Zeitvertreib mit Regenschirmen
Nun, jetzt im grauen regnerischen Novemberwetter ist er sicherlich des Öfteren unser Begleiter, der uns nicht im Regen stehen lässt, sondern den flüssigen Hydrometeorfluss vor unserem Haupte auffängt und über seinen aufgespannten und leicht nach unten gebogenen Schirmstoff weitgehend neben unserem Körper in Richtung Erdboden leitet. Die Rede ist vom guten alten und treuen Regenschirm.
Wieso soll man eigentlich Erwachsenwerden, wenn doch die kindliche Neugier so spannend ist und die Synapsen jung hält? Wieso nicht mit einem Regenschirm auch ein wenig herumspielen bzw. rumexperimentieren? Und genau darum soll es nun gehen.
Wollen wir jetzt aber zwei verschiedene Versuche machen:
Das Tropfen-Karussell
Den ersten Versuch werden wir alle meist unbewusst durchführen. Dreht man den regennassen, aber noch aufgespannten Regenschirm um den Stock als Achse, so spritzen die Wassertropfen im hohen Bogen weg vom Schirm nach außen. Dreht man den Schirm schneller, so fliegen auch die Tropfen in einem größeren Bogen ‚von dannen‘. Aber was genau passiert da. In der Physik bzw. eigentlich auch im Leben geht es größtenteils um Kraft. Ohne diese gibt es bei Bewegungen keine Änderungen. Nun, wenn wir nun den Schirm drehen, dann wirken – bei grober Betrachtung – auf dem Schirm befindlichen Regentropfen zwei Kräfte. Zum einen ist dies die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des Schirmes hervorgerufen wird und ihn nach außen zu führen versucht bzw. beschleunigt. Zum andren wirkt auf ihn die Adhäsion (auch Anhangskraft genannt), die ihn am Schirm versucht ‚festzuhalten‘.
UZH-Physiker @nature: Wassertropfen als Modell für Wechselspiel von Haftreibung & Adhäsion. https://t.co/s2udmcR706 pic.twitter.com/ZhFAWSXT9a
— Universität Zürich (@UZH_ch) June 29, 2016
Nun, drehen wir den Schirm schnell genug, dann übersteigt die Zentrifugalkraft die Adhäsionskraft und der Tropfen setzt sich nach außen in Bewegung und löst sich am Rand vom Schirm ab. Bis zu diesem Punkt befand sich der Tropfen ja auf einer Kreisbewegung. Verlässt er aber den Rand des Schirms, so macht er die Kreisbewegung nicht mehr mit, sondern bewegt sich dann auf gerader Bahn weiter, genau genommen auf der Tangente des Kreises, der durch den Regenschirmrand dargestellt wird.
Allerdings ist das eine sehr idealisierte Vorstellung und gilt nur wenn keine andere Kraft mehr auf den nun fliegenden Tropfen wirkt. In der Regel befinden wir uns aber im Dunstkreis der schönen Erde und in diesem Umfeld wirkt die ansehnliche Schwerkraft. Der Wassertropfen fliegt dadurch nun nicht auf einer gerade Bahn mit gleichbleibender Geschwindigkeit, sondern wie ein normal geworfener Körper beschreibt der Tropfen eine Parabel mit zum Erdboden hin erst einmal wachsender Geschwindigkeit. Anzumerken ist, dass wir hier Reibungskräfte erst einmal außer Acht lassen.
Von unterschiedliche Regenschirmfarben
Ein zweiter netter Versuch widmet sich dem thermischen Ambiente unter verschiedenfarbigen Regenschirmen. Hat man einen weißen (oder sehr hellen) Regenschirm und einen schwarzen Regenschirm, sowie ein gutes Thermometer und statt dichten grauen Regenwolken etwas Sonnenschein, dann wäre das Folgende evtl. etwas, wenn man sonst nichts mit sich anzufangen weiß. Man stellt jetzt beide Schirme aufgespannt in die ‚pralle‘ Sonne und misst immer mal wieder die Temperatur unter den beiden, dann stellt man nach einer gewissen Zeit natürlich fest, dass es unter dem dunklen wärmer ist, als unter dem weißen. Sicherlich, die Erklärung werden die meisten Leser parat haben, doch Wiederholung schadet nicht und so will ich auch mal mein Glück versuchen. Der dunkle Schirm ist für unser visuelles Empfinden dunkel, da er wenig eintreffende Sonnenstrahlen zurückwirft. Der andere Schirm erscheint dagegen hell (oder weiß), weil er das meiste einfallende sichtbare Licht wieder reflektiert. Im Fachjargon sagt man, dass die beiden Oberflächen eine unterschiedliche Albedo besitzen, die nichts anderes ist als ein Maß für das Rückstrahlvermögen eines Körpers, wobei helle Oberflächen eben eine hohe Albedo haben und dunkele eine niedrigere. Nun gut, zurück zu unseren Schirmen. Die nicht reflektierte Strahlung, die den dunklen Schirm trifft, muss ja jetzt irgendwo bleiben. Sie wird vom Schirm ‚aufgenommen‘ (absorbiert). Somit nimmt – salopp gesagt - der dunkle Schirm mehr Sonnenstrahlen auf als der helle Schirm, wodurch er letztlich auch stärker erwärmt wird und damit die Temperatur unter diesem höher ist.
Das soll es für das Erste gewesen sein. Es gibt noch reichlich andere Möglichkeiten, doch das soll Stoff für andere Artikel sein. Bis dahin bleiben Sie jung und wenn Sie selbst andere tolle Regenschirm-Versuchs-Ideen haben, so schreiben sie mir gerne (Google führt sie dabei u.a. rasch ans Ziel ;).