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Konkav gewölbte Glasfassaden von Großbauten können bei ungünstiger Orientierung zur Sonne zum Brennspiegel werden. Unfreiwillig berühmt gewordene Beispiele sind das Vdara-Hotel in Las Vegas und das “Walkie-Talkie”-Hochhaus in London. Dieser Effekt tritt auch nur an bestimmten Tagen bei passendem Sonnenstand auf. Da die Fassaden keine perfekten Parabolspiegel sind, produzieren sie keinen scharfen Brennpunkt, sondern aufgeweitete Brennflecke, sogenannte Kaustiken. Trotzdem können dort hohe Bestrahlungsstärken auftreten. Simulationen und Experimente mit Modellen bestätigen dies.
In den letzten Jahren gab es einen wahren Boom von Neugründungen so genannter Science Center. Sie sollen die Naturwissenschaften insbesondere die Physik für einen breiten Personenkreis erfahr- und lernbar machen. In loser Folge werden wir einige dieser Center im deutschsprachigen Raum vorstellen. Der vorliegende einführende Beitrag gibt eine kurze Übersicht über Konzepte, Anliegen und Trends dieser Einrichtungen.
Abstract
So far experiments with artificial halos from single transparent crystals have suffered from the lack of apparatus that allows simultaneous rotation around two and three axes. A new setup is presented which overcomes these restrictions by combining electrical as well as pneumatic concepts. This enables reproducible experiments of the most common halos observed in nature and for the first time artificial ring halos from single hexagons rotating around three axes simultaneously. In addition, an old qualitative halo demonstration based on perceived colors of rotating colored areas whose contours represent scattering plots has been reinvestigated and the usually nonsaturated color of artificial parhelia was visualized using a crossed prism method. These new experiments are discussed in the context of all known artificial halo experiments.
© 2014 Optical Society of America
Asymmetrische Polarlichter
(2009)
Mit kommerziellen Infrarotkameras lassen sich bereits seit einigen Jahren erfolgreich ausgewählte Gase qualitativ nachweisen. Voraussetzung ist ein thermischer Kontrast des Gases zum Hintergrund. Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass auch CO2 ohne Probleme nachweisbar ist. Im Labor können bei Hintergrundtemperaturen von nur 35 °C minimale Gasvolumenströme von 1ml/min, entsprechend 0,5 m3/Jahr, detektiert werden, was Anwendungen beispielsweise im Bereich der CCS-Technologie möglich erscheinen lässt.
This article forms the second of two papers on the subject of microwave cookers. In the first paper Michael Vollmer describes the physics behind the production of microwaves in the magnetron of the oven, the waveguide and the interaction between the microwaves and the food. This article looks at the physics of cooking, and how the appliance and the food industries have developed products which are now part of many of our students' lifestyles. We include many interesting demonstrations that illustrate this history and which could be used to teach many principles of physics.
Water can exhibit many different colors due to a variety of physical properties. Here, we focus on some observable colors within very pure freshwater. We only treat the absorption of light due to electronic and ro-vibrational excitations and scattering due to refractive index fluctuations of the water and the respective consequences for the appearance of colors.
Bouncing Poppers
(2015)
Abstract
Toys are known to attract interest in physics and they are therefore often used in physics teaching of various topics. The present paper deals with a simple toy, the so-called “hopper popper,” which, similar to superballs, can be used when teaching mechanics. We suggest some experiments and describe the basic physics of this toy, also providing background information for teachers.
The content of a student lab course is described which deals with characterization of the most important parameters governing the performance of infrared cameras. In detail, the parameters describing the temperature resolution, spatial resolution and time resolution of commercial IR cameras are analysed using simple lab experiments. Understanding the respective performance of the system is the prerequisite for applying infrared thermal imaging to quantitative measurements in physics and technology.
Gasdetektion mit Infrarotkameras ist eine relativ neue Anwendung. Aufgrund der industriellen Bedeutung einiger Gase wurden sensitive Kameras mit Schmalbandfiltern entwickelt. Heute gibt es kommerzielle Systeme für die Detektion flüchtiger Kohlenwasserstoffe, Schwefelhexafluorid und Kohlenmonoxid. In dieser Arbeit werden Laborergebnisse der Detektion von CO2 vorgestellt und potenzielle Anwendungen diskutiert.
A geometric model for the optical air mass of the atmosphere is developed. Using the model, simple formulae are derived for the optical thickness of light passing through (1) a molecular atmosphere, (2) an atmosphere with uniformly distributed tropospheric aerosols and (3) atmospheres with elevated aerosol layers. The formulae are used to model the spectra and perceived colours of the Sun and Moon.
abstract
Nature provides many beautiful optical phenomena that can be used to teach optical principles. Here we describe an interdisciplinary education project based on a simple computer model of the colors observed in the famous thermal pools of Yellowstone National Park in the northwestern United States. The primary wavelength-dependent parameters that determine the widely varying pool colors are the reflectance of the rocks or the microbial mats growing on the rocks beneath the water (the microbial mat color depends on water temperature) and optical absorption and scattering in the water. This paper introduces a teaching module based on a one-dimensional computer model that starts with measured reflectance spectra of the microbial mats and modifies the spectra with depth-dependent absorption and scattering in the water. This module is designed to be incorporated into a graduate course on remote sensing systems, in a section covering the propagation of light through air and water, although it could be adapted to a general university optics course. The module presents the basic 1-D radiative transfer equation relevant to this problem, and allows them to build their own simple model. Students can then simulate the colors that would be observed for different variations of the microbial mat reflectance spectrum, skylight spectrum, and water depth. © (2015) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Downloading of the abstract is permitted for personal use only.
Abstract
The brilliant visible colors of various hot springs and pools in Yellowstone National Park are explained with a combination of scattering from the water and from microbial mats that coat the bottoms of these thermal features. A simple 1D radiative transfer model was used to simulate the colors recorded in visible photographs and the spectrum of light making up these colors. The model includes attenuation in water by absorption and molecular scattering as well as reflection characteristics of the microbial mats and surface reflection of the water. Pool geometries are simulated as simple rough cones scaled to have depths and widths that match published data. Thermal images are also used to record the spatial distribution of water skin temperature. The measurements and simulations confirm that colors observed from shallow-water features arise primarily from the spectral properties of the microbial mat, which is related to the water temperature, while colors observed from deeper water arise primarily from the wavelength-dependent absorption and scattering in the water.
Coole Experimente
(2001)
Experimente mit flüssigem Stickstoff kommen in der Lehre - vor allem an Hochschulen - bislang zu kurz. Dabei gibt es schöne Versuche aus nahezu allen Bereichen der Physik, die in Lehrveranstaltungen relativ einfach vorgeführt werden können. Wir stellen hier einige Experimente vor, die eindrucksvoll demonstrieren,wie sich physikalische Eigenschaften bei tiefen Temperaturen ändern.
Coronas and glories
(2005)
Model simulations of laboratory-generated and natural crepuscular rays are presented. Rays are created in the laboratory with parallel light beams that pass through artificial fogs and milk–water solutions. Light scattered by 90° in a dilute mixture of whole milk first increases in intensity with distance from the source to a maximum as a result of multiple scattering by mainly small angles before decreasing exponentially due to extinction as distance continues to increase. Crepuscular rays are simulated for three cloud configurations. In case 1, the Sun at the zenith is blocked by a cloud with an overhanging anvil. The rays appear white against blue sky and are brightest when atmospheric turbidity, β≈11 . Shading by the anvil separates maximum brightness from apparent cloud edge. In case 2, a ray passes through a rectangular gap in a cloud layer. The ray is faint blue in a molecular atmosphere but turns pale yellow as β and solar zenith angle, ϕsun , increase. At ϕsun=60° it appears most striking when the cloud is optically thick, β≈5 , and the beam width Δx≈1000 m . In these cases, increasing aerosol radius, raer , to about 1000 nm brightens, narrows, and shortens rays. In case 3, the twilight Sun is shaded by a towering cloud or mountain. The shaded rays are deeper blue than the sunlit sky because the light originates higher in the atmosphere, where short waves have suffered less depletion from scattering. The long optical path taken by sunlight at twilight makes color and lighting contrasts of the rays greatest when the air is quite clean, i.e., for β−1≪1 . In all cases, the brightest rays occur when sunlight passes through an optical thickness of atmosphere, τ≈O(1) .
© 2011 Optical Society of America
Regenbögen, Halos, Koronen, Himmelsfarben – es gibt eine Vielzahl farbenprächtiger Phänomene in der Natur, verursacht durch Reflexion, Brechung oder allgemein gesprochen durch Streuung des Lichts an Wassertropfen, Eiskristallen oder Aerosolen. Das farbige Glitzern einer Schneeschicht scheint zunächst anderer Natur zu sein, lässt sich aber auf analoge Weise erklären.
Das ist ein seltsam wunderbares Zeichen! Ein Streifzug durch die Kulturgeschichte des Regenbogens
(2000)
Superbälle sind nicht nur für Kinder ein Riesenspaß, auch “ausgewachsene” Physiker können sich für dieses, auch Flummi genannte, Spielzeug begeistern. Sie springen deutlich höher von einer Unterlage wieder weg als andere Bälle, und bei schrägem Wurf ändern sich bei den Kollisionen mit der Unterlage Betrag und Orientierung der Eigendrehung. Die sehr eigentümliche Kinematik lässt sich mit Hochgeschwindigkeitskameras gut untersuchen.
Rohe Eier sind, zwischen Daumen und Zeigefinger gehalten, sehr stabil. Das gilt auch für kugelförmige Christbaumkugeln. Mit solchen Feiertagsutensilien lassen sich interessante physikalische Experimente zur Inkompressibilität von Flüssigkeiten anstellen – und mit Hochgeschwindigkeitskameras studieren.
Der Trick mit der Tischdecke
(2015)
Abstract
Eine Tischdecke unter einem Service feinsten Porzellans wegzuziehen ohne dass etwas vom Tisch fällt und zerbricht ist sicher eine Herausforderung. Aber viele Vorführungen, auch in Experimentalphysik-Vorlesungen beweisen: es funktioniert. Hochgeschwindigkeits-Videos können diesen heiklen Experimenten physikalische Details entlocken.
Die Gurke leuchtet komplex
(2015)
Abstract
Das Experiment, bei dem eine Essiggurke elektrisch stimuliert leuchtet, gehört zum Standardrepertoire vieler Schulen und Hochschulen. Meist wird es zur Elektrizitätslehre oder zur Atomphysik vorgeführt, inklusive vordergründig einleuchtender Erklärung. Eine genauere Untersuchung zeigt jedoch, dass der Mechanismus komplexer als gedacht ist. Die Lichtemission entsteht in einem Zusammenspiel von Elektrolyse und hohen Elektrodentemperaturen. Dabei regen wahrscheinlich vor allem exotherme Wasserstoff- oder Knallgasreaktionen das Natriumlicht an.