„Exploration von Wissenschaft und Technologie im Future Space Kassel: Von Musikinstrumenten und Wellen bis zu Myonen-Detektoren und flüssigen Stickstoff
Musikinstrumente und Wellen
Musikinstrumente sind nicht nur Gegenstände, die Klänge erzeugen, sondern sie sind auch ein phänomenales Beispiel für die Wirkung von Wellen. Wenn man zum Beispiel eine Gitarrensaite anschlägt, erzeugt dies eine Schwingung, die sich in Form von Wellen durch die Luft ausbreitet und vom Ohr aufgenommen wird. Die Frequenz und Amplitude dieser Wellen bestimmen die Tonhöhe und Lautstärke des Klangs.
In der Physik werden Schallwellen als Longitudinalwellen bezeichnet, da sie sich durch Schwingungen der Moleküle in der Luft in Längsrichtung ausbreiten. Einige Musikinstrumente, wie zum Beispiel Blasinstrumente, erzeugen jedoch auch Transversalwellen, die sich senkrecht zur Schwingungsrichtung ausbreiten. Diese Wellen sind besonders gut sichtbar, wenn man eine Gitarrensaite in Slow Motion filmt. Hier sieht man, wie die Saite nicht nur auf und ab schwingt, sondern sich auch seitlich bewegt und dabei Transversalwellen erzeugt.
Ein weiteres Beispiel für die Wirkung von Wellen in Musikinstrumenten sind Resonanzphänomene. Wenn ein Instrument einen Ton erzeugt, schwingen oft auch andere Teile des Instruments mit. Wenn diese Teile dieselbe Frequenz wie der erzeugte Ton haben, verstärken sie die Schwingung und somit den Klang. Ein bekanntes Beispiel dafür ist das Vibrato bei Streichinstrumenten, bei dem der Spieler den Finger auf der Saite hin und her bewegt und so Resonanzphänomene erzeugt.
Supraleiter
Supraleiter sind Materialien, die bei sehr tiefen Temperaturen nahezu widerstandslosen Stromfluss ermöglichen. Dies bedeutet, dass der Strom in einem Supraleiter theoretisch für immer fließen würde, da es keinen Widerstand gibt, der ihn aufhalten würde. Das Phänomen wurde erstmals 1911 von dem niederländischen Physiker Heike Kamerlingh Onnes entdeckt.
Die Wirkungsweise von Supraleitern beruht auf der sogenannten Cooper-Paarung. Dabei bilden sich Elektronenpaare, die bei niedrigen Temperaturen nicht mehr durch die Gitterschwingungen des Materials gestört werden und somit ohne Widerstand durch den Supraleiter fließen können. Diese Paarbildung wird durch die Wechselwirkung zwischen den Elektronen und den Phononen, den quantisierten Schwingungen des Gitters, ermöglicht.
Supraleiter haben viele Anwendungen, insbesondere in der Medizintechnik, Elektronik und Energieversorgung. Sie werden beispielsweise in der Magnetresonanztomographie (MRT) verwendet, um starke Magnetfelder zu erzeugen, oder in der Energietechnik, um elektrische Energie ohne Verluste zu transportieren.
Myonendetektor
Ein Myonendetektor ist ein Instrument, das zur Detektion von Myonen verwendet wird. Myonen sind subatomare Teilchen, die eine höhere Masse als Elektronen haben und durch Materie wie Beton und Stahl dringen können. Myonendetektoren nutzen diese Eigenschaften, um Myonen zu erfassen und ihre Eigenschaften zu untersuchen.
Es gibt verschiedene Arten von Myonendetektoren, aber die meisten arbeiten nach dem Prinzip der Spurdetektion. Dabei werden die Spuren von Myonen aufgezeichnet, wenn sie durch ein Detektormaterial wie beispielsweise einen Szintillationszähler oder einen Teilchendetektor hindurchdringen. Diese Spuren können dann ausgewertet werden, um Informationen über die Eigenschaften der Myonen zu gewinnen.
Myonendetektoren finden Anwendung in vielen Bereichen der Physik, darunter in der Teilchenphysik, der Astrophysik und der Geophysik. Sie werden beispielsweise in der Suche nach dunkler Materie und bei Experimenten zur Untersuchung von Neutrinos eingesetzt. Auch in der Medizin finden Myonendetektoren Verwendung, beispielsweise bei der Untersuchung von Knochen und Gewebe oder in der Strahlentherapie.
In der Schüler- und Universitätsbildung werden Myonendetektoren häufig als Werkzeug zur Vermittlung von grundlegenden Konzepten der Teilchenphysik und der Strahlungsdetektion eingesetzt. Im Future Space Kassel können Sie einen Myonendetektor live erleben. Mithilfe eines Synthesizers werden die Myonen hörbar gemacht.
Was ist Flüssiger Stickstoff ?
Flüssiger Stickstoff ist eine Form von Stickstoff, die bei sehr niedrigen Temperaturen (-196°C) in flüssiger Form vorliegt. Es ist ein farbloses, geruchloses und ungiftiges Gas bei Raumtemperatur und -druck, das eine Vielzahl von Anwendungen in Industrie, Forschung und Medizin hat.
Wenn eine Tulpe in flüssigen Stickstoff getaucht wird, kühlt sie sehr schnell ab und gefriert fast augenblicklich. Die Blütenblätter und der Stiel der Tulpe werden extrem hart und spröde. Das Wasser in den Zellen der Tulpe gefriert sofort, und das gefrorene Wasser bildet Eiskristalle. Diese Kristalle können die Zellwände durchstechen und die Zellstruktur zerstören.
Text/Fotos © H.jacob
