Viele Schüler scheuen sich vor Naturkunde, einfach weil sie zwei der am meisten gefürchteten Schulfächer miteinander verheiratet: Mathematik und Physik.

Aber, wie in jeder Ehe, gibt es sowohl einfachere als auch schwierigere Zeiten. Und wie jeder weiß, der eine funktionierende Beziehung führt, macht der Blick auf die heiteren Momente es oftmals einfacher, die schwierigen Zeiten zu überstehen. Was ist Physik denn aber nun genau?

Superprof präsentiert dir jetzt tolle, coole, lustige, hübsche und schicke Fakten über die Physik; Aspekte dieser sehr ernsten Wissenschaft, die sie für viele so anziehend machen und dir einen Einstieg in das Thema bieten können.

Am Ende dieses Artikels wirst du hoffentlich angebissen haben!

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Interessante Physik-Fakten über dein Handy

Das Display deines Smartphones ist angewandte Plasmaphysik!
Das Display deines Smartphones ist angewandte Plasmaphysik! Quelle: Unsplash

Heutzutage muss man kein Raketeningenieur sein oder einen Abschluss in Astrophysik haben, um so ein High-Tech-Gerät wie ein Smartphone zu bedienen, obwohl in deren Konzept und Funktion ein großer Anteil an Physik steckt.

Hast du dich jemals gefragt, wie eine Berührung des Displays deines Handys Dinge in Gang setzen kann?

Zunächst ein wenig Hintergrundwissen.

Menschen sind elektrische Wesen: überall in unseren Körpern gibt es positive und negative Ladungen, die über unser Nervensystem Nachrichten aussenden, unseren Herzschlag regulieren und selbst einzelne Zellen schützen.

Diese negativ oder positiv aufgeladenen Ionen sind besonders spürbar, wenn wir jemanden mit einer entgegengesetzten elektrischen Ladung berühren und ganz besonders im Winter.

Statische Elektrizität ist ein elektrischer Ladungsaufbau, der darauf wartet, sich entladen zu können – im Unterschied zum elektrischen Strom, der aus Steckdosen in die Geräte fließt, die ihn benötigen.

Reibung, wie sie entsteht, wenn man in Socken über einen Teppich läuft, ruft eine Aufladung von Elektronen hervor, die sich entladen, wenn du etwas mit einer entgegengesetzten Ladung berührst wie etwa eine Türklinke.

Elektrische Aktivität in unseren Gehirnen kann mit einem EEG gemessen werden – einem Elektroenzephalographen, der seltsamerweise nach denselben Grundprinzipien funktioniert wie die Displays unserer Smartphones!

EEG und Smartphone funktionieren beide dank des Ionenstroms.

Die Elektronen in deinen Fingerspitzen stoßen die gleichgeladenen Elektronen im Display deines Telefons ab und bewirken so, dass der elektrische Stromkreis geöffnet wird und ein vorprogrammierter Sensor die Aktion ausführt, die in die Software des Telefons einprogrammiert ist.

Deshalb kannst du ein übliches Smartphone nicht mit deinem Fingernagel oder Bleistiftgummi bedienen; diese besitzen nicht die erforderliche elektrische Ladung!

Du kannst dein Lieblingsvideo auch nicht mit Handschuhen aufrufen, es sei denn, du besitzt jene speziellen Handschuhe, die die Ionenleitung durch den Stoff erlauben.

Ein anderer hübscher physikalischer Sachverhalt in Bezug auf Handys: Sie nutzen Einsteins Spezielle Relativitätstheorie.

Die GPS-Navigation hängt von denselben Faktoren ab, die die äußerst elegante Formel unseres bekanntesten theoretischen Physikers umschreiben: Energie, Masse und Geschwindigkeit (Zeit).

Ohne dass du es merkst, steht dein Handy unter permanenter Überwachung von mindestens vier präzise kalibrierten Satelliten, die den Abstand messen, den du zwischen genau zeitlich festgelegten Impulsen zurückgelegt hast, und übertragen deine Positionierung auf bekannte Karten.

Du kannst die Standortdienste deines Handys ausschalten, deine Positionsdaten werden unabhängig davon weitergeleitet.

Die Sammlung dieser Daten ist einer der Gründe, warum Google gerade jetzt in solchen Schwierigkeiten steckt.

So sind also einige grundlegende Konzepte der Physik fester Bestandteil unseres Alltags, es gibt noch weitere, von denen du möglicherweise schon mal gehört hast.

Physik betrifft alle Bereiche unseres Lebens.
Physik betrifft alle Bereiche unseres Lebens. (Quelle: Unsplash)

Coole Physik-Fakten über das Wasser

Es geht wie gesagt um Wasser, und wir werden direkt in diesen lebenserhaltenden Stoff eintauchen, um uns mit Oberflächenspannung und Lichtbrechung zu beschäftigen.

Doch zunächst eine Frage: Wer mag denn kein erfrischendes Gelatine-Dessert?

Vielleicht nicht gerade jetzt, wenn die kalten Winde wehen und Winterstürme drohen ... Lasst uns zurückdenken an den Sommer, als die Hitze unerträglich war ...

Welcher Liebhaber von Gelatine-Desserts hat noch nicht mit dem Löffel auf die Leckerei gedrückt, um zu sehen wie sie wackelt, aber nicht nachgibt?

Dieses Phänomen nennt man Oberflächenspannung: Wenn die äußere Oberfläche eines Körpers wie eine elastische Membran funktioniert.

Das Konzept der Oberflächenspannung ist zu unterscheiden von der Flotation, die impliziert, dass das Objekt, das auf der Substanz schwimmt, leichter ist als die Substanz selbst.

Holz ist zum Beispiel viel weniger dicht als Wasser, was es ihm erlaubt zu schwimmen. Wenn jedoch ein Ast, der im Wasser schwimmt, genug Wasser aufgenommen hat, wird er schwerer und sinkt schließlich.

Gelatine hat eine relativ hohe Oberflächenspannung, das bedeutet, dass du dich in deine Süßspeise hineingraben musst, statt nur über seine Oberfläche zu streichen, wie du es mit Eiskrem machen könntest.

Wasser hat die erstaunliche Eigenschaft, dass, obwohl sie einen zusammenhängenden Körper bilden, jedes einzelne Wassermolekül eine Oberflächenspannung besitzt!

Das ist der Grund, warum das Bild verzerrt ist, wenn du durch ein Glas voll Wasser blickst, und zwar stärker noch als wenn du nur durch das Glas selbst blickst.

Das hat damit zu tun, dass das Wasser das Licht verlangsamt: Zu dem Zeitpunkt, an dem es dein Auge erreicht, erhältst du nicht das ganze Bild.

Wenn Licht durch Wasser geht, bewegen sich seine Protonen nur mit ¾ ihrer Geschwindigkeit.

Das heißt nicht, dass die klassische Physik sich irrt: Licht ist schnell unterwegs ... im Vakuum.

Wenn du den Großen Hadronen-Speicherring mit Wasser füllen und einen Lichtstrahl hindurchschicken würdest, wäre er viel langsamer unterwegs.

Lass uns jetzt über einen Wasserkörper sprechen, der nicht mehr Oberflächenspannung hat als irgendein anderer und doch dichter ist als jeder andere auf der Erde.

Der Salzgehalt des Toten Meeres ist so hoch, dass die Salzkristalle, obwohl man sie nicht im Wasser herumschwimmen sieht, den Wasserkörper so verdichten, dass ein durchschnittlicher Mensch darin nicht untergeht!

Das wirft die Frage auf: Warum sinken Ertrunkene zunächst zum Grund und steigen dann wieder zur Oberfläche auf?

Die Ursache des Ertrinkens ist das Wasser, das in die Lunge gelangt und den Körper schwerer als das umgebende Wasser macht. Wenn der Körper sich dann zersetzt, füllt er sich mit Gas, das ihn wiederum leichter als Wasser macht.

Was für eine grauenhafte Vorstellung!

Ein letztes, sehr bekanntes Beispiel dafür, wie Wasser half, die Erkenntnis voranzubringen: Archimedes und seine Badewanne.

Er hatte den Auftrag herauszufinden, ob die Goldschmiede, die eine Krone angefertigt hatten, den König betrogen hatten, indem sie das von ihm für seine neue Krone bereitgestellte Gold mit Silber vermischten. Es war ihm aber nicht erlaubt, die Krone einzuschmelzen, um ihren Gehalt zu überprüfen.

Als er über das Problem nachdachte, während er ins Bad ging, bemerkte er, dass der Wasserspiegel im exakten Verhältnis zu seinem Körpervolumen anstieg. Daher, so überlegte er, könnte er die fragliche Krone in Wasser eintauchen, die Wasserverdrängung messen und so die Dichte der Krone berechnen.

Gold ist ein viel dichteres Metall als Silber, wie du vielleicht weißt.

Er war so begeistert von seiner Idee, dass er komplett vergaß, dass er fast schon in der Wanne war – kein Stück Kleidung am Leib. Er rannte so durch die Straßen und rief: „Heureka!“ – der altgriechische Ausdruck für „Ich habe es gefunden!“

Lerne mehr über berühmte Persönlichkeiten der Physik!

Reduziert auf ihre Elementarteilchen wäre die Menschheit nicht mehr als ein sehr schwerer Zuckerwürfel.
Reduziert auf ihre Elementarteilchen wäre die Menschheit nicht mehr als ein sehr schwerer Zuckerwürfel. Quelle: Unsplash

Lustige Physik-Fakten über Menschen

Als ein totaler Naturwissenschaftsfan, der verrückt nach allem ist, was mit Quantenmechanik oder computergestützter Physik zu tun hat, bedaure ich oft die Tatsache, dass ich Jahrhunderte zu spät geboren wurde, um mich mit Leonardo da Vinci zu unterhalten, dem produktivsten Universalgelehrten der Menschheit.

Aber dann erfreue ich mich an dem Gedanken, dass ich in einer Zeit lebte, in der Stephen Hawking auf der Erde weilte, und ich frage mich, ob in einigen Jahrhunderten ein Mensch seine Einführung in die Physik durch seine Theorie von Allem erfahren würde und ebenfalls die Tatsache beklagen würde, dass er/sie zu spät geboren wäre?

Die Einführung in diesem Abschnitt zeigt Wege auf zu zwei spannenden Gebieten der Physik: kondensierte Materie und Aspekte der Kosmologie. Unter anderem Schwarze Löcher, Dunkle Materie und Hawking-Strahlung.

Wusstest du, dass die gesamte Menschheit verdichtet werden könnte zu etwas von der Größe eines gewöhnlichen Zuckerwürfels?

Wir bestehen alle aus Atomen: Protonen, Elektronen und Neutronen ... und jede Menge leerem Raum zwischen ihnen.

Wenn wir diesen Raum aus jedem menschlichen Körper entfernen würden, würde die gesamte Menschheit nur so groß wie ein Stück Zucker sein, aber unglaublich schwer wegen ihrer extremen Dichte!

Das bedeutet, dass die Theorie hinter der Erkundung des Quantenreichs, die in dem Film „Ant-Man and the Wasp“ präsentiert wird, zwar zutreffend ist, die Bilder sind es jedoch nicht: geschrumpfte Autos, Gebäude und Menschen wären zu schwer, um sie nur mit einer Hand hochzuheben.

Der Weltraum hat ebenfalls ein Raumproblem: Was wir sehen können, sind nur 5 % des gesamten Universums.

Das heißt nicht etwa, dass wir bessere Teleskope oder andere Ausrüstung brauchen; es liegt einfach daran, dass das Universum zum größten Teil aus Raum besteht ... gefüllt mit Dunkler Energie und Dunkler Materie.

Vielleicht ist es diese Dunkle Energie, die bewirkt, dass virtuelle Teilchen real werden und wieder verschwinden.

Wenn du dir das nächste mal ein Glas Cola oder ein anderes Getränk mit Kohlensäure eingießt, denke mal über den Lebenszyklus einer Blase nach: Sie entsteht scheinbar aus nichts, steigt auf bis zur Oberfläche, platzt und entlässt dabei ihre kleine gasförmige Ladung.

Dasselbe passiert im Weltraum, ein Phänomen das als Quantenschaum bekannt ist. Es wird angeschuldigt, ständig die Gesetze der Physik zu brechen ... aber niemand weiß, warum dieses Verhalten nicht andere Aspekte kosmologischer Vorgänge oder kosmologischer Balance beeinflusst.

Und dann sind da die Schwarzen Löcher.

Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass eine ausreichend kompakte Masse, etwa eine, die den gesamten Raum zwischen ihren Atomen verloren hat, wie oben beschrieben, die Raumzeit deformieren und einen so starken Gravitationssog erzeugen kann, dass nichts, nicht einmal Licht, ihm entkommen kann.

Der letzte große Erforscher kosmischer Phänomene, Stephen Hawking, hat nicht nur postuliert, dass Schwarze Löcher Strahlung aussenden, sondern auch dass sie die Erinnerung an die Bahn eines jeden kosmischen Vorgangs bewahren, der jemals in sie hineinstürzt.

Dieses Konzept wird populärer dargestellt durch unseren fiktionalen Lieblingsdoktor, der alles sehen kann, was jemals war, und alles, was jemals sein wird.

Ein eher realer Doktor, Herr Hawking, diskutierte in seinen letzten öffentlichen Auftritten Gravitationswellen, die bei der Kollision von zwei Neutronensternen entstehen, ein Segen für Astrophysiker!

Du musst nicht Sheldon, Leonard oder Raj – oder Stephen Hawking sein, um die theoretische Physik und unser Universum wertzuschätzen, und du musst nicht Howard sein, um die Wissenschaft von statistischer Mathematik, Elektrizität und Magnetismus zu lieben.

Du musst lediglich anerkennen, dass du die Verkörperung der reinen Physik bist: Voller Elektrizität und Magnetismus, mit einem Schuss Unschärferelation darin.

Da du nun vertröstet mit und begeistert von der Physik bist, brauchst du dir nur noch dein Studiengebiet für das Grundstudium aussuchen:

  • Festkörperphysik
  • Quantenelektrodynamik
  • Mathematische Physik
  • Nuklearphysik
  • Thermodynamik
  • Angewandte Physik
  • Teilchenphysik

Und lasst uns nicht die wachsende Rolle von Frauen in der Physik vergessen!

Meine Damen, ihr könnt auch alles über Physik lernen: Wie klingen Experimentalphysik und Quantenphysik in euren Ohren? Es gibt keinerlei Grund, euch von physikalischen Begriffen einschüchtern zu lassen!

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Sarah

Als Dolmetscherin und Übersetzerin sind fremde Länder und Kulturen mein täglich Brot. Wenn ich nicht gerade meine Leidenschaft für Sprachen und Reisen auslebe, bin ich auf den Fußballplätzen Berlins zu finden, mit meinem Longboard unterwegs oder probiere mich wahrscheinlich gerade an einer anderen Sportart aus.