralische Anteil macht die Schale hart, aber zerbrechlich, während das fle­ xible Kollagen wie ein Kleber wirkt, der den Zusammenhalt der ganzen Struktur aufrechterhält. Säuren wie Essig lösen den auf Kalzium basierenden alkalischen Anteil heraus, ohne das flexible Kollagen anzugreifen. Schon hat man eine gummiartige Eierschale. P.G. Großbritannien Antwort In Reaktion auf die Antwort des letzten Briefschreibers möchten wir darauf hinweisen, daß die wesentliche mineralische Komponente der Eierschale eigentlich aus Kalziumkarbonat und nicht, wie dort gesagt, aus Kalziumphosphat (Hydroxyapatit) besteht, das man in Knochen und Zähnen findet. Auch verschiedene Muschelschalen und Schneckenhäuser enthalten Kalziumkarbonat. A. V. und J. C. Spanien

Dosenwunder Frage Es ist fast unmöglich, eine Grapefruit von Hand zu schälen, ohne die Frucht zu zerteilen oder die Haut zu beschädigen. Wie also kommen die perfekt geschälten 159

Fruchtsegmente zustande, die man in Konservendosen vorfindet? F. G. G. Großbritannien

Antwort Mein Bruder hat einige Zeit in einer Zitrusfabrik in Florida gearbeitet. Grapefruits werden für kurze Zeit in sehr heißes Wasser getaucht, wonach man die Schale mit Hilfe eines Messers mit kurzer Klinge problemlos entfernen kann. Oft gelingt es sogar, sie in einem Stück abzuziehen. Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Es ist lange her, daß ich in einer Fabrik für Grapefruit-Konserven gearbeitet habe, doch soweit ich weiß, hat man die Früchte damals in Natronlauge blanchiert. Danach konnte man sie sehr viel leichter mit der Hand schälen. P.B. Großbritannien Antwort Die dicke weiße Haut und die äußeren Hüllen werden nach einer von zwei Methoden entfernt. Beim ersten Verfahren erhitzt man die Grapefruit ein paar Minuten lang auf fast 100 °C, damit die Schale »abplatzt«, worauf man ein Stück davon abschneidet und so das Schälen einleitet. Bei der zweiten Methode taucht man die Frucht für einige Sekunden in heiße Natronlauge, die anschließend mit Wasser abgewaschen wird. Die Schale kann dann problemlos mit der Hand entfernt werden. C.A. Frankreich

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Farbenlehre Frage Warum ist Hausstaub immer grau? R.C. Großbritannien Antwort Hier im trockenen und staubigen Mittleren Osten ist der Hausstaub eher wie der bleiche Sand draußen gefärbt. G.L.

Jerusalem College of Technology, Israel

Antwort Bei uns ist der Staub rot, denn wir leben in Nordtexas, in der Nähe des Red River. Die Erde bei uns besteht vorwiegend aus rotem Lehm. S. T. USA Antwort Unter normalen Umständen enthält Hausstaub vor allem abgeschilferte Hautzellen. Der größte Teil des Staubes auf dem Kleiderschrank besteht erstaunlicherweise aus vertrockneter menschlicher Haut. Die Farbe trockener Haut ist ein durchsichtiges Grau, und demzufolge ist auch der Staub so gefärbt. Es ist keine andere Farbe beteiligt, weil die Blutgefäße in tieferen Schichten liegen und nicht abgestoßen werden, wenn die Haut wächst. Andere Arten von Staub, zum Beispiel vom Wind ver­ frachtete Erde, können verschiedene Farben aufweisen und damit einen Hinweis auf ihren Ursprung geben. I.M.

Institut für angewandte Wissenschaft, Universität Glamorgan,

Großbritannien

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Und falls jemand unter unseren Lesern sich fragt, ob all der Hausstaub wirklich aus toter Haut besteht, bringen wir noch einen Vorschlag für eine experimentelle Untersu­ chung. - Die Red. Antwort Grauer Hausstaub enthält vorwiegend menschliche Haut. Menschen gibt es zwar in einer Aus­ wahl von Farben, aber die entsprechenden Pigmente finden sich unterhalb der Hautschicht, aus der die oberste Lage abgestorbener Hautzellen hervorgeht. Vielleicht möchte ein Leser, um das zu überprüfen, in Färberwaid (einem natürlichen blauen Farbstoff) baden und dann mitteilen, ob der Staub blau wird. R. W. Großbritannien

Doppeldotter Frage Kürzlich habe ich einen Karton mit Eiern gekauft, die alle garantiert zwei Dotter enthalten sollten. Diese Behauptung war zutreffend. Wie stellt der Lieferant sicher, daß jedes Ei zwei Dotter enthält? J.C. Großbritannien

Antwort Diese besonderen Eier sind ein natürliches Phänomen, das wir nicht steuern können. Eier mit zwei Dottern sind größer als die, die von den meisten Hühnern gelegt werden; man sondert sie aus, um sie einzeln zu prüfen. Die Nachfrage nach solchen Eiern übersteigt bei weitem das Angebot, und so müssen wir absolut sicher sein, daß sie tatsächlich zwei Dotter enthalten. Dazu betrachtet man jedes einzelne Ei gegen eine helle Lichtquelle, wobei 162

die Zahl der Dotter in Form von Schatten deutlich sichtbar wird. G.M.

Stonegate Farmers Limited, Großbritannien

Probieren Sie es selbst - Sie werden überrascht sein, wie viel vom Inneren eines Eies Sie sehen können. - Die Red.

Ei-le mit Weile Frage Warum muß man ein sehr frisches Ei deutlich länger kochen als eines, das einen oder mehrere Tage alt ist? R.M. Großbritannien Antwort Bei etwa 58 °C gerinnt das klare Albumin des Eies (Ovalbumin) unwiderruflich und wird weiß. Kocht man ein Ei in heißem Wasser, wird die Wärme zum einen durch Konduktion von außen durch die Schale und das Eiweiß übertragen und zum anderen durch Konvektions­ ströme im Wasser des Eiklars, das das gelöste Albumin enthält und den Dotter umgibt. In einem frischen Ei ist das Volumen dieser klaren Albuminlösung viel größer; sie ist zwischen Mucinfäden (Schleimstoffe aus Glykoprotemen) eingeschlossen, die ein gclatineähnliches Gerüst bilden. Dieses Gerüst liegt in drei konzentrischen, unterschiedlich dichten Schichten von Eiweiß um den Dotter. Bei einem frischen Ei findet sich in der mittleren Schicht ein tiefreichendes und stabiles Gerüst, das dafür sorgt, daß ein zum Braten aufgeschlagenes Ei in der Pfanne kompakt zusammenbleibt. Dieses Gerüst baut sich nach ein paar Tagen ab, und man kann sehen, wie das nun eher wäßrige Ei in der Pfanne 163

weiter auseinanderfließt. In einem solchen Ei kann die Konvektion viel leichter ablaufen, so daß die Erwärmung des Albumins durch den Dotter hindurch schneller vorankommt. S. T. Großbritannien

Siedend heißes Problem Frage Wenn ich mir die Oberfläche von Speiseöl in einer Pfanne in reflektiertem Licht ansehe, erscheinen wabenähnliche Muster, sobald die Pfanne über einer Gasflamme erhitzt wird. Die einzelnen Waben des Musters sind dort am kleinsten, wo das Öl am dünnsten ist. Woher kommt das? R. W. Großbritannien Antwort Die wabenförmigen Zellen, die man in erhitz­ tem Speiseöl beobachtet, sind unter dem Namen Ray­ leigh-Benard-Konvektionszellen bekannt. Solange die Temperaturdifferenz zwischen der oberen und der unte­ ren Schicht des Öls gering ist, wird die Wärme durch gewöhnlichen Wärmetransport (die Kollision einzelner Moleküle) verteilt, so daß man keine makroskopische Bewegung feststellen kann. Bei größeren Temperaturunterschieden ist Konvektion (bei der größere Ansammlungen von Molekülen beteiligt sind) ein effektiverer Weg, die Wärmeenergie zu transportieren. Das erhitzte Speiseöl auf dem Grund der Pfanne ist weniger dicht und bestrebt, aufzusteigen. Das oben liegende Öl kühlt sich durch den Kontakt mit der Luft ab und sinkt wieder nach unten. Diese Bewegung bildet allmählich einen Kreislauf und 164

führt zu Flüssigkeitswalzen, die sich in einem Wabenmuster anordnen und leicht zu beobachten sind. Auf dieses Phänomen, das jeder in der eigenen Küche hervorrufen kann, ist eine ganze Menge Forschung verwandt worden, und mittlerweile verfügen wir über eine Erklärung, weshalb die Konvektionszellen sich in einem wabenförmigen Muster anordnen. Die Gestalt der Kon­ vektionswalzen hängt von der Form des Behälters ab, in dem die Flüssigkeit erhitzt wird. In runden Pfannen scheinen sich leicht sechseckige Muster auszubilden. Andere Behälter führen vielleicht zu langen, rechtwinkligen Walzen mit rechteckigem Querschnitt. Da die Flüssigkeit sich in einem Kreislauf bewegt (aufwärts, horizontal, abwärts und zurück), hängt die Größe der einzelnen Zellen innerhalb des Musters linear von der Dicke der Flüssigkeitsschicht ab. Interessant ist, daß viele Parameter wie die Größe der einzelnen Konvektionszellen festgelegt sind, während die Richtung des Kreislaufs beim Einsetzen der Konvektion nicht determiniert ist. Sobald sich eine Drehrichtung (mit dem oder gegen den Uhrzeigersinn) eingestellt hat, bleibt sie erhalten. B.E.

Universität Exeter, Großbritannien

Antwort Etwa zwanzig Sekunden nach dem Beginn der Wärmezufuhr setzt plötzlich die wirklich interessante Phase der Konvektion ein. Sobald das Temperaturgefälle innerhalb der Ölschicht einen bestimmten kritischen Wert erreicht hat, stellt sich für jede der verstreuten Konvekti­ onsströmungen im Öl heraus, daß sie ihre Energie besser bewahren kann, wenn sie ihre Zone mit absinkender Flüssigkeit mit den entsprechenden Bereichen der unmittelbaren Nachbarn teilt. Dadurch erledigen sich alle Probleme mit gegenläufigen Strömungen. Wenn die Konvektions­ 165

Zentren sich in dieser Weise gemeinsam neu anordnen, entsteht ein regelmäßiges Muster aus dicht gepackten Konvektionszellen. Die wabenförmige Aufteilung ermöglicht es jeder einzelnen Zelle, einen maximalen Anteil ihrer Zellwände mit den jeweiligen Nachbarn zu teilen. Diese Zusammenarbeit der Zellen führt dazu, daß die Konvektion heftig abläuft; man kann sehen, wie das aufsteigende heiße Öl im Zentrum jeder Zelle eine kleine Fontäne bildet. Die Energie, mit der dieses Muster angesichts mechanischer und thermischer Störfaktoren aufrechter­ halten wird, wird durch den Fluß der Wärmeenergie durch die Ölschicht bereitgestellt. In gleicher Weise benötigt auch ein biologisches System ständig Energie - in diesem Fall in Form von Nahrung -, um seinen Zusammenhalt gewährleisten zu können. Wird das Temperaturgefälle stark erhöht, bricht das Zellenmuster zusammen, wobei es mehrere Stufen mit größerer Komplexität durchläuft, ehe es in Chaos endet. R.K. Großbritannien

Antwort Durch analytische Verfahren läßt sich zeigen, daß das effektivste Strömungsmuster zur Wärmeübertragung vom Grund zur Oberfläche einer weit ausgebreiteten Flüssigkeit aus Sechsecken besteht. Die einzelnen Zellen haben dabei einen Durchmesser, der etwa der Dicke der Flüssigkeitsschicht entspricht. Die heiße Flüssigkeit steigt im Zentrum auf, kühlt sich an der Oberfläche ab und sinkt an den Rändern des Sechsecks wieder ab. Ähnliche Muster findet man in jeder Größenordnung, angefangen bei Versuchen im Millimeterbereich bis hin zu solchen Mustern auf der Oberfläche der Sonne. G. O. Großbritannien

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Die bisher abgedruckten Leserbriefe haben bereits Antworten auf die Frage geliefert. Aber: Wie der folgenden Zuschrift zu entnehmen ist, waren die obenstehenden Erklärungen, die das Modell der Rayleigh-Konvektion heranzogen, nicht ganz korrekt. Das Modell Rayleighs läßt sich nämlich nur dort anwenden, wo die Schicht der siedenden Flüssigkeit ausreichend dick ist. - Die Red. Antwort Das Verhalten von heißem Ol in einer Pfanne ist ein klassisches Beispiel für die Benard-Konvektion: Es handelt sich um die instabile Bewegung von Flüssigkeit auf einer erhitzten flachen Platte, die in der Form regelmäßiger sechseckiger Zellen zirkulierender Flüssigkeit auftritt. Es ist allgemein bekannt, daß Lord Rayleigh eine Theorie entwickelt hat, mit der diese Instabilität zu erklären ist. Weniger bekannt ist, daß sein Modell falsch war. Rayleigh betrachtete eine horizontale Flüssigkeitsschicht mit glatten Oberflächen, die von unten beheizt wurde. Er ging davon aus, daß die Instabilität die Form paralleler, gegenläufig rotierender Walzen annehmen würde, in Gang gehalten von Auftriebskräften, die von Dichteunterschieden der Flüssigkeit herrührten. Dann leitete er mit Hilfe heuristischer Argumente die Größe für sechseckige Zellen ab, die - zufällig - nahe bei der lag, die Benard beobachtet hatte. Außerdem sagte er das kleinstmögliche Temperaturgefälle quer durch die Schicht voraus, bei dem dieser Prozeß in Gang kommen sollte, doch dieser Wert war etwa hundertmal größer als das Gefälle, das erforderlich war, um die zelluläre Strömung in den Versuchen Benards auszulösen. Andere Forscher erweiterten Rayleighs Analyse auf verschiedenen Wegen. Als man später die Ausgangsbedingung einer glatten Oberfläche lockerte, konnte man er­ kennen, daß die Oberfläche zwischen benachbarten Wal­ 167

zen oberhalb der aufsteigenden Flüssigkeit höher liegt, während sie oberhalb der absinkenden Flüssigkeit tiefer liegt. Das ist das genaue Gegenteil dessen, was Benard beobachtet hatte. Als man Benards Experiment wiederholte, fand man heraus, daß man auch Konvektionszellen erzeugen konnte, wenn man die Heizplatte abkühlte, während die Flüssigkeit nach Rayleighs Vorstellung in diesem Fall unbewegt bleiben sollte. Außerdem hat man die Instabi­ lität auch bei einer Flüssigkeitsschicht unterhalb einer von oben beheizten Platte beobachtet, ebenso wie im Welt­ raum, wo die Schwerkraft und somit auch die Auftriebskräfte gleich Null sind. Ende der fünfziger Jahre entwickelte man ein neues Mo­ dell für die Benard-Konvektion, wonach die Bewegung durch unterschiedliche Oberflächenspannungen aufgrund von Temperaturänderungen an der Flüssigkeitsoberfläche angetrieben wurde. Dieses Modell sagte auch eine abgesenkte Oberfläche oberhalb der aufsteigenden Flüssigkeit voraus. In Wirklichkeit müssen sowohl Benard- als auch Rayleigh-Effekte beteiligt sein. Die Ausgangsbedingun­ gen legen fest, welche vorherrschen. Auftriebskräfte halten den Prozeß in Gang, wenn es keine freie Oberfläche gibt oder die Flüssigkeitsschicht dicker ist als etwa 10 Millimeter; andernfalls wird die Strömung durch die Oberflächenspannung beherrscht. Jede jeweils überwiegende Antriebskraft muß ausrei­ chen, die Wirkungen der Viskositätskräfte (die die Bewegung zu verringern suchen) und der Wärmeausbreitung in der Flüssigkeit (die das Temperaturgefälle allmählich aus­ gleicht) zu überwinden, ehe sie die instabile Strömung in Gang bringen kann. Bei Strömungen, die durch Auftrieb in Bewegung gehalten werden, wird das Einsetzen der Instabilität durch die Rayleigh-Zahl bestimmt: Auftriebskräfte/Viskositätsrate der Wärmeübertragung; bei Flüs­ 168

sigkeiten, in denen die Oberflächenspannung den Antrieb liefert, ist die entsprechende Variable die Marangom-Zahl, bei der an die Stelle der Auftriebskräfte die Oberflächenspannung tritt. Bei dünnen Schichten nimmt die instabile Strömung unabhängig von der Gestalt des Behälters die Form eines regelmäßigen Musters sechseckiger Zellen an. Bei dickeren Schichten bildet die grundlegende instabile Strömung sich als Reihe von Walzen aus, die parallel zu den Wänden des Behälters ausgerichtet sind, wobei die Strömung am Rand anliegt und in ihrer Richtung durch den Temperaturunterschied zum Behälterboden bestimmt wird. Diese Walzen entarten zu polygonalen (aber nicht notwendigerweise sechseckigen) Zellen, sobald das Temperaturgefälle erhöht wird. R.H. Großbritannien

Bügelflecken oder Bügelfarben? Frage Während der langen Stunden, die ich mit Bügeln zubringe, ist mir aufgefallen, daß bei sehr heißem Bügeleisen manche Farben, vor allem Varianten von Rot und Blau, einen anderen Farbton annehmen. Woher kommt das? E.L Großbritannien Antwort Bei frisch gewaschenen Kleidungsstücken, vor allem bei älteren und strapazierten, stehen die Fasern der Oberfläche flauschig ab und sind zufällig angeordnet. Diese Fasern können Licht in mehreren Richtungen ein­ 169

fangen und reflektieren, wodurch das Gewebe heller erscheint. Beim Bügeln werden diese Fasern jedoch flach an das Gewebe gepreßt, und zwar alle in ungefähr die gleiche Richtung. Dadurch wird an der Gewebeoberfläche weniger Licht gestreut, was ihre Farbe dunkler erscheinen läßt. Bei dunklen Farben wie Grün, Rot und Blau ist das besonders auffällig. A.K. Großbritannien

Ausgebügelt Frage Welche physikalischen und / oder chemischen Vorgänge laufen ab, wenn man Knitterfalten in der Kleidung durch Bügeln beseitigt? Ist dieser Prozeß unabhängig von dem gebügelten Material? B.P. Großbritannien Antwort Alle Gewebe bestehen aus Fasern, die sich ihrerseits aus vielen langkettigen Molekülen zusammensetzen. Diese Moleküle liegen längsseits aneinander und sind locker miteinander verbunden. Werden diese Bindungen gelöst und an anderer Stelle wieder geknüpft, können die Moleküle gezwungen werden, gerade zu verlaufen. Das Bügeln eines Baumwollhemds liefert ein Beispiel für diesen Vorgang. Baumwolle ist aus Zellulosemolekülen zusammengesetzt, das sind Polysaccharide, die aus einer langen Kette glukoseähnlicher Bausteine (Zuckern) bestehen. Aus den Zellulosemolekülen stehen seitlich Hydro­ xylgruppen heraus, die sich über Wasserstoff brücken an die entsprechenden Gruppen benachbarter Zellulosemoleküle binden. Mit ausreichender Wärme und ein wenig 170

Wasser, das die Fasern aufquellen läßt, können diese Bindungen gelöst werden. Jeder weiß, wie schwer es ist, Knitterfalten aus einem Baumwollhemd zu entfernen, das sehr trocken ist oder wenn das Bügeleisen nicht heiß genug ist. Im ersten Fall enthält das Gewebe nicht genug Wasser, um die Fasern aufquellen zu lassen und die Wasserstoffbrücken zu lösen, im anderen Fall reicht die Temperatur nicht aus. Sobald das Bügeleisen entfernt wird, bilden sich die Bindungen wieder, und zurück bleibt ein Hemd in der Form, in die es gepreßt wurde - ordentlich und flach. Bei anderen als Baumwollgeweben ist der Effekt ähnlich, auch wenn die Bindung zwischen benachbarten langkettigen Molekülen vielleicht auf andere Weise als mit den Wasserstoffbrücken der Baumwolle zustande kommt. Wolle enthält beispielsweise auch kovalente und elektrovaIente Querverbindungen, die es möglich machen, das Gewebe mit permanenten Falten zu versehen, wenn man die Bindungen mit ausgesuchten Chemikalien löst und wieder neu knüpft. Polyamide (wie z. B. Nylon), Polyester, Azetate und Triazetate sind wärmeempfindlich und können durch Wärme fixiert werden. M.P.

De-Montfort-Universität, Leicester, Großbritannien

Schmelze Frage Die Schokoladenfüllung in Biskuits scheint nicht zu schmelzen, wenn man die Plätzchen bei 150 °C im Ofen backt; läßt man sie jedoch in der Sonne liegen, schmilzt sie. Warum? Familie L. Großbritannien

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Antwort Die Schokoladenfüllung schmilzt sehr wohl, wenn man das Biskuit bäckt. Die übrige Plätzchenmi­ schung ist jedoch dick genug, um die geschmolzene Schokolade im Inneren des heißen Biskuits in ihrer ursprüng­ lichen Form zu bewahren, so daß der Eindruck entsteht, es habe sich nichts geändert, wenn das Biskuit abkühlt. Man braucht nur eines zu essen, solange es noch warm ist, und wird schnell feststellen, daß die Schokolade geschmolzen ist. N. G. Großbritannien

Fleck weg - fleckenlos? Frage Werden Flecken durch Bleichmittel wirklich entfernt oder einfach nur unsichtbar gemacht? G.L. Großbritannien

Antwort Heute enthalten praktisch alle Bleichmittel oxidierende Wirkstoffe, die imstande sind, das empfindliche chemische Farbgleichgewicht der Flecken schnell zu zerstören und sie damit unsichtbar zu machen. Sie zerlegen - vorausgesetzt, es steht ausreichend Zeit zur Ver­ fügung - die gesamte chemische Struktur des Flecks in wasserlösliche Bruchstücke, was einen vor einer möglicherweise peinlichen Rückkehr der anstößigen Verfärbung bewahrt. Natriumhypochlorit (Chlorbleiche) ist das wirksamste oxidierende Bleichmittel, das in Haushalten gebräuchlich ist. Es kann Flecken bei Zimmertemperatur entfernen, wird aber in gewerblichen Wäschereien Englands nicht verwendet, da man glaubt, es würde Gewebe, Farben, En­ 172

zyme, Geruchsstoffe und so weiter zu sehr schädigen. Die in englischen Wäschereien verwendeten Bleichmittel ent­ halten Wasserstoffperoxid, das chemisch weniger reaktionsfreudig ist und deshalb selektiver wirkt. Während langdauernder Kochwaschgänge wirkt es hervorragend, doch ohne zusätzliche Maßnahmen reicht seine Reaktionsfähigkeit nicht aus, um bei den heutigen kurzen Wasch Vorgängen bei 40 °C gute Ergebnisse zu erzielen. Waschmittelhersteller haben Verfahren entwickelt, die das Peroxid aktivieren, um es wirksamer zu machen, während seine schädlichen Folgen verringert werden. Mittlerweile arbeitet man daran, das Peroxid während des Wasch­ vorgangs in Peroxysäuren umzuwandeln, doch in Zukunft könnte man sich bevorzugt der katalytischen Aktivierung des Peroxids mit Ionen der Übergangsmetalle zuwenden. Diese Technik steckt aber noch in den Kinderschuhen und weist einige Entwicklungsmängel auf. F.H. Großbritannien

Altbacken Frage Wieso ist ein Biskuit, das man über Nacht offen liegenläßt, am nächsten Morgen weich geworden, wäh­ rend eine Baguette, die ebenso lange herumliegt, so hart wird, daß man jemanden damit niederschlagen könnte? L.H. Frankreich

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Antwort Biskuits enthalten sehr viel mehr Zucker und Salz als das französische Stangenweißbrot. Die feinverteilten Zucker- und Salzmoleküle sind hygroskopisch, das heißt, sie nehmen aus der Atmosphäre Wasser auf - in einem süßen Biskuit ist der osmotische Druck ziemlich hoch. Die dichte Struktur dieses Gebäcks trägt dazu bei, die Feuchtigkeit durch Kapillareffekte aufrechtzuerhalten. Eine Baguette enthält dagegen wenig Salz oder Zucker, und ihre Struktur ist sehr locker aufgebaut. Dem Mehl ist es egal, ob in seiner Umgebung Feuchtigkeit vorhanden ist oder nicht. Weil die beiden Gebäckarten verschieden zusammengesetzt sind, zieht also eines das Wasser an, das andere nicht. Man kann das mit verschiedenen Biskuits ausprobieren, angefangen bei sehr süßen, dichten Sorten bis hin zu leichten, lockeren Biskuits. Der »Übernacht­ Klitsch-Index« nimmt mit der Dichte und dem Gehalt an Zucker/Salz zu. Wenn ich sowohl traditionelle italieni­ sche Biscotti (nicht sehr süß und von ziemlich lockerer Struktur) als auch dichte, süße Ingwerbiskuits in einen geschlossenen Behälter lege, werden die Biscotti steinhart, während die Ingwerbiskuits am Ende weich sind. C.V. Australien

Antwort Eine Baguette trocknet aus, während ein Biskuit mit weißem Zucker weich wird, weil der Zucker hygroskopisch ist. Ich habe dieses Phänomen im letzten Jahr untersucht, als ich mich mit meinen 13 Jahren an einem Wettbewerb beteiligte. Man forderte uns zu einem Forschungsprojekt zu der Frage auf, ob Kochen eine Wissenschaft sei. Der Wasserdampf der Luft wird vom Zucker angezogen, was das Biskuit weicher werden läßt. Baguettes dagegen enthalten keinen Zucker und damit nichts, was den 174

Wasserdampf anziehen könnte - dieser entweicht, und zurück bleibt eine harte Baguette. Für unseren Versuch verwendeten wir drei Sorten von Biskuits: Eine war mit Feinzucker hergestellt, eine enthielt Honig, und die dritte, die als Kontrollgruppe diente, war überhaupt nicht gesüßt. Nachdem die Biskuits eine Nacht lang offen gelagert worden waren, hatte die Kontrollgruppe 2,17 Gramm Wasser verloren, die mit Honig 2,03 Gramm, doch die Biskuits mit Zucker hatten 1,23 Gramm aufgenommen. Das Honig-Biskuit gab Wasser ab, weil die Wasserkonzentration in der Atmosphäre niedriger war als in dem Gebäck. 7.W. Großbritannien Antwort Stärke besteht zu etwa 20 Prozent aus Amylose und zu 80 Prozent aus Amylopektin. Brot wird altbacken, weil die Amylose abgebaut wird. Natürlich spielt auch der Feuchtigkeitsverlust eine Rolle, sonst würde es nicht austrocknen. Doch auch wenn man verhindert, daß Brot Feuchtigkeit verliert, kann es noch immer altbacken werden. Bei diesem Vorgang rücken die langgestreckten Amylopektin-Moleküle in den Stärkekörnern, die in frischem Brot durch Feuchtigkeit voneinander getrennt sind, näher zusammen, wodurch das Brot härter wird. Der Prozeß ist temperaturabhängig und läuft knapp über dem Gefrierpunkt am schnellsten ab, darunter dagegen langsamer. In Untersuchungen hat sich gezeigt, daß Brot bei einer Aufbewahrungstemperatur von 7 °C (der durchschnittlichen Kühlschranktemperatur) ebenso schnell altbacken wird wie bei 30 ° C. Bewahrt man Brot im Kühlschrank auf, bleibt es also auch nicht länger frisch. A.T. Großbritannien 175

So zäh wie alt... Frage Vor vielen Jahren, wahrend des Zweiten Weltkriegs, war mein Großvater in Neuseeland unterwegs. Da traf er einen Farmer, der einen sauberen, glänzenden und einen dreckverkrusteten Stiefel trug. Auf die Frage, warum er das mache, antwortete der Farmer, er wolle herausfinden, ob der regelmäßig geputzte Stiefel länger halte als der, der durch den Schmutz geschützt war. Hat irgend jemand eine Vorstellung, welcher der Stiefel länger halten könnte? J.G. Australien Antwort Nach meiner Erfahrung als Fußballspieler halten Schuhe, die regelmäßig geputzt werden, in der Regel länger und fühlen sich weicher an. Offenbar werden Schuhe, die man nicht mit Schuhcreme behandelt und poliert, hart, woraufhin Risse auftreten können. Außerdem bildet sich durch das Polieren eine Schutzschicht, die das Leder von der Außenwelt abschirmt. D.S. Großbritannien Antwort Der mit Dreck verkrustete Stiefel wird sicherlich zuerst unbrauchbar, weil der Schmutz Bakterien und dergleichen enthält, die das Leder als Nahrungsquelle entdecken werden. Ein mit Schuhcreme behandelter und polierter Schuh wird durch die Creme geschützt, die in den meisten Fällen wasserfest ist, so daß der Stiefel nicht verrottet. L.H.

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Klebrige Fäden

Frage Warum zieht gegrillter Käse Fäden? J.M. Großbritannien

Antwort Käse im Normalzustand enthält langkettige Proteinmoleküle, die in einem fettigen und wäßrigen Durcheinander mehr oder weniger aufgerollt sind. Erhitzt man den Käse, schmelzen die Fette und Proteine, und wenn man ein Stück angeschmolzenen Käse auf eine Gabel spießt und zieht, erhält man einen Faden. Ganz ähnlich kann man auch Baumwollfasern herausziehen und zu Garn verspinnen. Mit dem Polyethylen der Supermarkt-Plastiktaschen kann man ähnlich verfahren, wenn man den Kunststoff erhitzt oder in die Länge zieht, um die langkettigen Moleküle aufzurollen oder zu dehnen. Sind die Moleküle aufgerollt, wirkt der Kunststoff weich und wachsähnlich. Sind sie zu Fäden gedehnt, ist das Ergebnis elastisch und in Zugrichtung widerstandsfähig, auch wenn das Material zwischen den Ketten, die in der Richtung der Faser liegen, leicht aufspleißt. J.R. Südafrika Antwort Wenn der Käse schmilzt, lagern die langkettigen Proteinmoleküle sich aneinander und bilden in der Masse des geschmolzenen Käses Fäden. Ich glaube, daß man mit dieser Eigenschaft eigentlich in der Lage sein sollte, den Proteingehalt einer Käseprobe direkt zu mes­ 177

sen. Man zieht einen Käsefaden aus der Probe, und der Abstand zur Hauptmasse des Käses, bis zu dem der Faden sich ziehen läßt, wird mit dem Abstand verglichen, den man bei einer Bezugsprobe mit bekanntem Proteingehalt gemessen hat. M.P.

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APPARATE UND ERFINDUNGEN

Q

Kühlraum Frage Kann ich die Lebensdauer der Batterien meiner Taschenlampe verlängern, wenn ich sie im Kühlschrank aufbewahre? T.G. Australien

Antwort Die Lagerungsdauer von (nicht wieder aufladbaren) Primärbatterien wie Leclanche-Zellen (Zink-Kohlenstoff) oder Alkali-Mangan-Systemen kann erheblich verlängert werden, wenn man sie bei ungefähr 0 °C aufbe­ wahrt. Bei diesen Zellen wird der Kapazitätsverlust bei nicht geschlossenem Stromkreis vor allem durch chemische Nebenreaktionen verursacht, beispielsweise durch die Korrosion von Zink. Derartige Prozesse werden (wie chemische Reaktionen ganz allgemein) durch höhere Temperaturen beschleunigt. Der Wasserverlust wird in ähnlicher Weise beeinflußt. Die Kapazität einer Leclanche-Zelle, die man bei Zimmertemperatur aufbewahrt, verringert sich in einem Jahr auf 90 Prozent, in zwei Jahren auf 70 und in drei Jahren auf 40 Prozent. Bei 45 °C, einer erheblich höheren Temperatur, sinkt ihre Kapazität in nur einem Jahr auf 20 Prozent. Bei -20 ° C dagegen fällt ihre Kapazität in zehn Jahren nur auf etwa 80 Prozent ab. Deshalb lagert man solche Batte­ rien am besten in einem Kühlschrank. Bewahrt man sie je­ doch tiefgefroren auf, könnten die Batterien beschädigt werden, falls die Ausdehnungskoeffizienten von Hülle und Dichtungen sich erheblich unterscheiden. Lithiumbatterien sind länger lagerfähig. Wenn bei der Herstellung ihre Hülle befüllt wird, reagiert die Lithium­ anode schnell mit dem Elektrolyten und bildet eine stabile 181

Passivierungsschicht. Damit ist eine weitere Korrosion praktisch ausgeschlossen. So können sie, selbst wenn man sie bei Zimmertemperatur lagert, noch nach zehn Jahren bis zu 90 Prozent ihrer Kapazität besitzen. Einige Zellen (zum Beispiel Lithium-Schwefeldioxid-Zellen) behalten sogar dann noch mehr als 70 Prozent ihrer vollen Kapazität, wenn man sie ein ganzes Jahr bei 70 °C aufbewahrt hat. Im Gegensatz dazu können Sekundärzellen (Akkumulatoren) mit wäßrigen Elektrolyten ihren Ladezustand nur sehr unzulänglich beibehalten, besonders Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien. Bei Zimmertemperatur fällt die verfügbare Energie einer wiederaufge­ ladenen Batterie innerhalb von sechs Monaten Lagerzeit auf 50 Prozent, falls es sich um neue, versiegelte Zellen mit niedrigem Ladungsverlust handelt; leistungsstarke oder mehrfach wiederaufgeladene Zellen erzielen sogar noch niedrigere Werte. Auch hier läßt sich der Verlust auf etwa die Hälfte des Wertes bei Zimmertemperatur verringern, wenn man den geladenen Akku im Kühlschrank aufbewahrt. Noch besser ist es allerdings, solche Akkumulatoren an ein geeignetes Ladegerät anzuschließen, wenn sie nicht benötigt werden. C V. Großbritannien

Ich hab sie geknackt Frage Ich schaffe es nicht, eine Paranuß so zu knacken, daß ich den Inhalt in eßbaren Stücken passender Größe herausholen kann. Der Kern zerbröselt, und so kann ich die Krümel regelmäßig nur mit der angefeuchteten Fingerspitze aufnehmen. Wie gelingt es eigentlich den Betrieben, 182

in denen Paranüsse verarbeitet werden, sie aus ihren Schalen zu holen? J. R. C.

Großbritannien und

B.T.

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Antwort Im industriellen Maßstab befreit man Paranüsse von ihrer Schale, indem man sie 24 Stunden in Wasser einweicht und dann für fünf Minuten in kochendes Wasser bringt, um die Schale weich zu machen. Anschließend läßt die Schale sich ganz einfach mit der Hand entfernen; die Nuß muß dann getrocknet werden. Sobald man eine Paranuß auf diese Weise geknackt hat, sollte man sie möglichst bald essen, da sie durch das Kochen »abgetötet« wird. J.H. Großbritannien Antwort Um eine Paranuß (oder jede andere harte Nuß) zu knacken, kann man eine Rohrzange verwenden. Jeder Ingenieur hat so eine Zange, und an Weihnachten ist sie sehr praktisch. Hat man sich ein wenig damit vertraut gemacht, wie die Backen der Zange einzustellen sind, muß man nur das notwendige Kraftminimum einsetzen, um die Schale zu spalten, ohne sie zu zertrümmern. Die Angelegenheit läßt sich beschleunigen, wenn man Nüsse ähnlicher Größe, etwa Paranüsse oder Walnüsse, jeweils in einem Durchgang knackt. Der dreieckige Querschnitt der Paranüsse kann es erforderlich machen, eine Nuß um 120 Grad zu drehen und dann noch einmal denselben Druck auszuüben. R.H. Großbritannien 183

Antwort Der Querschnitt einer Paranuß stellt in etwa ein gleichseitiges Dreieck dar, wobei die Basis ein klein wenig kürzer ist. Sieht man sich aber das Innere der Nuß an, erkennt man, daß der Fruchtkörper in der Regel an der gesamten Basis haftet, im Bereich der Spitze dieses Drei­ ecks dagegen frei liegt. Die meisten Leute versuchen nun, die Nuß auf die einfache Art zu knacken - sie quetschen sie mit dem Nußknacker quer zur Basis, da dies die kürzeste Seite ist. Damit wird aber die gesamte Kraft auf die Nuß selbst übertragen, und so kommt die Ansammlung von Bruch­ stücken zustande. Statt dessen sollte man den Nußknacker quer zu einer der längeren Seiten ansetzen, also die Nuß zwischen der Spitze und einer der unteren Kanten erfassen. In den meisten Fällen läßt die Seitenwand sich glatt spalten; die Nuß bleibt ganz und wird nicht in Bruchstücke zerlegt. Falls die andere Seitenwand in gleicher Weise geknackt wird, erhält man mehr ganze Nüsse als zerbrochene. D. C. Großbritannien

Antwort In Australien wächst die extrem harte Makadam-Nuß. Bei den Verkaufsständen im Obstanbaugebiet in Queensland, wo man sie erntet, kann man sich einen simpel konstruierten kleinen Schraubstock kaufen, der die Nüsse ganz allmählich knackt, wenn man ihn enger schraubt. R.S. Australien Paranüsse werden in industriellen Dampfkochern (sogenannten Autoklaven) gekocht, bis die Schale ein wenig weicher wird und sich ausdehnt, worauf die Nuß im Inne­ 184

ren sich löst. Heute knackt man sie meist maschinell. Dazu bringt man sie zwischen Stahlwalzen, deren Abstand geringfügig kleiner ist als die Nüsse selbst und deren Spiel so eingestellt ist, daß der Druck gerade ausreicht, die Schale aufzubrechen. Damit wird der unversehrte Kern freigesetzt. Kleinere, ältere Firmen knacken die Nüsse möglicherweise noch mit Hilfe eines Geräts, das einem Schraubstock ähnelt. Dieses arbeitet aber nicht so schonend und erzeugt mehr Ausschuß. - Die Red. (Wir bedanken uns bei dem Schokoladenhersteller Thornton.)

Schmutziges Geschäft Frage In James-Bond-Filmen setzen die Bösen (und die Guten) Feuerwaffen mit Schalldämpfer ein. Wie funktioniert so eine Vorrichtung? J.C. Großbritannien

Antwort Schalldämpfer werden häufig von Jägern verwendet, die damit das Geräuschniveau beim Abfeuern von Schußwaffen senken, und insbesondere auch bei Sportgewehren und Druckluftwaffen. Ein Schalldämpfer ist im Grunde nichts weiter als eine Reihe von Leitblechen, die mit einer Expansionskammer kombiniert sind, umschlossen von einer zylinderförmigen Hülle, die an den Lauf der Feuerwaffe angeschraubt werden kann. Bei den meisten Feuerwaffen setzt das Geräusch des Schusses sich aus zwei Bestandteilen zusammen. Der erste stammt von der raschen Ausdehnung der Treibgase, wenn diese die Mündung verlassen. Der zweite ist der Überschallknall, den das Geschoß hervorruft. Das Geräusch eines mit Überschallgeschwindigkeit fliegenden Projektils 185

läßt sich nicht verringern, doch ein am Gewehr angebrachter Schalldämpfer wirkt sich in beträchtlichem Umfang auf die Schallcharakteristik aus, weil er die Ausdehnungsgeschwindigkeit der Treibgase kontrolliert. Soll ein Schalldämpfer wirklich etwas nützen, muß man Munition verwenden, deren Geschosse langsamer unter­ wegs sind als der Schall. In diesem Fall wird das Geräusch des Schusses erheblich verringert und möglicherweise nicht einmal mehr einer Feuerwaffe zugeordnet. An einem Revolver läßt sich kein Schalldämpfer anbringen, weil die Lücke zwischen dem Lauf und der Kammer dazu führt, daß etwa 5 Prozent der Treibgase dort entweichen, was zum Gesamtschall des Abschußknalls beiträgt. Ansonsten können alle Arten von Feuerwaffen mit Schalldämpfern ausgestattet werden. Einmal war ich dabei, wie mit einem leichten Sten-Maschinengewehr aus dem Zweiten Weltkrieg, das mit einem großen eingebauten Schalldämpfer versehen war, spezielle Unterschall-Munition verschossen wurde. Das Ergebnis war sehr eindrucksvoll: Von der Waffe war nichts weiter zu hören als der Schlagbolzen. In der Vorstellung der Öffentlichkeit sind Schalldämpfer an Feuerwaffen stets mit James Bond oder der Unterwelt verknüpft. In Wirklichkeit werden sie auf dem Land von vielen Jägern eingesetzt, die ihren Beitrag zur Verringerung der Lärmemissionen leisten wollen. B.H.

The British Association for Shooting and Conservation,

Großbritannien

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Antwort. Die ersten wirksamen Schalldämpfer ließ sich der amerikanische Erfinder Hiram P. Maxim (Sohn des Hiram S. Maxim mit dem berühmten Maxim-Maschinengewehr) im Jahre 1910 patentieren. Seine Konstruktionen gehörten zum Leitblech-Typ, wie er noch heute eingesetzt wird. Ein Schalldämpfer dieses Typs besteht üblicherweise aus einem Metallzylinder, der in der Regel in zwei Abschnitte gegliedert ist und an der Mündung der Feuerwaffe befestigt wird. Der erste Abschnitt, der normalerweise etwa ein Drittel der Gesamtlänge ausmacht, enthält eine »Expansionskammer«, in der die hinter dem Geschoß aus der Mündung austretenden heißen Gase sich ausdehnen können, was einiges von ihrer Energie abführt. Die Expansionskammer kann einen Zylinder aus Drahtgeflecht enthalten, der die Aufgabe hat, die Gassäule aufzuspalten und ihr Wärme zu entziehen. Der zweite Abschnitt besteht aus einer Reihe von Blechen mit einem Loch in der Mitte, durch das das Geschoß fliegt. Diese Leitbleche zerstreuen und verlangsamen den aus der Mündung kommenden Gasstrom; wenn die Treibgase den Schalldämpfer dann verlassen, sind sie kühler, langsamer und leiser. Schalldämpfer im Auspuff von Motorrädern arbeiten nach genau demselben Prinzip. Es gibt noch einige Variationen zu diesem Thema. Manche Konstruktionen bestehen nur aus Leitblechen, während andere nichts als eine große Expansionskammer darstellen. Tatsächlich kann eine Getränkeflasche aus Plastik als wirksamer Schalldämpfer benutzt werden, der seine Aufgabe für einige Schüsse erfüllt, ehe er zerbricht. Gewöhnlich wirken Schalldämpfer am besten, wenn man sie zusammen mit Unterschall-Munition verwendet, da so der Überschallknall entfällt, den eine Kugel mit Überschallgeschwindigkeit verursacht. 187

Bei manchen Schalldämpfer-Konstruktionen wird das Geschoß mit Hilfe von Durchlässen verlangsamt, die in den Lauf geschnitten werden. Der so bearbeitete Ab­ schnitt erstreckt sich bis in die Expansionskammer. Durch die entsprechenden Öffnungen entweicht ein Teil des Gases hinter dem Geschoß, was den Druck im Lauf und schließlich die Geschwindigkeit des Projektils verringert. Bei anderen Konstruktionen verwendet man »Bleche« aus elastischen Materialien, bei denen das zentrale Loch ein wenig kleiner ist als der Geschoßdurchmesser. Diese »Schürzen« werden beim Durchgang der Kugel aufgedrückt und schließen sich danach wieder. Sie sollen die Austrittsgeschwindigkeit der Gase weiter verringern. Die Schürzen können sich, wie zu erwarten ist, rasch abnutzen und die Treffsicherheit der Kugel beeinträchtigen. Eine weitere, wenn auch weniger verbreitete Schalldämpfer-Konstruktion beruht auf Drahtwolle. Gewöhnlich gibt es hier wie beim Leitblech-Typ eine Expansionskammer, doch statt der Bleche findet sich eine Säule gewirkten Drahtgeflechts, die in der Mitte ein Loch für das Geschoß freiläßt. Wie beim Leitblech-Typ wird die Gassäule hier vom Drahtgeflecht gebrochen, doch gleichzeitig dient es als Wärmesenke, da es die Wärme des heißen Ga­ ses aufnimmt und dieses damit leiser macht. Es gab Kriminelle, die diesen Schalldämpfertyp improvisiert haben; sie verwendeten Drahtwolle oder Topfkratzer aus Metall. Der letzte Schrei bei den auf die Mündung geschraubten Dämpfern ist der sogenannte »nasse« Schalldämpfer. Bei diesen Konstruktionen kann man Wasser oder Schmieröl verwenden. Beim Abschuß werden die heißen, sich ausdehnenden Gase gekühlt und damit leiser, weil die Wärme auf die Flüssigkeit übergeht. Bei diesem Prinzip kann der Konstrukteur erheblich kleinere oder leisere Konstruktionen entwerfen. 188

In Rußland hat man einen alternativen Ansatz entwikkelt, der den auf die Mündung geschraubten Schalldämpfer völlig überflüssig macht. Hier benutzt man statt dessen eine Spezialpatrone, bei der das Geschoß von einem mit Treibgas angetriebenen Kolben ausgestoßen wird. Am Hals der Patronenhülse wird der Kolben aufgehalten, so daß das heiße, lärmproduzierende Gas vollständig in der Kammer der Feuerwaffe zurückbleibt. Man darf ruhig sagen, daß Hollywood sich bei den Schalldämpfern große künstlerische Freiheiten herausnimmt. Die meisten verwendungsfähigen Konstruktionen sind sehr viel größer als die Dinger von der Größe einer Zigarre, die man üblicherweise in Filmen sieht, und sie sind in der Regel sehr viel schwieriger zu montieren und abzunehmen. Revolver sind gewöhnlich, anders als in Filmen, nicht zu dämpfen, weil durch die Lücke zwischen Kammer und Lauf Gas entweichen kann. Schließlich sollte man auch das spezielle »Plopp« vergessen, das der Schalldämpfer von James Bond erzeugt. Die echten Konstruk­ tionen dürften eher ein gedämpftes Krachen hervorbrin­ gen oder wie eine zugeschlagene Fahrzeugtür klingen. H.B.

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Das Allerletzte Frage Wie funktioniert die Aufschlag-Fehleranzeige in Wimbledon und bei anderen großen Tennisturmeren? Sie zeigt an, wenn ein Ball außerhalb landet, scheint aber nicht auf die Füße der Spieler zu reagieren. L.H. Großbritannien

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Antwort Während der vielen Jahre, in denen ich als ehrenamtlicher Aufseher an den Wimbledon Lawn Tennis Championships teilgenommen habe, konnte ich miterleben, wie diese Vorrichtung allmählich eingeführt wurde von den ersten Anfängen, als noch der Erfinder selbst auf den geheiligten Rasen des Centre Court trat, um sie aufzubauen, bis zu ihrem alltäglichen Einsatz. Es handelt sich dabei lediglich um einen Infrarotstrahl, der von einem Generator auf der einen Seite des Platzes zu einem Empfän­ ger auf der anderen Seite geschickt wird. Wird der Strahl durch einen Ball unterbrochen, ertönt das vertraute Piepsen. Entscheidend ist die Anordnung des Geräts, denn der Ball gilt als innerhalb des Spielfelds, wenn er die Linie berührt. Das muß berücksichtigt werden, wenn man festlegt, wo der Strahl verläuft, nämlich unmittelbar hinter der Aufschlagslinie. Die von Ihnen gewählte Überschrift ist absolut zutreffend. Der frühere Sieger John McEnroe beschwerte sich häufig darüber und forderte (was zulässig ist) viele Male, sie abzuschalten. Die neueste technische Errungenschaft ist der elektronische Netzrichter, der piepst, wenn der Ball das Netz berührt. Ich habe nie gehört, daß man dieses Gerät in Frage gestellt hätte, und das vertraute Bild des Netzrichters, der ein Ohr ans Netz preßt, wird bald der Vergangenheit angehören. LN. Großbritannien

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Beschränkte Haftung Frage Warum haftet Frischhaltefolie* an einer Schüssel aus Metall nicht so gut wie an einem Behälter aus ebenso glattem Glas oder aus Keramik? T.B. Großbritannien Antwort Frischhaltefolie erfüllt ihre Funktion, weil sie beim Abrollen elektrisch aufgeladen wird. Sie kann dann nach demselben Prinzip an einem Körper aus isolierendem Material haften, nach dem auch ein elektrisch nicht geladenes Stück Papier an der aufgeladenen Glasscheibe Ihres Computers oder Fernsehgeräts hängenbleibt. Der Vorgang beruht darauf, daß die Frischhaltefolie und der Gegenstand, an dem sie haftet, ein grundsätzlich unterschiedliches elektrisches Potential aufweisen. Es funktioniert, wenn das fragliche Objekt isolierende Eigen­ schaften besitzt. Ist es dagegen aus Metall, wird die Ladung der Folie abgeleitet, was den Effekt zunichte macht. Alte Folie, die bereits von der Rolle genommen worden ist, funktioniert ebenfalls nicht. Nach einer Weile verschwindet die Ladung und mit ihr die Haftfähigkeit. A.B. Großbritannien Antwort Frischhaltefolie lädt sich mit statischer Elektrizität auf, sobald man sie von der Rolle abzieht. Man kann diese Ladung spüren, wenn man ein Stück von der Rolle nimmt und nahe an sein Gesicht hält - die Härchen auf den Wangen stellen sich auf. Metall leitet die statische Auf-

Im Englischen heißt sie ding film, Haftfolie. - Anm. d. Ü.

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ladung ab - Glas (oder Kunststoff) halten sie auf ihrer Oberfläche fest. Je größer die statische Elektrizität, desto stärker haftet die Folie. J. W.

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Antwort In meiner Küche haftet die von der Rolle abgezogene Frischhaltefolie immer am liebsten an sich selbst. Ich nehme an, sie vermißt die Geborgenheit der MutterRolle und verschafft sich so einen (vermutlich unzureichenden) Ersatz. H.R. Deutschland*

Schuppenfrei Frage Wie funktioniert Anti-Schuppen-Shampoo? E.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Man nimmt an, daß Schuppen durch übermäßiges Wachstum von Hefepilzen wie Pityrosporum ovale verursacht werden, die auf normaler Haut leben. Dieses übermäßige Wachstum führt zu örtlichen Reizungen, die die Zellen der äußeren Hautschicht (die Keratinozyten) zu verstärkter Vermehrung anregen. Sie bilden kleine Hautschuppen aus, die sich ansammeln und als die bekannten Kopfschuppen abfallen. Anti-Schuppen-Shampoos wirken auf drei Wegen. In­

* »Antwort« d. Ü.

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haltsstoffe wie Steinkohlenteer hemmen die Zellteilung der Keratminozyten. Oberflächenaktive Stoffe (Detergentien) wirken keratolytisch - sie lösen Ansammlungen der Hautschüppchen auf. Und schließlich hemmen fungizide Wirkstoffe wie Ketoconazol das Wachstum der Hefepilze. Andere Bestandteile wie Selensulfid hemmen ebenfalls das Hefewachstum und damit die Schuppenbildung. R. McK.

Universität Edinburgh, Großbritannien

Abgedreht Frage Warum muß eine Frisbee-Scheibe rotieren, um fliegen zu können? LR Großbritannien Antwort Wirft man einen Steinbrocken durch die Luft, dürfte man die daraus resultierende Bewegung wohl kaum als »Fliegen« bezeichnen. Das liegt zunächst einmal daran, daß der auf den Stein wirkende aerodynamische Auftrieb im Vergleich zu seinem Gewicht klein ist, und außerdem wird der Stein auf seinem Weg höchstwahrscheinlich taumeln. Um richtig zu fliegen, muß ein Gegenstand eine Auftriebskraft erzeugen können, die zumindest seinem Gewicht entspricht (ohne dabei allzuviel Sog zu verursachen), und er muß auf seinem Weg durch die Luft eine ordentliche Fluglage beibehalten können. Das erste Kriterium ist recht leicht zu erfüllen. Genau dafür sind Tragflächen da. Das zweite Kriterium, das mit aerodynamischer Stabilität und Trimmung zu tun hat, ist weit schwerer einzuhalten. In der Regel sind zusätzliche horizontale und vertikale Flügel am hinteren Ende eines 193

Flugzeugs erforderlich, damit alles richtig funktioniert. Hier kommt nun die Frisbee-Scheibe in Schwierigkeiten: Sie ist nichts anderes als eine einzige runde Tragfläche, die keine zusätzlichen Flügel für Trimmung und stabile Fluglage besitzt. Testet man eine unbewegte (nicht rotierende) FrisbeeScheibe im Windkanal, läßt sich leicht zeigen, daß sie mehr als genug Auftrieb erzeugen kann, um ihr Gewicht zu tragen, und damit das erste Kriterium des Fliegens erfüllt. Ebenso offensichtlich ist aber auch, daß ihre Fluglage sehr instabil ist. Das heißt, sie fängt bald an, sich zu überschla­ gen, wenn sie allein auf ihre eigenen Möglichkeiten angewiesen ist - mithin verfehlt sie das zweite Kriterium. Soll eine Frisbee-Scheibe ordentlich fliegen, muß sie also rotie­ ren, weil ihre Fluglage zusätzlich stabilisiert werden muß, damit die aus ihrer Form resultierende aerodynamische Instabilität ausgeglichen wird. B.C. Großbritannien

Antwort Nach der Theorie rotierender Oberflächen ist ein sich drehendes Objekt gewöhnlich instabil, solange es nicht um seine sogenannte Hauptachse rotiert. Sobald das der Fall ist und die Umdrehungsgeschwindigkeit ausreicht, bleibt die Rotationsachse stabil, auch wenn Störkräfte wie der Luftwiderstand auftreten. Je schneller der Gegenstand rotiert, desto besser widersteht er Störungen. Nach diesem Prinzip arbeiten Gyroskope (Kreiselsysteme). Die Hauptachse einer FrisbeeScheibe verläuft senkrecht zu ihrer Oberfläche durch den Mittelpunkt. Versetzt man sie also in der üblichen Weise in ausreichend schnelle Drehung, bleibt ihre Rotationsachse während des gesamten Fluges annähernd gleich ausgerich­ tet. Das erklärt auch, weshalb die Scheibe innerhalb einer 194

Ebene fliegt, selbst wenn sie schräg zur Waagrechten abgeworfen wird. Ihre Achse, die mit der Horizontalen einen Winkel bildet, bleibt konstant. Überdies funktionieren Frisbees, deren Masse vorwiegend am Rand konzentriert ist, besser als andere rotierende Scheiben - man benötigt kleinere Umdrehungsgeschwindigkeiten, um dieselben Ergebnisse zu erzielen. J.M.

Universität Princeton, USA

Oben offen Frage Im Rahmen einer Wohltätigkeitsveranstaltung sprang ich kürzlich mit dem Fallschirm ab. Was mich dabei (abgesehen von der Höhenangst) irritierte, war das große Loch oben in der Mitte des Fallschirms. Wozu dient es? Trägt es in irgendeiner Weise dazu bei, den Fahrtwind beim Fallen zu vermindern? S.K. Großbritannien Antwort In den Tagen vor Einführung der Mittelöffnung (dem »irritierenden« Loch in der Mitte der Fallschirmkappe) konnte die unter dem Schirm gefangene Luft nur auf einem Weg entweichen: Sie quoll an einer Seite der Kappe heraus, was diese in Schräglage brachte und den unglücklichen Fallschirmspringer damit auf eine Seite pendeln ließ. Beim Zurückschwingen der Kappe strömte dann weitere Luft auf der gegenüberliegenden Seite ab, wodurch sich eine regelmäßige Schwingung wie bei einem Pendel einstellte (man braucht sich nur Filmaufnahmen von Fallschirmspringern des Zweiten Weltkriegs anzusehen, um das zu erkennen). 195

Wie man sich vorstellen kann, war es gefährlich, wenn man auf dem Boden aufkam, während man gerade abwärts pendelte, besonders an windigen Tagen. Die Mittelöffnung erlaubt der Luft, gleichmäßig an der Spitze der Fallschirmkappe zu entweichen. Damit wird dieses unkontrollierte Pendeln verhindert, was sicherere Landungen erlaubt. Ein weiterer Vorteil der Mittelöffnung besteht darin, daß der Schirm sich langsamer öffnet. Ohne diese Vorrichtung strömt die Luft weit heftiger in die Kappe, was den Schirm beschädigen und den Springern (besonders den männlichen unter ihnen) Tränen in die Augen treiben kann. P.D. Großbritannien

Rubbelei Frage Wie funktioniert ein Radiergummi? Arbeiten alle - ob Kautschuk, Kunststoff oder Zinnpaste - nach demselben Prinzip? H.G. Großbritannien

Antwort Ein Bleistiftstrich besteht letztlich aus Graphitpartikeln, die das Papier von der Spitze der Mine abreibt. Diese Teilchen, die unter dem Mikroskop kantig und grobkörnig wirken und bei einem Bleistift des Typs HB in der Regel zwischen 2 und 10 Mikrometer Durchmesser besitzen, liegen ein wenig unterhalb der Papieroberfläche und werden von den Fasern festgehalten. Mit einem ausreichend weichen Radiergummi, der zwischen die Fasern eindringt, kann man die meisten Graphitteil­ 196

chen beim ersten Rubbeln entfernen. Untersucht man den Gummi, erkennt man die unbeschädigten Teilchen, die an seiner Oberfläche haften. Alle wirksamen Materialien werden ihrerseits durch die Papieroberfläche abgerieben, was die bekannten kleinen Röllchen aus Gummi oder dem entsprechenden Material ergibt, in denen das Graphit eingeschlossen ist. Bei zweihundertfacher Vergrößerung sehen sie aus wie Crepes-Röllchen, die mit Rosinen ge­ spickt sind. J.R. Großbritannien

Saft der Götter Frage Mit welchen chemischen Stoffen brennt die Olympische Flamme auf ihrem Weg ins Olympiastadion? J.A. Großbritannien Antwort Die olympischen Fackeln, die man bei den Sommerspielen von 1996 in Atlanta eingesetzt hat, wurden mit Propangas betrieben, das sich in Patronen im Griff befand. T.B.

USA

BLASEN, FLÜSSIGKEITEN UND EIS

Zielen! Eingießen! Frage Wenn ich einen Milchkarton öffne, muß ich die Flüssigkeit mit Schwung aus der Öffnung fließen lassen, damit sie im Glas landet. Kippe ich den Behälter zu lang­ sam, läuft die Milch an dessen Unterseite entlang und kleckert auf meine Füße oder den Fußboden. Dasselbe geschieht auch mit Orangensaft und anderen Flüssigkeiten. Warum haften diese am Karton, wenn man sie langsam ausgießt? T.K. Großbritannien Antwort Kippt man einen Getränkekarton beim Aus­ gießen, wird die freie Oberfläche der Flüssigkeit in dem Behälter über das Niveau der Öffnung gehoben. Dadurch entsteht ein Druckunterschied zwischen der freien Oberfläche und der Öffnung, was die Flüssigkeit aus dem Karton fließen läßt. Zusätzlich zu dieser Druckkraft wirkt auch noch die Oberflächenspannung auf die Flüssigkeit, die deshalb von den Wänden des Behälters angezogen wird. Gießt man nun mit Schwung ein, ist die Kraft des Drucks weit größer als die der Oberflächenspannung. Die Flüssigkeit fließt geordnet aus dem Karton; auf dem Weg in das darunterstehende Glas folgt sie einer definierten Bahn (einer Parabel). Gießt man jedoch zögernd und langsam ein, wird ein Punkt erreicht, an dem die Kräfte der Oberflächenspannung ausreichen, den Weg des Flüssigkeitsstrahls zu verändern. Dieser tritt nicht mehr ordentlich aus der Öffnung aus, sondern schmiegt sich an die obere Fläche des Behäl­ ters an. Sobald die fließende Flüssigkeit an einer Oberfläche haftet, ist sie wegen der auftretenden Oberflächenspannung und des sogenannten Coanda-Effekts bestrebt, 201

diesen Zustand beizubehalten. Dieser Effekt tritt auf, wenn ein Flüssigkeitsstrahl auf einer konvexen Oberfläche (zum Beispiel Wasser aus dem Wasserhahn, das über den Rücken eines Löffels fließt) innere Druckkräfte aufbaut, mit denen der Strahl sich an der Fläche festsaugt. Gemeinsam versetzen die Oberflächenspannung und der Coanda-Effekt einen Flüssigkeitsstrahl auf Abwegen in die Lage, den Knick an der oberen Seite des Kartons zu überwinden und auf die Seitenfläche einzubiegen, was einen maximalen Flüssigkeitstransport von dem Behälter zu Ihren Schuhen garantiert. Wie Versuche gezeigt haben, wird der Flüssigkeitsstrahl durch das Gluckern, mit dem bei vollen Kartons die Luft zum Ersatz des ausgeflossenen Inhalts angesaugt wird, in Schwingungen versetzt. Das führt auch bei relativ hoher Ausgießgeschwindigkeit zu wiederholtem Anhaften der Flüssigkeit an der Außenwand (und zu nassen Schuhen). B.C. Raumfahrtabteilung der School of Engineering, Universität Man­ chester, Großbritannien

Antwort Der Coanda-Effekt ist nach dem Rumänen Henri Coanda (1886-1972) benannt. Er entwarf ein Dü­ senflugzeug, angetrieben von zwei Brennkammern, die zu beiden Seiten des Rumpfes relativ weit vorne angebracht waren. Zu seinem Schrecken strömten die Flammenstrah­ len beim Start nicht in gerader Richtung nach hinten, sondern legten sich auf dem ganzen Weg bis zum Heck an die Rumpfseiten an. Immerhin ist sein Name dank dieses Effekts unsterblich geworden. Vor etwa dreißig Jahren hat man diesen Effekt in Steuerungssystemen für Maschinen eingesetzt (sie wurden als »Fluidics« bezeichnet). Dabei brachte ein kleiner Flüssigkeitsstrahl den Hauptstrom dazu, sich von der »Wand« zu 202

lösen, an der er haftete, und einen anderen Weg einzu­ schlagen, wo er erneut von der Oberfläche angesaugt wurde. J.W. Großbritannien

Ein Bild der Coanda, des ersten richtigen Strahlflugzeugs, findet sich unter www.allstar.fiu.edu/aero/coanda.htm. In der nächsten Antwort wird eine einfache Demonstra­ tion des Coanda-Effekts beschrieben. - Die Red. Antwort Man nimmt an, der Effekt stelle eine allgemeine Tendenz strömender Flüssigkeiten dar, sich an Oberflächen anzuschmiegen. Für ein unterhaltsames Experiment nimmt man einen senkrecht stehenden Zylinder (eine Spülmittel- oder Weinflasche) und stellt eine brennende Kerze dahinter. Bläst man die Flasche an, erlischt die Kerze, weil der Luftstrom sich an den Zylinder anschmiegt. R.H. Großbritannien

Transparent gedacht Frage Mein neunjähriger Sohn hat mir eine Frage gestellt, vor der meine in vielen Jahren erworbene naturwissenschaftliche Bildung kapitulieren mußte: Warum ist Wasser durchsichtig? Kann uns jemand erklären, was beim Wasser - oder einem anderen transparenten Medium, z. B. Eis - dafür sorgt, daß es Licht durchläßt? M.J.B.

Charterhouse College für Radiographie, Großbritannien

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Antwort Die Frage müßte andersherum gestellt werden. Es kommt nicht darauf an, warum etwas »Licht durchläßt«, sondern darauf, warum undurchsichtige Materialien das Licht aufhalten. H.D. Großbritannien Antwort Licht ist elektromagnetische Strahlung, die in Form von »Paketen«, den sogenannten Photonen, exi­ stiert. Diese verhalten sich wie Wellen, und die Energie eines Photons entspricht exakt seiner Wellenlänge. Feste Objekte (Materie) setzen sich aus Teilchen (Atomen und Molekülen) zusammen, zu denen Elektronen gehören. Elektronen existieren nur in bestimmten Energiezuständen, und ein Photon, das auf ein Teilchen trifft, kann ein Elektron oder ein Molekül zu einem höheren Energiezustand anregen. Dies geschieht jedoch nur, wenn die Energie des Photons genau der Energie entspricht, die notwendig ist, um das Elektron von einem Energiezu­ stand in den nächsten zu heben. In diesem Fall werden Photonen dieser speziellen Wellenlänge absorbiert, und die betreffende Substanz ist für die Lichtstrahlung un­ durchlässig. Manche Stoffe sind lichtdurchlässig. Photonen können Substanzen durchqueren, von denen ihre Wellenlängen nicht absorbiert werden, und es gibt viele Stoffe, die Photonen durchlassen; einige lenken das Licht allerdings in viele verschiedene Richtungen ab (sie streuen es). Dieser Effekt kommt zustande, weil Wellen mit Objekten wechselwirken können, deren Große ihrer Wellenlänge entspricht, was man als Interferenz bezeichnet. Kristalle sind gute Beispiele für lichtdurchlässige Substanzen, da sie aus regelmäßig angeordneten Atomen aufgebaut sind, wobei die Abstände zwischen den einzelnen Atomen den Wel­ 204

lenlangen der Photonen entsprechen können. Deshalb können Photonen, die Kristalle durchqueren, abgelenkt (gebrochen) und somit gestreut werden. Eine Substanz ist lichtdurchlässig, wenn die durchgeleiteten Photonen ihre ursprüngliche Richtung beibehalten oder alle in die gleiche Richtung abgelenkt werden. Strahlen, die in dieser Weise durchgeleitet werden, erhalten das Bild aufrecht, das sie vor dem Eintritt in das Medium übermittelt haben. Transparente Substanzen enthalten sehr wenig kristallines Material; ihre Atome und Mole­ küle sind unregelmäßig angeordnet, was sie glasähnlich oder amorph erscheinen läßt. Die dadurch vermittelte Streuung kann man vernachlässigen, weil die Summe aller Streuungsvorgänge letztlich Null ergibt. Manche Stoffe sind für bestimmte Wellenlängen des Lichts durchlässig, für andere dagegen nicht. Die Spannweite der Wellenlängen des sichtbaren Lichts ist begrenzt, doch verschiedene Wellenlängen werden als unterschiedliche Farben wahrgenommen. So sind manche Substanzen für bestimmte Farben durchlässig, für andere dagegen nicht, was beispielsweise gefärbte Brillengläser erklärt. R. C. Großbritannien

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Reine Natur? Frage Bei meinen Wanderungen in den Pennines* fällt mir häufig auf, daß auf der Oberfläche der Flüßchen Schaumflocken treiben, besonders in der Nähe von Wasserfällen. Was verursacht diesen Schaum, da es doch fluß­ aufwärts keine Ursachen für von Menschen gemachte Verschmutzungen gibt? P.J. Großbritannien Antwort Der Schaum wird durch natürliche oberflä­ chenaktive Stoffe verursacht. Diese werden weiter oben am Fluß von verrottenden Pflanzenresten freigesetzt. Seife und Spülmittel dürften die bekanntesten oberflächenakti­ ven Stoffe sein, doch es gibt zahllose andere, die nicht alle künstlich hergestellt werden. Alle Moleküle dieser oberflächenaktiven Substanzen besitzen einen Abschnitt mit elektrischer Ladung, der Wassermoleküle anzieht (er wird als hydrophil bezeichnet), sowie einen Bereich, der keine Ladung trägt und Wassermoleküle abstößt (er ist hydrophob). Organische Zersetzungsprodukte wie zum Beispiel Huminsäuren be­ stehen aus großen Molekülen, die mehrere hydrophobe wie auch hydrophile Bereiche besitzen können. Deshalb sind sie imstande, als natürliche oberflächenaktive Stoffe zu wirken. Bei dem geschilderten Wasserfall in den Pennines wird Luft mit dem Wasser vermischt. Die oberflächenaktiven Substanzen sammeln sich an der Stelle, wo die Luft mit dem Wasser zusammentrifft; sie umgeben jedes Luftbläs­

* eine Hügelkette in Nordengland - Anm. d. Ü.

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chen, wobei die hydrophilen Bereiche zum Wasser und die hydrophoben Abschnitte zur Luft hin orientiert sind. Steigen die Luftbläschen auf, bleibt die »Haut« aus oberflächenaktiven Stoffen bei ihnen. Tatsächlich setzt man ge­ legentlich solche Verfahren ein, um gelöste organische Stoffe aus dem Wasser zu entfernen. Wasser besitzt eine hohe Oberflächenspannung. Des­ halb platzen Blasen, die in reinem Wasser aufsteigen, in dem Moment, in dem sie die Oberfläche erreichen, weil der dünne Wasserfilm, der sie umgibt, sich zu einem einzigen Wassertropfen zusammenzieht. Oberflächenaktive Stoffe setzen diese Oberflächenspannung jedoch herab, was die Blasen länger leben läßt - daher der Schaum. Ähnliche Erscheinungen lassen sich oft auch an Meeresküsten beobachten, besonders nach Herbststürmen. Mi­ kroskopische Algen aus dem sogenannten Phytoplankton setzen im Meerwasser organische Moleküle frei, wenn sie unter Streß stehen oder nach ihrem Tod zerfallen. Diese oberflächenaktiven Stoffe, eine komplexe Mischung von Ölen, Zuckern und Proteinen, werden durch die in der Brandung erzeugten Blasen aus dem Meerwasser entfernt. Sie können sehr dauerhaften Schaum bilden, der an die Kü­ ste gespült oder geweht wird und wie ein riesiges Laken aus steifgeschlagenem Eiweiß (das natürlich ebenfalls ein natürlicher oberflächenaktiver Stoff ist) auf dem Strand liegenbleibt. V.B. Großbritannien

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Planschrätsel Frage Unser Kindergarten war bei seinem jährlichen Sommerausflug am Meer. Es war alles sehr schön, aber kann mir bitte jemand sagen, warum das Meer salzig ist? Meine Mum weiß es nicht. J.C. Großbritannien

Antwort Das Meer ist salzig, weil die Flüsse, die hineinfließen, Salze und andere Mineralien aus dem Boden waschen. Diese Salze lösen sich im Flußwasser, und die Flüsse fließen ins Meer. Wenn die Sonne das Wasser verdampfen läßt, um Wolken entstehen zu lassen, bleiben die Salze und Mineralien zurück. Deshalb ist das Meer salziger als Flüsse und Seen. J. C.-L. (9 Jahre alt) Neuseeland

Antwort Ein Bursche mit Grips ist dieser J. C. Er fragt sich, warum die salzige See, in der wir planschen so voller Wonne - vorausgesetzt, es scheint auch die Sonne -, nicht süß ist wie frisch aus dem Wasserhahn, so daß man in Flaschen sie füllen kann. Ihm sei gesagt, daß das Salz in der See so leicht sich löst wie der Zucker im Tee. Viele Salze enthält diese Mischung, da eignet sie sich kaum als Erfrischung: Tafelsalz (oder Natriumchlorid), auch Kalium- und Magnesiumjodid und natürlich noch deren Chloride schwappen in Lösung mit jeder Tide. 208

Die Mum mußt du jetzt nicht mehr fragen. Und Daddy kannst du die Antwort sagen. R. H.

Großbritannien

Beckenzug Frage Die Dichte von Salzwasser ist höher als die von Süßwasser. In Salzwasser sollte man also geringfügig schneller schwimmen können als in Süßwasser, da der Schwimmer ein wenig höher im Wasser liegt und dadurch weniger Reibungswiderstand überwinden muß. Mißt und kontrolliert man bei Schwimmweltrekordcn, wo Abstände nach Hundertstelsekunden ermittelt werden, die Wasserdichten in den verschiedenen Becken in ähnlicher Weise wie die Windgeschwindigkeiten bei den Leichtathleten, wo bestimmte Grenzen nicht überschritten sein dürfen? M.L. Holland Antwort Wer glaubt, man könne desto schneller schwimmen, je höher man im Wasser liegt, irrt sich. Die höchste Geschwindigkeit erreicht man nämlich, wenn man vollständig im Wasser untertaucht, weil dann die Impulsübertragung auf das Wasser (die laut Newtons Drittem Gesetz für die vorwärts gerichtete Antriebskraft sorgt) effizienter erfolgt. Außerdem verschwendet man so weniger Energie für das Herumspritzen von Wasser. H.S.

Abteilung für Physik der Universität Göteborg, Schweden

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Antwort Turbulenzen im Bereich der Wasseroberfläche verstärken den Sog und machen den Schwimmer langsamer. Trainierte Schwimmer wissen, daß man unter Wasser schneller vorankommt als an der Oberfläche. Aus genau diesem Grund ist die Zahl der Schwimmzüge, die man vollständig unter Wasser ausführen darf, in allen Disziplinen und Stilarten (von den Olympischen Spiele bis hinab zur Ebene der Vereine) strikt begrenzt, insbesondere nach jeder Wende. Teilnehmer, die gegen diese Regel verstoßen, werden disqualifiziert; ihre Rekorde werden nicht anerkannt. K. D.-J. Großbritannien Die Regeln für die Wende unterscheiden sich bei den einzelnen Stilarten. Bei Freistil, Rückenschwimmen und Schmetterling dürfen die Schwimmer nach einer Wende höchstens 15 Meter unter Wasser zurücklegen. Bei den Brustschwimmern sind die Regeln komplizierter, aber letztlich ist ihnen nur ein vollständiges Abstoßen und ein voller Armzug erlaubt, ehe sie an die Oberfläche zurückkehren. Bei Wettbewerben ist die Dichte des Wassers in den Bekken nicht vorgeschrieben, doch die Temperatur des Wassers muß 26 °C betragen. Für internationale Wettkämpfe ist eine Abweichung von 1 °C nach oben oder unten zugelassen. - Die Red.

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Weltraumrülpser Frage Man stelle sich vor, man sitzt mit einem Glas Bier in einer Kneipe. Die Schwerkraft hält das Bier im Glas, und die Blasen steigen in der Flüssigkeit auf. Nun nehmen wir an, wir hätten ein Bier in Form eines übergroßen Tropfens, der in einem Raumschiff schwerelos im All schwebt. Was geschieht mit den Blasen? Welche Richtung nehmen sie - falls sie sich überhaupt bewegen? Sind sie ge­ nauso groß wie auf der Erde? Hätte das Bier eine Schaumkrone? Könnte man vielleicht irgendwelche ungewöhn­ lichen Effekte beobachten? S.S.

Per E-Mail, ohne Adressenangabe

Antwort Unter den Bedingungen der Mikrogravitation wird das Verhalten der Flüssigkeiten vorwiegend von den Kräften der Oberflächenspannung bestimmt. Sobald man den erwähnten großen Biertropfen aus einem beliebigen Behälter freigelassen hätte, würde er einfach dort schwe­ ben. Öffnete man dagegen in der Umlaufbahn eine Bierdose, hätte man damit eine flotte kleine Bierkanone geschaffen, die die Wände mit vielen Bierkügelchen schmücken würde. In dem großen Biertropfen würden sich immer noch Bläschen bilden, da das Kohlendioxid bei Zimmertemperatur und atmosphärischem Luftdruck weiterhin aus der Lösung austreten würde. Sie würden sich jedoch nirgendwohin bewegen. Zudem bilden die größeren Bläschen (und die Krone) sich auf der Erde nur deswegen, weil die kleinen Bläschen an die Oberfläche steigen und unterwegs miteinander zusammenstoßen. Im Weltall enthielte das Bier eine Anzahl von Blasen, die über das gesamte Volumen verteilt sind; man hatte also nichts als eine schaumige Masse. 211

Astronauten ist es nicht erlaubt, im Orbit kohlensäurehaltige Getränke zu trinken, weil der Körper auf die Schwerkraft angewiesen ist, wenn er überschüssige Gase ausstoßen will. Auf Bier verzichten zu müssen ist eines der vielen Opfer, die man für die Erkundung des Alls zu bringen hat. T.D.-F. USA

Antwort Im Bereich der Mikrogravitation dürften weniger und größere Blasen auftreten, denn während sie sich bilden, bleiben sie bei den Bläschenkeimen, anstatt davonzutreiben. Ihr Wachstum könnte jedoch langsamer ablaufen, da es mehr von der Diffusion durch die Flüssigkeit und weniger von den Zirkulationsvorgängen abhängen würde. Auf der Erde wird das Verhalten des Biers vor al­ lem von der Schwerkraft bestimmt. Im freien Fall überwiegen Oberflächenspannung, Impuls, Dampfdruck und Dampfdiffusion - kleinere Blasen treffen deshalb mit geringerer Wahrscheinlichkeit aufeinander, größere wiederum gelangen seltener an die Oberfläche der Flüssig­ keitskugel, wo sie platzen könnten. Um oben auf einer schwerelos schwebenden Ansamm­ lung von Bier eine Schaumkrone zu erhalten, muß man zuerst einmal definieren, wo »oben« ist. Eine Möglichkeit besteht dann, das Bier mit einem Behälter einzufangen und für einen Gravitationsersatz zu sorgen. Dazu schwingt man den Behälter im Kreis herum und erheitert so seine Kollegen, indem man ihre Instrumente zerdep­ pert und sie mit Bier bekleckert. Eleganter ist die Methode, einen kleineren Biertropfen so lange zu hätscheln, bis er richtig schön kugelförmig ist. Dann bläst man ihn sachte an, damit er zu rotieren beginnt. Durch die Rota­ tion wird »oben« ins Innere des Tropfens verlagert, und 212

die bis dahin wahllos verteilten Bläschen versammeln sich entlang der Rotationsachse. Kräfte, die auf der Erde kaum spürbar sind, führen im Bereich der Mikrogravitation zu merkwürdigen Effekten und erschweren das Arbeiten im Weltraum. Örtlich begrenzte Trocknungsvorgänge und die fehlende Konvektion sorgen für Unterschiede in Viskosität, Dampfdruck und Oberflächenspannung, was Flüssigkeiten unerwartet kriechen, davontreiben und die Form verändern läßt. J.R. Südafrika

Wellenenergie Frage Welcher Mechanismus setzt böigen Wind in die regelmäßige Wellenfolge der Meeresdünung um, und was steuert deren Amplitude und Frequenz? E.S. Australien

Antwort Sobald Wind über eine Wasseroberfläche streicht, bilden sich sogenannte Rippelwellen. Diese sind wahrscheinlich einzelnen starken Böen zuzuordnen, nicht aufeinander abgestimmt und ohne eine festgelegte Richtung oder Frequenz. Weht der Wind dagegen beständig weiter, ereignen sich zwei Dinge. Erstens überlagern die Wellen einander zu längeren Wellen, was mit einer niedrigeren Frequenz ein­ hergeht. Zweitens drückt der Wind auf diese größeren Wellen, wobei er ihnen zusätzliche Energie zuführt. Solange der Sturm anhält, werden die Wellen vom Wind weiter vergrößert, und die Wellendynamik sorgt dafür, daß sie immer länger werden. 213

Einige Wellen bauen sich zwar zu steil auf und brechen, doch insgesamt nimmt ihre Gesamtenergie weiter zu. Diese unmittelbar vom Wind erzeugten Wellen bezeichnet man als »Windsee«. Ihre Energie hängt davon ab, wie lange und über welche Strecke der Wind geblasen hat (das ist die sogenannte Wirkstrecke). Die Wogen auf der Meeresoberfläche stellen keine simple Abfolge vor, Wellen dar, sondern bilden ein kompliziertes Zufallsmuster aus. Für ein derart komplexes System läßt sich keine einfache Regel zur Amplitude und zur Frequenz angeben. Um zu beschreiben, wie stark der Wellengang ist, zieht man statt dessen die signifikante Wellenhöhe heran, das ist die durchschnittliche Höhe des höchsten Drittels der Wellen; die Scheitelperiode, also der zeitliche Abstand zwischen den bestimmenden oder energiereichsten Wellen, dient als Maß für die Frequenz. Im Durchschnitt kommt alle drei Stunden eine Welle vor, die doppelt so hoch ist wie die signifikante Wellenhöhe. Schließlich wird die vom Wind ins Meer eingebrachte Energie durch Energieverluste, vor allem durch brechende Wellen, ausgeglichen. Zu diesem Zeitpunkt hören die Wellen auf, weiter zu wachsen; die See wird dann als »voll ausgereift« beschrieben. Bei einer Windgeschwindigkeit von 20m/sec (Windstärke 8) würde die signifikante Wellenhöhe 9 Meter betragen, und die Scheitelperiode läge bei 15 Sekunden. Wellen können vom Ort ihrer Entstehung aus Tausende von Kilometern zurücklegen. Anders als bei Licht- oder Schallwellen nimmt die Geschwindigkeit der Meereswellen auch zu, wenn sie länger werden (und ihre Frequenz damit abnimmt). Wellen, die dem Bereich des Sturms entkommen, der sie erzeugt hat, heißen »Dünung«. Bei ihnen ist die Variationsbreite der Scheitelperioden weit geringer, und sie tre­ 214

ten als annähernd regelmäßige Wellenzüge auf. Da ihnen keine weitere Energie zugeführt wird, bricht sich keine mehr, so daß alle erhalten bleiben und weiterlaufen, bis sie auf Land treffen. Da unterschiedliche Frequenzen mit verschiedenen Geschwindigkeiten unterwegs sind, zerlegt sich die Dünung auf ihrem Weg über das Meer in ihre einzelnen Komponenten. Die signifikante Wellenhöhe und die Scheitelperiode der Dünung sind demgemäß abhängig von der Windgeschwindigkeit, der Dauer des Sturms sowie seiner Wirklänge, das heißt der gesamten Strecke, über die er geblasen hat. R C. Ozeanographisches Institut Southampton, Großbritannien Antwort Zunächst läßt die Windenergie die sogenannte Windsee entstehen. Innerhalb der Windsee sind die Wellen steiler und chaotischer als in der Dünung; außerdem werden sie von »Schaumkronen« begleitet, das sind die brechenden Wellenkämme. Je länger der Wind bläst, desto größer wird die Wellenlänge der vorherrschenden Wellen in der Windsee. Wenn der Wind aufhört oder wenn die Wellen der Windsee das sie erzeugende Windfeld verlassen, bleiben die Schaumkronen noch für eine Weile erhalten, wobei die Wellen länger werden, bis sie schließlich nicht mehr steil genug sind, um die Schaumkronen beibehalten zu können. Die Windsee wird so zur Dünung. Wellen auf der Oberfläche von Flüssigkeiten sind dispersiv, das heißt, die unterschiedlichen Wellenlängen sind mit verschiedenen Geschwindigkeiten unterwegs. Dünung mit größerer Wellenlänge bewegt sich schneller und erreicht den Beobachter zuerst. Im Lauf der Zeit nimmt die Wellenlänge der Dünung immer weiter ab, und es 215

kommen langsamere Wellenlängen an. Die Dünung eines Sturms, die sich in einer Entfernung von vielen tausend Kilometern gebildet hat, kann mehrere Tage lang anhalten, wobei sie wegen der Auftrennung dann immer kürzer wird. Diese Trennung wirkt wie ein Filter; in einem bestimm­ ten Bereich des Ozeans tritt deshalb zu jedem Zeitpunkt immer nur Dünung mit einer engen Bandbreite auf. Aus diesem Grund sieht Dünung, die man aus dem Flugzeug erblickt, stets so gleichförmig aus. Die Amplitude der Dü­ nung nimmt auf der Reise aus ihrem Ursprungsgebiet in der Regel ab, da ihre Energie sich über ein ständig größer werdendes Seegebiet ausbreitet. Allerdings ist das noch nicht die ganze Geschichte. Erneut aufkommender Wind erzeugt eine Windsee, die einen Teil ihrer Energie auf die Dünung übertragen und so deren Amplitude erhöhen kann, ohne daß ihre Wellenlänge sich ändert. Ahnlich kann gegenläufige Windsee eine Dünung abschwächen. J.R. Früher bei den Hobart Laboratories der Abteilung für Meeresfor­ schung, Australien

Nasser Stoff Frage Warum erscheinen poröse Materialien wie Tex­ tilgewebe, Papier oder Beton dunkler, wenn sie naß sind? N. B. Großbritannien

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Antwort Wenn sie naß sind, erscheinen poröse Stoffe dunkler, weil viele der winzigen reflektierenden Flächen, aus denen ihre Oberfläche besteht, durch das Wasser aufgefüllt werden und deshalb aufhören, das einfallende Licht zum Auge des Betrachters zu reflektieren. Dadurch kommt uns das Objekt dunkler vor. J.B. Großbritannien

UNSER KÖRPER

Gehirnwindungen Frage Warum gibt es die Furchen oder Falten an der Oberfläche des Gehirns? B.L. Australien

Antwort Diese Furchen des Gehirns vergrößern die Oberfläche des Kortex. Bei beschränkteren Tieren wie zum Beispiel Ratten ist das Gehirn glatt. Ein erheblicher Anteil der vom Gehirn erbrachten Arbeit wird von den paar obersten Zellschichten geleistet ­ ein großer Teil des Gehirns besteht in der Tat aus einer Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung. Wenn also sehr viele Daten verarbeitet werden müssen, ist es weit effizienter, wenn man Furchen wachsen läßt, anstatt die Oberfläche des Gehirns durch Vergrößerung des Schädeldurchmessers zu erweitern. AS. Per E-Mail, ohne Adressenangabe Antwort Sie sind offensichtlich dazu da, die Oberfläche des Kortex im Gehirn zu vergrößern. Doch die eigentliche Frage lautet, weshalb das erforderlich ist. Möglicherweise liegt die Antwort im Verhältnis der notwendigen Verbindungen über kurze bzw. lange Distanzen. Sind viele Verbindungen über kurze Entfernungen nötig, ist es sinnvoller, die einzelnen Verarbeitungseinheiten in dünne, fast zweidimensionale Platten zu packen und eine dritte Dimension für die Verbindungen über große Distanzen zu reservieren. Wären die Neuronen gleichmäßig über das gesamte Gehirnvolumen verteilt, könnten diese Langstreckenverbindungen vielleicht kürzer sein, doch sie wurden den Raum zwischen den Recheneinheiten des Ge­ 221

hirns einnehmen und damit längere Verbindungen für die kurzen Verbindungen erzwingen, was zu einem größeren Gesamtvolumen des Gehirns führen würde. J.S. Finnland Eine weitere mögliche Antwort liegt in der vom Gehirn erzeugten Wärmemenge. - Die Red. Antwort Die Gehirngewebe verbrauchen erhebliche Mengen Energie, und die dabei entstehende Wärme muß abgeführt werden. Man braucht nur eine Hand auf den Kopf zu legen und zu spüren, wie er sich im Vergleich zum Oberschenkel anfühlt. Die Gehirne der niederen Wirbeltiere besitzen keine ausgedehnten Falten, weil sie verhältnismäßig wenig Wärme loswerden müssen. Menschen dagegen besitzen große Gehirne, die eine Menge Arbeit verrichten. Die zusätzlichen Falten unseres Gehirns vergrößern die Oberfläche für Blutgefäße, mit denen die überschüssige Wärme, die durch all das heftige Denken erzeugt wird, abgeleitet werden kann. Sollte unser Gehirn sich zu einem noch komplexeren und größeren Organ entwickeln, müßte die Zahl seiner Faltungen exponentiell zunehmen, damit es die zusätzlich erzeugte Wärme abführen könnte. G.L. Großbritannien Antwort Viele intelligente Wirbeltiere sind sowohl mit einem großen Gehirn als auch einem stark gefurchten Gehirn ausgestattet. Obwohl Delphine und Haie ähnlich groß sind, ist das Gehirn des Delphins deshalb beträchtlich größer und stärker gefaltet als das des Hais. 222

Auch Katzen und Kaninchen sind ähnlich groß, doch die Katze als Fleischfresser führt ein komplexeres Leben, für das vermutlich größere Intelligenz erforderlich ist. Deshalb verfügt die Katze über ein gefurchtes Gehirn, das Kaninchen nicht. Auch die Größe eines Tieres ist ein bedeutender Faktor. Mäuse und Ratten zeigen zwar intelligentes Verhalten, doch ihr Gehirn weist kaum Furchen auf. Bei Elefanten und Walen dagegen sind die Gehirne sogar eher stärker gefaltet als beim Menschen. Interessanterweise ist dieses größere Volumen des zerebralen Kortex nicht notwendigerweise mit einer größeren Anzahl von kortikalen Nervenzellen verknüpft. Wie sich zeigt, sind diese bei größeren Tieren umfangreicher und in größeren Abständen angeordnet. Das liegt zum Teil daran, daß es bei den großen Wirbeltieren im Verhältnis zu den Neuronen mehr Gliazellen gibt. Deswegen muß der zere­ brale Kortex - eine glatte Struktur - sich falten, damit er die entsprechende Zahl von Neuronen enthalten kann, für die bei kleineren Tieren ein ungefalteter Kortex ausreicht. E. R. M. Kanada

Konzentration Frage Menschen, die eine schwierige Aufgabe zu lösen haben, strecken die Zunge heraus und pressen sie mit den Lippen zusammen. Warum? Läßt sich das in allen Kulturen beobachten? S. T.

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223

Antwort Sobald man sich auf etwas konzentrieren muß, meinetwegen auf ein Problem mit einem Wort, setzt man die Gehirnhälfte ein, die auch für die Verarbeitung motorischer Impulse zuständig ist. Es ist erheiternd zu sehen, wie Menschen langsamer werden, wenn sie beim Gehen an etwas Schwieriges denken. Verursacht wird dies, weil die beiden Aktivitäten einander überschneiden und bei der Weiterverarbeitung um denselben Bereich des Gehirns wetteifern. Ich nehme an, daß jemand, der sich auf die Lippen beißt oder die Zunge herausstreckt, seine motorischen Aktivitäten aufschiebt und zudem seinen Kopf ruhig hält. Das führt zu einem Minimum an Bewegung und damit auch an Überschneidungen. M.W.

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Antwort Weite Bereiche des Gehirns sind dazu da, die Zunge zu kontrollieren und die sensorischen Reize zu empfangen, die von ihr kommen. Preßt man die Zunge starr gegen die Zähne oder die Lippen, wird möglicherweise die Aktivität der entsprechenden Bereiche unterdrückt, so daß schwierige Aufgaben wie das Einfädeln eines Fadens mit weniger Überschneidungen durchgeführt werden können. B.L. Großbritannien

Ist er nicht grün? Frage Tut mir leid, aber ich muß das einfach fragen: Warum ist Nasenschleim häufig grün? Ohne Namens- und Adressenangabe

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Antwort Von allen Körperöffnungen, die mit der Außenwelt in Kontakt stehen, ist die Nase wahrscheinlich die gastlichste. Sie ist warm, sehr gut belüftet und feucht und liefert unbegrenzte Mengen von Bakteriennahrung, die von der Nasenschleimhaut ständig nachgeliefert werden (der Schleim enthält eine Menge Glykoproteine und gelöste Salze). Mit anderen Worten, die Nase ist ein idealer Nährboden für Bakterien, die immer vorhanden sind. Viele der gewöhnlich mit den Menschen in Verbindung stehenden Bakterien sind farbig: Stapkylococcus aureus zum Beispiel ist goldgelb, und Pseudomonas pyoeyanea (die neuere Bezeichnung lautet R aeruginosa) zeigt einen Hauch von Blau. Diese Bakterien und die Vielzahl der anderen Organismen, die wir ständig in die Nase einatmen, werden normalerweise durch flüssigen Schleim fortgespült, den wir verschlucken. Die Mikroorganismen werden verdaut. Wenn jedoch eine Situation eintritt, in der der Schleim langsamer fließt und dann als Antwort auf irgendeine Infektion dickflüssiger wird, können die Bakterien in dieser für sie idealen Umgebung sich vermehren und den geschilderten gefärbten Schleim hervorbringen. Dies ist, wie viele Eltern wissen, eines der weniger liebenswerten Merkmale von Säuglingen und Kleinkindern! Falls sich übrigens noch immer jemand fragt, wo die grüne Farbe herkommt, sollte er sich daran erinnern, was geschieht, wenn man Blau und Gelb mischt. L.N. Großbritannien

225

Antwort In dem obenstehenden Brief wurde die Ansicht vertreten, daß die grüne Farbe durch eine Kombination von goldgelben Staphylococcus aureus und blauen Pseudo­ monas pyocyanea verursacht wird. Diese Überzeugung hält sich ziemlich hartnäckig. Doch obwohl in der achten Auflage von Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (Williams & Wilkons, Baltimore, 1974, S. 222) Bakterien vom Typus P pyocyanea, »die man gewöhnlich aus Infektionen von Wunden, Verbrennungen und des Urogemtaltrakts isoliert«, noch immer als der auslösende Faktor des »blauen Schleims« betrachtet werden, hat die grün­ liche Farbe des Nasenschleims allgemeinere Ursachen. Der grünliche Nasenschleim wird durch eisenhaltige Myelo-Peroxidasen und andere Peroxidasen sowie Oxidasen verursacht, die von den polymorphkernigen oder neutrophilen Granulozyten (Blutzellen der Immunabwehr) eingesetzt werden. Diese kurzlebigen Freßzellen verleiben sich gierig alle Arten von Bakterien ein und inaktivieren sie mit Hilfe von Oxidationsprozessen, an denen die obengenannten eisenhaltigen Enzyme beteiligt sind. Das daraus resultierende Zersetzungsprodukt (das tote Granulozyten, verdaute Bakterien und verbrauchte Enzyme umfaßt), nämlich der Schleim, enthält beträchtliche Mengen Eisen, das für die grünliche Farbe sorgt. C. J. van O.

Mikrobiologische Abteilung der State University ofNew York und

J.O.N.

Chirurgische Abteilung des Rochester General Hospital, USA

Antwort Nasenschleim ist nicht immer grün. Der zu Beginn einer Erkältung produzierte Schleim ist durchsichtig; er entsteht als Reaktion auf die Schädigungen des Gewebes, die das eindringende Rhinovirus verursacht. Grün wird er erst, wenn nach einigen Tagen der Infektion die neutrophi­ 226

len Granulozyten reagieren und die Zellabfälle beseitigen und wenn die sekundäre bakterielle Infektion einsetzt. J.W. Großbritannien

Aua! Frage Was verursacht den Schmerz, der auftritt, wenn man eine Zahnfüllung mit einem Stück Alufolie berührt? S.O. Großbritannien

Antwort Der Fragesteller wiederholt einen berühmten Versuch, den Luigi Galvani im Jahr 1762 erstmals durchgeführt hat: Bringt man zwei verschiedene Metalle getrennt in eine leitende Flüssigkeit, so fließt zwischen ihnen ein elektrischer Strom, mit dem Nerven angeregt werden können. Genau das geschieht nämlich, wenn Alufolie mit dem Amalgam einer Zahnfüllung in Berührung kommt, denn die Folie wird durch einen Speichelfilm von der Füllung getrennt. Weil der Speichel mit seinen verschiedenen gelösten Salzen ein Elektrolyt ist, fließt zwischen dem Zahn und der Füllung ein Strom. Da die Fül­ lung nahe am Zahnnerv liegt, wird dieser stimuliert, was Schmerzen verursacht.* Galvani führte den Versuch zwar mit Froschschenkeln und Metallproben durch, doch die Wirkung war gleich sie zuckten! C.Q. Großbritannien

* Man probiere das nicht zu Hause selbst aus - mit Schokolade und dem daran übersehenen Stückchen Silberfolie etwa! - Anm. d. Ü.

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Rauhe Kehle Frage Welche körperlichen Veränderungen sind dafür verantwortlich, daß unsere Kehle trocken wird, wenn wir nervös sind? H.F. Großbritannien

Antwort Spricht man vor Publikum, wird der Mund trocken, weil der Körper durch die damit einhergehende Nervosität m einen Zustand gerät, der »Kämpfen oder Fliehen« fordert. Dies wird durch eine Aktivierung des autonomen Nervensystems ausgelöst. Man kann diesen Effekt im gesamten Tierreich beobachten, er hat sich entwickelt, um dem Tier in gefährlichen Situationen zu helfen - zum Beispiel, wenn es einem Raubtier entkommen muß. Dabei werden die Nerven selektiv aktiviert, je nachdem, wie wichtig sie für die entsprechende Reaktion sind. Da Essen in einer solchen Situation nicht als wichtig angesehen wird - man will in dem Augenblick, verdammt noch mal, nichts wie weg von dort -, werden die Nerven zum Mund, die die Speicheldrüsen steuern, gehemmt, was den Mund trocken werden läßt. Außerdem erweitern sich die Pupillen, und die Blutgefäße, die zu den Muskeln und zum Herzen führen, werden vergrößert, damit das Blut zu den wichtigsten Organen gelangen kann, die für eine mehr oder weniger heftige Reaktion erforderlich sind. M.S.

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Antwort Die Reaktion ist mit dem »Fliehen-oderKämpfen-Impuls« verknüpft. In einer angespannten oder gefährlichen Lage stellt der Körper alle unnötigen Funktionen einschließlich der des Verdauungssystems ein. Dazu gehören auch die Speicheldrüsen. Man muß die letzte Mahlzeit nicht unbedingt verdauen, wenn einen ein Löwe als seine nächste Mahlzeit ausersehen hat. Auch das Kribbeln im Bauch kommt auf diese Weise zustande. B.I.

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Pickelglück Frage Kriegt man von Süßigkeiten wirklich Pickel? A. W. Großbritannien Antwort Dies ist ein weit verbreitetes Märchen, aber ich glaube, für Eltern erfüllt es einen gewissen Zweck. Sie können ihren Kindern erzählen, daß sie Pickel bekom­ men, wenn sie Süßigkeiten essen - auch wenn es nicht wahr ist, finden Eltern es nützlich, den Mythos aufrechtzuerhalten. Pickel oder Akne werden durch eine Überempfindlichkeit der Haut gegenüber dem männlichen Hormon Testosteron verursacht. Diese sorgt für eine gesteigerte Talgproduktion der Haut sowie für ein verändertes Wachstum der Keratinozyten in den Haarfollikeln. Das kann dazu führen, daß Poren entweder an der Öffnung oder im Inneren blockiert werden. Der sich ansammelnde Talg sorgt dafür, daß ein Mikroorganismus namens Propionibacterium acnes sich vermehren kann, in der Folge Entzündungen verursacht und die roten, eitrigen Pusteln hervorbringt, die für Akne kennzeichnend sind. 229

In den USA hat man den Zusammenhang zwischen Ernährung und Akne in ausführlichen Studien untersucht. So ließ man eine Gruppe von Patienten große Mengen Schokolade, eine zweite Gruppe süße Nahrungsmittel verzehren, während eine dritte diese Art Nahrung voll­ ständig meiden mußte. Dann zählte man die Pickel, die sich bei den einzelnen Teilnehmern gebildet hatten. Man fand keine signifikanten Hinweise, daß Süßigkeiten, Schokolade, fritierte oder fettige Nahrung einen Einfluß auf die Entwicklung von Akne hatten. Wie bei jeder medizinischen Aussage gibt es immer Ausnahmen von der Regel. Ich habe sicher Patienten, die mir erzählen, daß sie sofort einen neuen Pickel bekommen, wenn sie Süßigkeiten auch nur ansehen. Solche Angaben nehmen wir natürlich ernst, und wir empfehlen den Patienten, Süßigkeiten zu meiden. Bei 95 Prozent der Menschen, die an Akne leiden, steht jedoch fest, daß die Ernährung keinerlei Rolle spielt. K.C.

Dermatologische Abteilung des Imperial College, London

Was knackt denn da?

Frage Was verursacht das Geräusch, wenn man die Fingerknöchel oder ein anderes Gelenk knacken läßt? M.B.

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Antwort Bewegt oder streckt man ein Gelenk, ist häufig ein Knacken zu hören. Wenn der Druck der Synovialflüssigkeit in der Gelenkhöhle verringert wird, kann sich eine Gasblase bilden und das entsprechende Geräusch hervor­ 230

bringen. Dieses kann auch entstehen, wenn die Gelenkflächen voneinander getrennt werden, weil das die Vakuumabdichtung des Gelenks lockert. Während einer Chirotherapie treten gelegentlich solche Geräusche auf, doch das sagt nichts darüber aus, ob die Behandlung gewirkt hat; bleiben sie aus, beweist das ebensowenig, daß sie versagt hat. Ein Erfolg bemißt sich allein danach, ob der Bewegungsspielraum und die Beweglichkeit des Gelenks gebessert wurden. W.P.

The British School of Osteopathy (Britische Chiropraktikerschule),

Großbritannien

Antwort In allen Weichteilen des Körpers einschließlich der Gelenkkapseln ist gelöster Stickstoff enthalten. Bildet sich im Gelenkzwischenraum ein Vakuum, weil an den Knochen gezogen wird (zum Beispiel durch starkes Biegen der Finger), tritt der Stickstoff plötzlich aus der Lösung aus und füllt den Gelenkzwischenraum mit einem schwachen Knall. Bei Röntgenaufnahmen der Brust kleiner Kinder, die an den Armen festgehalten werden, erkennen Radiologen zwischen den Knorpeln der Schultergelenke häufig eine sichelförmige Gasansammlung. Sie tritt auf, weil wegen der an den Armen ziehenden Kraft Stickstoff in den Gelenkzwischenraum austritt. Auch an den Hüften kann man das oft beobachten. Im Hüftgelenk eines Säuglings, der wegen einer mög­ lichen angeborenen Fehlstellung des Hüftgelenks mit Ultraschall untersucht wird, erscheinen manchmal kleine, höchst bewegliche Blasen. In der Regel treten sie auf, wenn das Kind sich wehrt und festgehalten werden muß. Nach kurzer Zeit, wenn der Stickstoff wieder in Lösung geht, verschwinden die Blasen. 231

Würde man Finger, deren Gelenke gerade geknackt haben, sofort im Röntgenbild betrachten, könnte man zwischen den Enden der Knochen möglicherweise eine schmale helle Zone erkennen, die von Tausenden winziger, undurchdringlicher Bläschen herrührt. T.L. Australien

Wein zu Wasser Frage Egal, welche Farbe ein Getränk vor dem Konsum gehabt haben mag - sobald die Flüssigkeit den Körper wieder verläßt, ist die Farbe verschwunden. Was geschieht damit? P.B. Großbritannien Antwort Die Flüssigkeit, die den Körper verläßt, hat von ihrer chemischen Zusammensetzung her fast nichts mit der Flüssigkeit zu tun, die man zu sich genommen hat. Jede Substanz, ob fest oder flüssig, die durch die Speise­ röhre abwärtswandert, muß den Verdauungstrakt passieren. Falls sie nicht vom Körper absorbiert wird, wird sie schließlich zum Bestandteil der Exkremente. Urin wird dagegen von den Nieren produziert. Sie verarbeiten dabei Stoffwechselabfälle der Körpergewebe, die vom Blutstrom herangeschafft werden. Jede farbige Verbindung, die man trinkt, reagiert entweder biochemisch mit den Körperorganen, oder sie tut es nicht. Wenn sie reagiert, wird ihre Farbe bei diesem Vorgang (wie bei jeder chemischen Reaktion, an der sie teil­ nimmt) wahrscheinlich verändert oder zerstört werden. Reagiert die Verbindung dagegen nicht, wird das Verdau­ 232

ungssystem in der Regel nicht geneigt sein, sie zu absorbieren, so daß sie mit dem Stuhl ausgeschieden wird, der, wie der Leser sicherlich bemerkt haben wird, beträchtlich mehr Farbvariationen zeigt als der Urin. S.G. USA Antwort Die farbigen Substanzen in Nahrungsmitteln und Getränken sind gewöhnlich organische Verbindungen, die der Stoffwechsel des Körpers in erstaunlichem Ausmaß verarbeiten kann. Dabei wandelt er sie in farbloses Kohlendioxid, Wasser und Harnstoff um. Der härtesten Sachen nimmt sich oft die Leber an, die eine richtige Abfallverbrennungsanlage ist. Wenn es jedoch in sehr seltenen Fällen vorkommt, daß mehr gefärbte Substanzen aufgenommen werden, als der Körper schnell abbauen kann, ist die Farbe nicht notwendigerweise verschwunden, wenn die Flüssigkeit den Körper verläßt. Jeder, der einmal sehr viel Borschtsch (eine in Rußland beliebte Suppe aus Roten Rüben) gegessen hat, kennt die entsprechenden Folgen. H.S. Schweden

Register

Akne

und Süßigkeiten 229

Albumin

in Eiern 163

Alufolie

Wirkung auf Zahnfüllungen

227

Ameisen in der Mikrowelle 145

Anderson, Laurie 57

Antennen

Konstruktionspnnzip 123

Position im Raum 132

Apfelsorten

Bestäubung 15

Aufs chlag-Fehleranzeige

189

Baguettes 173

Bakterien

im Nasenschleim 225

und Schuhpflege 176

Bälle

mit Effet 67

Ballon

Ähnlichkeit zum Flug von

Mücken 54

Verhalten im Auto 66

Ballons

Aufblasen 59

Batterien

Lebensdauer im Kühlschrank

181

Betford, David 83

Bernoulli-Gesetz Flugbahn von Bällen 68

Bevölkerungszahlen

Zahl der Lebenden im Ver­ gleich zur Zahl der Toten 57

Bier Verhalten im All 211

Biosphäre 12

Biraben, J.-N. 57

Biskuits

Schokoladenfüllung 171

warum sie hart werden 174

Blasenkeime

in Flüssigkeiten in der Mikro-

welle 132

Bleichmittel

zur Fleckentfernung 172

Bumerang

Aerodynamik 51

CDs Fluoreszenzeffekt 56

Chlorella-Algen 14

Coanda-Effekt 201, 202, 203

Coriolis-Effekt 95

Druck

in Ballons 60

235

Durchsichtigkeit von Lebewesen 28 Ei in der Flasche 158 Kochzeit 163 Eier Form 26 Kochen ohne Schalenbruch 157 Eierschale Zusammensetzung 159 Eileiter 27 Endgeschwindigkeit beim Fallschirmspringen 113 Endosperm im Maiskorn 34 Essig Verwendung beim Eierkochen 157 zur Härtung von Kampfkastanien 16 Fallschirm Ballspielen am F. 113 Konstruktion 195 Farben auf getemperten Metall ­ flächen 91 der Ozeane 104 von Hausstaub 161 Feuchtigkeit in Gebäck 174 Fleisch Farbe 37, 49 Opaleszenz 49 Flugzeugfenster Anordnung 137

236

Frisbee 193 Frischhaltefolie Haftverhalten 191 Frühstücksmüsh Verhalten in Milch 79 Galvani, Luigi 227 Gehirn und Zungcnkontrolle 224 Zweck der Furchen und Windungen 221 Gelenk warum es knackt 230 Grapefruit Schälen 159 Grenzschichtablösung 68 Gyroskop-Effekt beim Bumcrang 51

Frisbeeflug 194

Hähne warum sie krähen 21 Harnsäure in Vogelkot 30 Harnstoff Farbe ausgeschiedener Flüssigkeiten 233 Heinlein, Robert 130, 131 Helium Diffusion aus Ballons 106 und Stimmfrequenz 82 Heliumballon für Raketenstarts 131 schneller Druckverlust 106 Hochspringen in abstürzenden Liftkabinen 111 Hummelflug 11

Interferenzmuster von Radioweüen 132 James-Bond-Filme Schalldämpfer für die Bösen 185 Käfer Lagekorrektur 22 Kämpfen oder Fliehen 228 Kampfkastanien australische Variante 19 Härtung 16 Spielregeln 19 Käse der Faden zieht 177 Kehle Trockenheit bei Nervosität 228 Kerze Versuch zum Sauerstoffverbrauch 101 Kerzenflamme Verhalten auf Drehteller 65 Knitterfalten Beseitigung durch Bügeln 170 Kohlendioxid in luftdichten Räumen 12 Krakatau Geräusch beim Ausbruch 108 Kreditkarten Reiben der Magnetstreifen 141 Leclanchc-Zellen 181 Licht Brechung bzw. Streuung 204

Durchlässigkeit von Materia­ lien 203 Lichtbrechung Auswirkung auf die Farbe der Ozeane 105 Liftkabine Überleben im Falle eines Ab­ sturzes 110 Luftdruck bei der Windentstehung 96 in der Umgebung bewegter Fahrzeuge 116 Magnus-Robins-Effekt 68, 71 Mahabharata-Epos 58 Mais Eigenschaften verschiedener Sorten 34 Makadam-Nuß wie man sie knackt 184 Maxim, Hiram P. 187 McEnroeJohn 190 Meeressäuger Wasseraufnahme 41 Mercator-Projektion 149 Mikrogravitation »Schwerelosigkeit« 211, 212, 213 Mikrowelle explosionsartiges Überkochen 138 Verhalten von Ameisen 145 Milchkarton Eingießverhalten 201 Monate wärmste und kälteste 90 Mücken

237

Flugverhalten im Wolkenbruch 53 Muskeln 38 Myoglobin in Muskeln 37 Nachlauf von Rädern 140 Nasenschleim Farbe 224 Natronlauge zum Schälen von Grapefruits 161 Newton, Isaac Newtons Gesetz bei rotieren­ den Kerzen 65 und Flugbahn eines Balles 72 Oberflächenaktive Stoffe Schaumbildung 206 Oberflächenspannung bei Milchkartons 201 in der Mikrogravitation 211 Wirkung auf Frühstücksflocken 79 Olympische Flamme Brennstoff 197 Otis, Elisha Sicherheitsbremse im Lift 110 Papier bevorzugte Richtung beim Reißen 93 Wiederverwertung 83 Paprika Gaszusammensetzung im Hohlraum 32

238

Paranüsse wie man sie knackt 182 Photosynthese in luftdicht abgeschlossenem Raum 13 in Paprikaschoten 33 Pickel durch Konsum von Süßigkeiten 229 Planeten Auswirkung auf den Schleudereffekt 47 Polyethylen Geräusche 94 Poröse Materialien Farbänderung bei Nässe 216 Propeller Zahl der Blätter 126 Quecksilber und Flugzeugaluminium 87 Radfahrer Zeitnahme bei Rennen 143 Radiergummi Funktionsweise 196 Radiowellen in Tunnelbauten 148 Schwund bei Bewegung im Raum 132 Raketen Start 128 Rayleigh-Benard-Konvektion 164 Reibungskraft Rückstellung des Lenkrades 140 Rückenflug 153

Salz

Zusammensetzung von Meer-

wasser 208

Sauerstoff

in luftdichten Räumen 12

Verbrauch im umgedrehten

Glas 101

Schalldämpfer 185

Schaum

auf Wasserflächen 206

Schinken (und Speck)

grünes Schillern 49

Schockwellen

beim Flug des Space Shuttle

46

Schuppen

Entfernung mit Shampoos

192

Schwimmer

Geschwindigkeit unter Was­ ser 210

Schwimmweltrekorde

Dichte des Wassers 209

Sedimente

Unterschiede an Stränden 76

Seile

Festigkeit 61

Sog

bei fahrenden Autos 115

bei Frisbee-Scheiben 193

Speiseöl

Muster beim Erhitzen 164

Statische Elektrizität

bei Magnetkarten 142

von Haushaltsfolien 192

Stehende Wellen

in der Mikrowelle 146

Stomata (Spaltöffnungen)

bei Paprikaschoten 32

Strände

Kieselgröße 76

Temperaturgefälle in siedendem Öl 167

Temperaturinversion 110

Textilfasern

Farbänderung beim Bügeln 169

Thermische Verzögerung

Auswirkung auf die Jahres-

zeiten 90

Tour de France

Zeitnahme 143

Tragfläche

beim Bumerang 51

beim Start eines Flugzeugs

128

im Rückenflug 152

Tragflügel

von Hummeln 11

Turbulenzen

im Flug eines Balles 69

im Wind 86

Überschallknall

im Fiug des Space Shuttle 45

von Peitschen 55

Umtaufbahnen

von Raumfahrzeugen und Sa-

telliten 150

Ventilatoren

Zahl der Blätter 126

Vögel

Farbe der Ausscheidungen 30

Verhalten im Sturm 39

239

Wabenmuster

in siedendem Öl 165

Wellen

Entstehung auf See 213

Windschatten

bei Autos 115

bei Fahrrädern 144

bei Radfahrern 119

Windsee 214

Wolken 75

Yagi-Uda-Antenne 123 Zentripetalkraft 65

Zucker

in Mais 35

Zunge

warum man sie herausstreckt 223