Experimente

Im Rahmen des Demonstrationspraktikums im Sommersemester 2008 führten ein Kommilitone und ich eine Reihe von Experimenten durch, die im Praktikum als „Kürversuche“ dienten. Im Folgenden werden die Experimente kurz vorgestellt. Ein Klick auf den Titel öffnet eine genaue Anleitung in pdf-Form.

Mechanik

• Nicht-Newton’sche Fluide

  Flüssigkeiten, deren Viskosität sich bei Krafteinwirkung verändert, nennt man Nicht-Newton’sche Fluide. Mit Hilfe von Kartoffelmehl und Wasser kann ein solches Fluid kostengünstig hergestellt werden. Ein Versuch, den jeder einmal ausprobieren sollte!

• Schüttel-Cola

  Ein Alltagsproblem aus physikalischer Sicht: Ist eine Coladose geschüttelt worden oder nicht?

Schwingungen und Wellen

• Lissajous Figuren

  Die Überlagerung von zwei senkrecht zueinander stehenden Schwingungen liefert die sogenannten Lissajous Figuren. Der Versuch visualisiert diese kostengünstig auf zwei verschiedene Varianten.

• Chladni’sche Klangfiguren

  Regt man einen Körper zur Schwingung an, so bilden sich stehende Wellen aus. Diese lassen sich z.B. mit Sand visualisieren. Die entstehenden Muster geben Aufschluss über die Eigenresonanz des Körpers.

Magnetfeld eines langen Drahts

• Leiterschaukel

  Fließt ein Strom durch einen Leiter, so entsteht ein Magnetfeld. Dies folgt aus der zweiten Maxwell’schen Gleichung. Positioniert man einen stromdurchflossenen Leiter in dem Magnetfeld eines Hufeisenmagnets, so wirkt auf den Leiter die sogenannte Lorentzkraft.

• Ørsted’s Kompass

  Hans Christian Ørsted wies das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters mit einem Kompass nach. Bei ausreichend großer Stromstärke wird dieser zum Leiter hin abgelenkt, wenn man ihn daneben platziert.

Elektrisches Feld

• D-I-Y Konduktorkugel im Kondensator

  Viele erinnern sich noch an den klassischen Schulphysikversuch des mit Alufolie umwickelten Tischtennisballs im Plattenkondensator. Doch es geht auch einfacher: mit einem Röhrenfernseher, etwas Alufolie und zwei Getränkedosen.

• D-I-Y Ionenmotor

  In diesem Versuch wird ein alternativer Motor getestet. Als Hochspannungsquelle dient auch hier wieder ein Röhrenfernseher mit Alufolie.

Elektromagnetismus

• Hysteresekurve

  Mit Hilfe der Hysteresekurve kann man Aussagen über die magnetischen Eigenschaften von Ferromagneten machen. Der hier beschriebene Versuch kann mit einigen Geräten aus der Schulphysiksammlung realisiert werden.

• Remanenz

  Legt man eine Gleichspannung an einen Elektromagnet an, so magnetisiert sich der Eisenkern. Diese Magnetisierung bleibt auch nach entfernen der Spannung erhalten. Man bezeichnet dies als Remanenz.

Elektromagnetische Schwingungen

• Laserradio

  Dieser Versuch zeigt, wie man aus einem handelsüblichen Laserpointer ein Lichtradio bauen kann. Dabei wird Musik vom MP3-Player auf das Laserlicht moduliert und quer durch den Raum geschossen. Am anderen Ende trifft es auf eine Photodiode, die die Musik zurückwandelt und am Lautsprecher ausgibt. Man beachte, wie in diesem Video die Musik verstummt, wenn der Strahlengang unterbrochen wird.

• LED Schwingkreis

  Der Schwingkreis ist ein klassisches, aber abstraktes Thema der Schulphysik. Elektrische Energie wird in magnetische umgewandelt und wieder zurück. Beide Energieformen sind unsichtbar. Dieser Versuch visualisiert beide Energien durch LEDs und macht so die Energieumwandlung sichtbar.

Grundlagen der Elektronik

• Lügendetektor

  Der menschliche Körper hat einen gewissen Widerstand. Stellt man unangenehme Fragen, so können diese Angstschweiß hervorrufen. Die Haut wird feucht und ihr Widerstand ändert sich. Von diesem Effekt macht der vorgestellte Lügendetektor Gebrauch.

• Regensensor

  Scheibenwischer gibt es schon lange – Transistoren auch. Aber warum wurden Regensensoren erst vor einigen Jahren serienmäßig verbaut? Dabei ist ihr Prinzip doch simple Physik und kann kostengünstig nachgebaut werden.

Thermodynamik

• Feuerfestes Backpapier

  Backpapier ist leicht entzündlich. Dieser Versuch nutzt die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser aus, um es feuerfest zu machen.

• Wolkenmaschine

  Wolken sehen wir oft genug am Himmel. Doch wie entstehen sie eigentlich genau? Der Versuch zeigt die Wolkenmaschine für die Hosentasche – viel effektiver als ein Regentanz.

• Blutdruckmessung

  Das besondere Phänomen des hydrostatischen Drucks ist, dass es nicht auf die Querschnittsfläche der Flüssigkeitssäule ankommt. In diesem Versuch benutzen wir eine etwa 1 m hohe Wassersäule, um den menschlichen Blutdruck zu bestimmen.

Optik

• Dickmann’s Spektroskop

  Optische Instrumente sind meist sehr teuer und daher nicht für jeden zugänglich. In diesem Versuch konstruieren wir ein Spektroskop aus einer Schachtel Dickmann’s und einer alten CD.

• Magische Flaschendeckel

  In diesem Versuch nutzen wir die Dispersion von Licht für magische Effekte. Mit zwei verschieden farbigen Flaschendeckeln visualisieren wir chromatische Abberration.

Wellenoptik

• Interferenzthermometer

  Einfache Thermometer sind viel zu altmodisch. Wir benutzen das Michelson-Interferometer und die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex von Luft, um die Temperatur einer Feuerzeugflamme zu bestimmen.

• Haaresbreite

  Interferenz begegnet uns im Alltag nicht so bewusst wie Brechung. Dabei kann die Beugung am Einzelspalt bereits mit einem menschlichen Haar und einem Laserpointer veranschaulicht werden. In diesem Versuch berechnen wir über das Beugungsmuster außerdem die Haardicke.

Quantenphysik

• Polaritätsbestimmung Triode

  Mit diesem Versuch kann überprüft werden, dass bei der Glühemission tatsächlich Teilchen mit negativer Ladung von der Glühkathode ausgesandt werden.

• Resonanz-Absorption

  Regt man ein Gas an, so emittiert es Licht in der für es typischen Wellenlänge. Diese kennt man als Spektrallinien. Kehrt man diesen Effekt um, indem man ein Gas mit Licht bestrahlt, so kann man die Absorption dieser Wellenlängen beobachten.

Kern- und Teilchenphysik

• Café au Rayon Cosmique

  Eine Kaffeekanne ist optimal, um kosmische Höhenstrahlung nachzuweisen. In Verbindung mit einem Photomultiplier und einem Oszilloskop kann die von der Höhenstrahlung verursachte Čerenkov-Strahlung gemessen werden.

• Mechanischer Rutherford

  Rutherfords Streuversuch resultierte in einem neuen Atommodell. In diesem Versuch visualisieren wir die Stoßprozesse mit einem mechanischen Analogon auf einem Overhead-Projektor.