Hier geht es um die aktive Beschäftigung mit Themen aus Naturwissenschaft und Technik.
Der Fokus liegt auf anschaulichen Fragestellungen, die auch für interessierte Nicht-Fachleute nachvollziehbar sind. Schwerpunkt Physik.
Die klar umrissenen Themen werden in Form von Frage & Antwort präsentiert. Auch Forscher stellen in geplanten Experimenten gezielte Fragen an die Natur.
Bei der Lösung hilft Ihnen eine Auswahl vorgegebener Alternativen. Die Beantwortung mittles Auswahlmöglichkeiten ist nicht dem Quiz-Zeitgeist geschuldet. Der Weg über das Ausschließen nicht zutreffender Aussagen ist durchaus sinnvoll und senkt die Hemmschwelle, sich auch mit kniffligen Fragen zu befassen, nach dem Motto: „Probieren kann ich’s ja mal!“ Außerdem bieten Alternativantworten die Chance, einen Kick Spaß & Spiel einzubringen. Sehen Sie selbst!

Frage 1

1. Die junge Frau jobbt in ihren Ferien im Lagerhaus und hat 100 l-Fässer auf eine 1m hohe Ladeplattform für LKWs zu hieven. Die Fässer sind aus leichtem Holz, so dass zum Gesamtgewicht nur der Inhalt von 100 kg zählt. Damit sie das überhaupt schafft, nutzt sie eine 2 m lange Rampe. Mit etwa welcher Kraft muss sie die Fässer die Rampe hinauf rollen?

• a) 100 N (Newton)
• b) 500 N
• c) 1000 N
• d) 2000 N
• e) geht aus den Angaben nicht hervor
• Die Antwort ist: b) ca. 500 N.
  Zum Heben der 100 kg-Fässer auf die 1 m höhere Ladeplattform ist die Hubarbeit von ca. 1000 N ^. 1 m = 1000 Nm erforderlich. Genau genommen übt die Erdanziehung auf eine Masse von 100 kg die Gewichtskraft 100 kg ^. 9,81 m/s² = 981 N aus. Die tatsächliche Hubarbeit ist also etwas geringer. Durch beliebige Hebemaschinen wie der Rampe oder auch Hebel und Flaschenzug wird der Betrag der Hubarbeit nicht geändert. Solche Maschinen erleichtern es jedoch, die Arbeit zu verrichten, indem sie die aufzuwendende Kraft verringern. Diese wird nämlich im gleichen Verhältnis kleiner wie die Strecke entlang der die Kraft wirkt größer wird. Dies besagt die sogenannte Goldene Regel der Mechanik. Der Weg über die Rampe ist 2-Mal so weit wie beim direkten Hochheben auf die 1 m hohe Plattform. Dafür ist aber nur die halbe Kraft erforderlich: 500 Nm. Insgesamt wir auch so die notwendige Hubarbeit geleistet: 500 N ^. 2 m = 1000 Nm.
  Im Buch findet sich noch eine andere, eher geometrische Betrachtung, die das gleiche Resultat liefert.
  Viel Spaß beim Grübeln!

Frage 2

2. Mia wartet unter einer der Laternen, die vor ihrem Haus im Abstand von 20 Metern stehen, darauf, dass sie von ihrer Freundin abgeholt wird. Es dauert und sie schlendert herum. Welches Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm führt sie am weitesten weg von ihrer Ausgangsposition.

• a)
• b)
• c)
• d)
• Die Antwort lautet: d) Nach den v(t)-Diagrammen a) bis c) schlendert Mia nur um die erste Laterne herum, bewegt sich aber nie wirklich von ihr weg. Der Ablauf nach d) führt sie bis zur nächsten Laterne in 20 m Entfernung. Nun wartet sie dort, in der Hoffnung, dass ihre Abholerin schneller kommt. Dieses „random walk“-Problem steht beispielhaft für die statistische Auffassung vieler Fragestellungen der modernen Physik. Mehr darüber im Buch.

Frage 3

3. Eine Frage befasst sich mit dem Gesetz von Boyle-Mariotte, das für eine bestimmte konstante Temperatur einen einfachen, umgekehrt proportionalen Zusammenhang zwischen Volumen und Druck angibt. Im Folgenden soll nun die Temperatur variiert werden. Im dargestellten Experiment wird eine abgeschlossene Gasmenge unter konstantem Druck erhitzt. Das Gas dehnt sich bei Erwärmung praktisch ohne Druckänderung aus, angezeigt durch die Verschiebung des Flüssigkeitstropfens im horizontalen Rohrstück. Wie ist das Temperaturverhalten der Gase bei konstantem (Normal-) Druck:

• a) Je größer das Gewicht der Gastome bzw. –moleküle, desto stärker dehnen sie sich bei Erwärmung aus.
• b) Alle Gase zeigen die, auf ihr Volumen bei 0 °C bezogen, gleiche prozentuale Volumenänderung pro Grad Temperaturerhöhung.
• c) Wegen der größeren Abstände einzelner Gasmoleküle haben die Gasteilchen genug Platz, sich auszudehnen. Es gibt keine spürbare Gesamtausdehnung bei Temperaturerhöhung.
• Die Antwort lautet b) Bei Gasen gibt es eine Besonderheit: Die Volumenänderung bei Erwärmung (bzw. Abkühlung) hängt nicht von der Art des Gases ab. Vorausgesetzt der Druck bleibt konstant, d.h. das Gas kann sich frei ausbreiten, dehnen sich verschiedene Gase bei gleicher Ausgangstemperatur und bestimmter Temperaturerhöhung gleich stark aus. Folglich gibt es keinen spezifischen Ausdehnungs-Koeffizienten wie bei festen Körpern oder Flüssigkeiten, sondern den für alle Gase gültigen Wert: Gamma₀ = 1/273 1/K . Mit diesem und anderen erstaunlichen physikalischen Phänomenen rund um Gase befassen sich mehrere Kapitel im Buch.