Physikprojekte

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Nachweis der Corioliskraft mit einem Foucaultschen Pendel:

Hier mal ein räumlich bewegliches Pendel mit einer Eisenkugel an einem 
80cm langen Bindfaden. Die Pendelbewegung wird dadurch am "Leben" 
erhalten, dass der Bindfaden beim Durchpendeln der Ruheposition mit dem 
Hubmagneten ein Stück angehoben wird und vor erreichen eines der beiden 
möglichen Scheitelpunkte wieder abgelassen wird. Dadurch wird dem Pendel 
die Pendelenergie zugeführt.

Beim Versuchsaufbau aus Fischertechnikbausteinen wird die Zufuhr der 
Pendelenergie im richtigen Moment noch mit einem Taster bewerkstelligt. 
Der Corioliskraftnachweis kann aber ein paar Stunden dauern, deshalb ist 
eine Automatisierung durch anbringen eines Induktivsensors mit 
nachgeschaltetem Monoflop an der Ruheposition erforderlich (noch nicht 
gebaut).

Wahrscheinlich ist ein nur 80cm langes räumliches Pendel von zu vielen 
Fehlerquellen umgeben und der Standort in Deutschland ist auch nicht 
ganz so optimal. Die besten Bahnkurvenergebnisse erzielt man direkt am 
Nord- oder Südpol.

Aber zumindest macht es Spass, zu versuchen das Pendel nur mit dem 
Taster am Leben zu erhalten. Für die Konstruktion ist statt eines 
Hubmagneten auch ein Schrittmotor mit Seilwinde oder Zahnstange 
vorstellbar.

[Christoph M. (mchris)]

Mechanisch könnte es besser gehen, wenn der Magnet unten ist:
https://www.youtube.com/watch?v=1tXmuFA3F6I

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph M. schrieb:
> Mechanisch könnte es besser gehen, wenn der Magnet unten ist

Ja, rein mechanisch gesehen ist das zwar besser, aber für den Nachweis 
der Corioliskraft ist ein unten angebrachter E-Magnet eine zusätzliche 
Fehlerquelle. Je nachdem wie schräg der Permanentmagnet am Bindfaden in 
den E-Magneten reinpendelt, wird er um so schräger wieder raus gedrückt 
(räumliches Pendel). Am Ende entsteht keine gleichmäßige typische 
Bahnkurve, die von der Corioliskraft herrührt, sondern ein chaotisches 
Muster!

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph M. schrieb:
> https://www.youtube.com/watch?v=1tXmuFA3F6I

So ein Pendel mit Gegengewicht, um die Pendelfrequenz elegant zu 
verringern, habe ich auch mal entwickelt. Durch die Achsaufhängung wird 
das Pendel auf eine geradlinige Pendelbahn gezwungen. Hier ist der 
E-Magnet auch unten und hat auch nur zwei Anschlüsse, so wie im Video.

Die Arbeitsspule wirkt hier aber gleichzeitig auch als Sensor und 
erkennt die Annäherung des am Pendel montierten Permanentmagneten. 
Dadurch entfällt der Reed-Kontakt!

[Christoph E. (stoppi)]

Über ein Foucaultsches Pendel habe ich auch schon nachgedacht. Dieses 
aber mit Elektromagneten anzutreiben halte ich für gewagt. Denn da 
bekommt man wohl nur allzu leicht Bewegungen rein, welche die 
Schwingungsebene verändern und somit das Ergebnis verfälschen. Die 
Fadenaufhängung des Foucaultschen Pendel stelle ich mir auch nicht ganz 
simpel vor...

Habe mir auf willhaben.at eine alte Zündspule gekauft und mit einer sehr 
einfachen Schaltung angesteuert. Ergbenis bei 19V Eingangsspannung: rund 
1-1.5 cm lange Funken. Den Spannungsverlauf habe ich mir dann mittels 
1000:1 Spannungsteiler am Oszilloskop angeschaut. Die Spitzen haben 
beachtliche 35 kV.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/hv-netzteile/

[Christoph E. (stoppi)]

Das Experiment zur Simulation der Sonnengranulation bzw. 
Rayleigh-Benard-Konvektion habe ich auch durchführen können. Es 
hinterlässt zwar eine mittelgroße Sauerei in der Küche aber zum Glück 
wohne ich alleine und keine bessere Hälfte rügt mich deshalb ;-)

Nachdem das kochende Wasser in den Messbecher gegeben wird und die 
Petrischale mit dem Öl-Graphit-Gemisch oben draufgelegt wird, zeigen 
sich nach kurzer Zeit erste Konvektionsmuster. Diese werden noch feiner, 
wenn man die Petrischale vom Messbecher nimmt und auf den Küchenboden 
stellt. Die Ähnlichkeit mit der Sonnengranulation ist verblüffend...

mehr Informationen inkl. Video: 
https://stoppi-homemade-physics.de/sonne/

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Das wäre vielleicht auch eine Idee für ein Physikexperiment:
https://de.wikipedia.org/wiki/Flettner-Rotor

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen lieben Dank Dieter für den guten Vorschlag. Leider habe ich ein 
Experiment mit dem Flettnerrotor bereits durchgeführt.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/flettner-rotor/

Es gibt wirklich nicht mehr viele Experimente, die ich noch mit 
vertretbaren Aufwand durchführen könnte. So Experimente wie den 
Stern-Gerlach-Versuch fange ich aber gleich gar nicht an umzusetzen ;-)

Von der Firma Scionix (https://scionix.nl/) habe ich dankenswerterweise 
einige Teile (Kopplungsgel für meinen Plasmonenversuch und einige 
CsI(Tl)- und BGO-Szintillatoren) zur Verfügung gestellt bekommen. Freue 
mich riesig darüber. Mit den Szintillatoren und einem SiPM 
(Siliziumphotomultiplier) könnte ich ein kompaktes Gammaspektroskop noch 
bauen...

Meine Amazon-Bestellung für ein Monochord ist auch bereits angekommen. 
Da möchte ich die Frequenz einer Metallsaite in Abhängigkeit von der 
Saitenspannung (f sollte proportional zu Wurzel(F) sein) untersuchen.

Und für meine Wellenwanne besorge ich mir diese Woche einen 
Vibrationsmotor, denn mit dem Lego-Vibrator habe ich keine guten 
Ergebnisse erzielt. Fad wird mir also noch nicht...

[Christoph E. (stoppi)]

Auf der Seite von Burkhard Kainka bin ich auf ein sehr einfaches 
Fluxgate-Magnetometer gestoßen. Dieses musste ich natürlich 
ausprobieren. Benötigt werden zwei Drosseln mit je 3.9 mH, einen 1000 pF 
Kondensator, 0.2 mm Kupferlackdraht, einen Funktionsgenerator mit etwas 
Leistung und ein Oszilloskop.

Link: https://www.elektronik-labor.de/Notizen/Fluxgate.html

Treibt man die beiden Drosseln in Sättigung, so zeigt sich bei einem 
externen Magnetfeld ein Signal mit der doppelten Frequenz (also bei mir 
40 kHz).

Auf der Seite von B. Kainka wird auch noch auf eine andere Variante 
eines Fluxgate-Magnetometers verwiesen. Auch dieses habe ich umgesetzt. 
Benötigt werden hier eine 100 mH Drossel und eine Ferritperle. Auch 
dieses Fluxmeter reagiert sehr gut auf einen externen Magneten...

Link: https://www.youtube.com/watch?v=pm_8xkX6a7g

[Christoph E. (stoppi)]

Die CO2-Pumpe für den Joule-Thomson-Effekt ist diese Woche angekommen 
und so konnte ich den Versuch zur Bestimmung des 
Joule-Thomson-Koeffizienten µ_JT = dT/dp durchführen.

µ_JT hängt mit den Van der Waals-Parametern a und b zusammen. b 
entspricht dem Volumen von einem Mol Molekülen. Dividiert man also b 
durch die Avogadrokonstante N_A = 6.023 * 10^23, so erhält man das 
Volumen eines Moleküls. Genau dies habe ich gemacht und komme auf einen 
Radius des CO2-Moleküls von 0.22 nm.

Ich muss aber zugeben, dass die experimentelle Bestimmung der Werte sehr 
schwierig ist, da sich die CO2-Patrone während des Versuchs natürlich 
stark abkühlt und dies die Berechnung des Joule-Thomson-Koeffizienten 
dT/dp stark beeinflusst. Auch die Druckabnahme delta_p ist natürlich 
während des Experiments nicht konstant. Weiters muss in die Formel für 
die Van der Waalsparameter die Temperatur T eingesetzt werden. Welche 
nimmt man da genau, wenn die Temperatur so stark sinkt? Also alles nicht 
so einfach. Genauer wäre es natürlich, den Joule-Thomson-Effekt bei nur 
geringem Druckabfall und daher auch nur geringem Temperaturrückgang zu 
messen. Dann wüsste man besser, welche Werte man in die Formeln 
einsetzt. Ich bin daher von "mittleren" Werten ausgegangen ;-)

Mehr Informationen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Joule-Thomson-Effekt

https://www.unternehmensberatung-babel.de/industriegase-lexikon/industriegase-lexikon-a-bis-m/joule-thomson-effekt/van-der-waal.html

https://www.chemie.de/lexikon/Liste_der_spezifischen_W%C3%A4rmekapazit%C3%A4ten.html

https://stoppi-homemade-physics.de/joule-thomson-effekt/

[Christoph E. (stoppi)]

Das bestellte Messingrohr für das Gyrocar ist am Freitag angekommen und 
so konnte ich dieses finalisieren. Das Ergebnis ist aber ein wenig 
ernüchternd. Das Gyrocar besitzt leider einen viel zu hohen Schwerpunkt 
und ist daher extrem instabil bzw. balanciert nicht auf der Monorail. 
Wenn ich den Batterieblock abnehme, geht es aber. Das ist aber auch 
nicht ganz zufriedenstellend. Deshalb werde ich zwei einzelne 
Batteriehalter besorgen und diese dann auf der Unterseite des Gyrocars 
montieren. Dann kann es hoffentlich völlig alleine balancieren...

Link mit Video: https://stoppi-homemade-physics.de/gyrocar-kreisel/

Zum Thema Kreisel habe ich aber noch zwei schöne Versuche und zwar eine 
Balancier-CD von der Firma Winkler-Schulbedarf 
(https://www.winklerschulbedarf.com/de/i/anti-schwerkraftscheibe-per-stk-102242). 
Diese ist in 15 Minuten gebastelt und funktioniert sehr gut. Damit kann 
man denke ich Schüler schon beeindrucken. Die Physik hinter dem Kreisel 
ist aber alles andere als einfach ;-)

Und dann noch den sog. Kollergang. Für diesen werde ich die zusätzliche 
Anpresskraft aufgrund des Kreiselmoments in Abhängigkeit von der 
Drehzahl bestimmen. Es sollte eine F = f² Abhängigkeit vorliegen. 
Gebastelt habe ich den Kollergang aus LEGO-Techniksteinen...

Ich habe ja auch mehrere Spektroskope. Aber für die Aufnahme der 
Planckschen Strahlungskurve sind eigentlich (fast) alle nicht geeignet. 
Schuld sind u.a. die Bayerfilter der einzelnen Farben, welche die 
Intensitäten mehr oder weniger abschwächen, und auch der eingeschränkte 
Spektralbereich meiner Spektroskope von nur ca. 400 nm bis 700 nm.

Daher habe ich mir eine monochrome Webcam auf Amazon gekauft. Diese 
spricht dann ohne Filter auf die einzelnen Intensitäten an und auch den 
erfassten Spektralbereich werde ich durch das Weitwinkelobjektiv auf 
hoffentlich fast 1000 nm ausweiten können. Empfindlich ist der Sensor 
zumindest schon einmal auf 940 nm LEDs...

Amazon-Link: https://www.amazon.de/dp/B0B1DMPZNF

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Zwei einfache Elektromotoren habe ich inzwischen umgesetzt. Einmal den
> Reed-Kontakt-Motor und dann einen, bei dem ich als Kommutator den
> Kupferlackdraht an den Enden nur an einer Seite abisoliert habe. Einen
> solchen basteln auch die Schüler im Physiklabor...

...und dann gibt's da noch so eine Art BLDC-Variante, in dem man das 
Pendel von meiner Pendelkonstruktion weiter oben durch einen Rotor mit 
aufgeklebten Permanentmagneten ersetzt (provisorisch mit Tesafilm 
aufgeklebt).

Die Steuerung vom Pendel kann für den Motor, ohne Umbauarbeiten direkt 
eingesetzt werden. Durch die Gegen-EMK arbeitet auch hier die Spule 
sowohl als Positionssensor als auch als Antriebsspule für den Rotor.

[Christoph E. (stoppi)]

Die magnetische Feldkonstante µo habe ich ja vor kurzer Zeit mittels 
Faradayschen Induktionsgesetz und einer Helmholtzspule experimentell 
bestimmt. Hier soll es nun um die elektrische Feldkonstante epsilon_0 
gehen. Basis zu deren Bestimmung bilden die verschiedenen Formeln rund 
um den Kondensator.

1.) Bestimmung über die Kapazität eines Plattenkondensators

Für die Kapazität C eines Plattenkondensators in Luft gilt ja C = 
epsilon_0 * A / d. Kennt man also die Fläche A, den Plattenabstand d und 
die Kapazität C, so kann man die elektrische Feldkonstante berechnen. 
Mein Kondensator besteht aus 2 ALuminiumplatten mit den Abmessungen 12 
cm x 12 cm. Mit einem billigen Komponententester habe ich dann dessen 
Kapazität in Abhängigkeit von d bestimmt. Trägt man C gegen 1/d auf, so 
erhält man eine ansteigende Gerade mit k = epsilon_0 * A.

Mein Ergebnis für die elektrische Feldkonstante liegt nur 1.4% vom 
Sollwert 8.854 * 10^-12 A*s/V*m entfernt, Heureka...

2.) Bestimmung über die Ladung eines Kondensators

Für die Ladung Q eines Kondensators gilt ja Q = C * U mit C = epsilon_0 
* A / d. Bestimmt man also die Ladung Q in Abhängigkeit von U, so erhält 
man wieder eine Gerade mit dem Anstieg k = epsilon_0 * A / d. Für die 
Bestimmung von Q verwende ich mein Coulombmeter. Den Kondensator lade 
ich mit meinem CCFL-HV-Netzteil auf, welches Spannungen zwischen 30 und 
1000 V liefert.

Hier liegt mein experimentelles Ergebnis für epsilon_0 etwas weiter vom 
Sollwert entfernt. Berücksichtige ich allerdings nur Ladespannungen bis 
200 V, so komme ich aber deutlich näher an den Sollwert. Meine 
Q(U)-Kurve flacht nämlich für höhere Spannungen deutlich ab, eventuell 
wegen Sprühverlusten...

3.) Bestimmung über die Kraft zwischen zwei Kondensatorplatten

Für die Kraft zwischen zwei Kondensatorplatten gilt die Beziehung F = 
1/2  epsilon_0  U² * A / d². Diese messe ich mit meiner 
100g-Wägezelle, indem ich eine Platte auf dieser befestige und die 
zweite Platte im fixen Abstand d oberhalb postiere. Dann schließe ich an 
den Kondensator unterschiedliche Spannungen U und messe jeweils die 
(anziehende) Kraft F. Dieser Versuch ist noch ausständig...

4.) Bestimmung über das Coulombgesetz

Für die Kraft zwischen zwei Ladungen gilt das berühmte Coulombgesetz F = 
1/ 4*Pi*epsilon_0  Q1  Q2 / r². Zwei Konduktorkugeln werden auf eine 
Spannung U aufgeladen und dann die Kraft zwischen ihnen im Abstand r 
bestimmt. Für die Ladung Q einer Kugel gilt: Q = 4  Pi  epsilon_0 * r 
* U. Mein so erhaltenen Ergebnis für die elektrische Feldkonstante 
epsilon_0
liegt bei 4.85 * 10^-12 A*s/V*m, also ca. bei der Hälfte des Sollwerts.

[Christoph E. (stoppi)]

Nachtrag zur Bestimmung der elektrischen Feldkonstante: Ich habe nun die 
Kraft F zwischen den beiden Kondensatorplatten in Abhängigkeit von der 
Spannung U bestimmt und erhalte eine U²-Abhängigkeit so wie es sein 
soll. Der daraus ermittelte Wert für epsilon_0 liegt bei 1.02 * 10^-11 
As/Vm und somit die Abweichung vom Sollwert bei 15%...

Man darf aber nicht vergessen, dass in die Berechnung von epsilon_0 das 
Quadrat des Plattenabstands eingeht und dieser auch bei sorgfältiger 
Ausrichtung der Kondensatorplatten nicht überall gleich ist. Meinen 
Abstand von d = 3.76 mm habe ich per Photoanalyse ermittelt.

[Christoph E. (stoppi)]

Ein nettes Experiment zum Thema Hausdämmung bzw. Wärmeleitfähigkeit von 
Holz. Dazu habe ich mir ein simples Holzhaus gebastelt und dann eine 
50W-Halogenlampe im Inneren montiert. Wird diese mit Strom versorgt 
(Leistung P = U*I), so steigt die Innentemperatur zunächst schnell an um 
sich dann einem Endwert T_innen zu nähern.

Aus der anfänglichen Temperaturerhöhung, so dachte ich es mir zumindest, 
kann man die spezifische Wärmekapazität von Luft (Sollwert ca. 1000 
J/kg*°C) bestimmen.

Aus der Endtempertur sollte sich die Wärmeleitfähigkeit des Holzhauses 
errechnen lassen. Ich komme auf eine Wärmeleitfähigkeit von 0.042 
W/m*°C. Laut dieser Internetseite 
(https://www.energie-lexikon.info/waermeleitfaehigkeit.html) soll lambda 
für Holzfaserplatten bei 0.04 - 0.05 W/m*°C liegen. Das passt also sehr 
gut.

Was nicht passt, ist mein ermittelter Wert für die spezifische 
Wärmekapazität von Luft. Ich erhalte einen Wert von c_Luft = ca. 49 
kJ/kg*°C. Der Sollwert liegt wie schon erwähnt bei nur 1 kJ/kg*°C.

Warum mein experimenteller Wert dermaßen weit vom Sollwert entfernt 
liegt ist mir ehrlich gesagt nicht ganz klar. In den ersten 20 Sekunden 
erwärme ich ja primär die Luft im Inneren meines Holzhauses... Gut, die 
Wärmestrahlung der Halogenlampe wird zu einem Teil vom Holz und nicht 
von der Luft absorbiert und die Wärmeabgabe an die Luft erfolgt primär 
durch das erhitzte Lampenglas, aber eine Abweichung um den Faktor 50?

[Christoph M. (mchris)]

>Ein nettes Experiment zum Thema Hausdämmung bzw. Wärmeleitfähigkeit von
Holz.

Genau dieses Experiment wollte ich auch schon seit ewigen Zeiten mal 
machen. Aber wie heißt es so schön: Machen ist wie wollen, nur krasser.

Eine andere Frage, die mich schon lagen beschäftigt: Baut man über ein 
Dach eine Abschattung ( wie z.B. hinterlüftete Solarzellen ), dann 
müsste die Oberflächentemperatur des Daches eigentlich stark gesenkt 
werden und das Klima im Haus angenehmer.

[Christoph M. (mchris)]

> Warum mein experimenteller Wert dermaßen weit vom Sollwert entfernt
liegt ist mir ehrlich gesagt nicht ganz klar.

Könnte es an der freien Konvektion der Luft und der dadurch entstehenden 
Abkühlung liegen?
Die Energieabfuhr gegen Massenstrom geht mit Wurzel vier. Schon geringe 
Wärmeunterschiede erzeugen einen leichten Luftstrom und der hat im 
langsamen Strömungsbereich schon eine große Kühlwirkung.

[Henrik V. (henrik_v)]

Dazu musste ich spontan an
https://what-if.xkcd.com/35/
denken :)

Einen kleinen 12V Lüfter in die Box?
Die Leistung des Lüfters wird ja auch Wärme und er wird mitgemessen.

[Joe G. (feinmechaniker)]

Ich befürchte, dass du mit dieser Messung nicht die spezifische 
Wärmekapazität der Luft bestimmen kannst. Ich habe mal deinen Versuch in 
LTSpice nachgebaut. Mit den 22W Wärmestrom und dem thermischen 
Widerstand von Holz komme ich auf deine Messwerte. Wie du allerdings 
siehst, bestimmt die Wärmekapazität vom Holz die Zeitkonstante. Die 
geringe Masse der Luft spielt quasi keine Rolle. Oder anders 
ausgedrückt, die gespeicherte Wärmeenergie steckt nicht in der Luft, 
sondern im Holz.

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für eure Kommentare, vor allem Joe für die tolle Simulation. 
Wenn der Hauptteil der Energie/Leistung in der Holzwand steckt, erklärt 
dies natürlich meine viel zu große spezifische Wärmekapazität.

Spielerei für zwischendurch, der magische Doppeltrichter, der sogar 
bergauf rollen kann ;-)

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Spielerei für zwischendurch

Mit einer vorgehaltenen Facettenlinse vor der Digitalkamera, kann man 
sich seine eigenen Bildkunstwerke erstellen.

Das erinnert ein bisschen an das Kaleidoskop. Ein damaliges 
Kinderspielzeug.

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Der Stehauf- Wendekreisel (Umkehrkreisel) versucht durch seine eigene 
"Willenskraft", aus der rotierenden Gesamtenergiemenge die nötige 
Portion Energie abzugreifen, um seinen niedrigen Anfangsschwerpunkt, 
durch Umkehrung der Pole, freiwillig auf ein höheres Niveau zu bringen.

Wer den Kreisel aus Holz an einer Drehbank nachbauen möchte, sollte 
darauf achten, dass das Zapfensenkungsmaß von 11mm nicht überschritten 
wird, damit der Kreisel sich auch wirklich aufrichten kann! Die 
Zapfensenkung kann mit einem flachgeschliffenen Forstnerbohrer im 
Reitstock hergestellt werden.

Auf YouTube gibt es auch einige Videos zum Umkehrkreisel.

[Christoph E. (stoppi)]

Kann man mit einer Leuchtstoffröhre die Schallgeschwindigkeit bestimmen?

Ja, man kann. Man muss dazu aber die Leuchtstoffröhre öffnen und die 
Enden abschneiden. Dies soll wenn möglich im Freien geschehen, denn in 
der Leuchtstoffröhre befindet sich eine kleine Menge Quecksilber. Danach 
gibt man ein kleines Stück eines Metallsiebs ins Innere der Röhre und 
hält diese über einen Bunsenbrenner o.ä. Dadurch entsteht ein schöner 
Ton (Grundton + Obertöne), mit dessen gemessener Frequenz und der Länge 
L der Röhre die Schallgeschwindigkeit c = lambda * f = 2  L  f 
bestimmt werden kann. Ich komme bei meinen beiden Röhren auf eine 
Schallgeschwindigkeit um die 360 m/s...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/schallgeschwindigkeit/

Dann habe ich noch einen analogen Beschleunigungsmesser gebastelt. Dazu 
braucht man nur ein Gurkenglas, einen Korken, ein Stück Schnur und eine 
Heißklebepistole. Den Korken fixiert man an der Schnur, welche wiederum 
an den Deckel des Gurkenglases geklebt wird. Danach füllt man das Ganze 
vollständig mit Wasser, verschließt es und dreht das Gurkenglas um.

Bewegt bzw. beschleunigt man nun das Glas, so bewegt sich der Korken 
immer in Richtung der Beschleunigung a. Eigentlich würde man ja aufgrund 
seiner Trägheit das Gegenteil erwarten. Damit kann man Schüler zunächst 
ganz schön aufs Glatteis führen. Grund ist die Trägheit des Wassers. 
Dieses erfährt eine Trägheitskraft entgegen der Beschleunigung. Dadurch 
kommt es zu einem Druckanstieg im Wasser entgegen der 
Beschleunigungsrichtung und in weiterer Folge zu einer Auftriebskraft 
auf den Korken in Richtung der Beschleunigung...

Bei einer Kreisbewegung zeigt also der Korken immer nach innen!

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Christoph E. (stoppi)]

Interferenzen spielen in der Physik eine wichtige Rolle und mit 
Begriffen wie konstruktiver und destruktiver Interferenz sollte 
eigentlich ein jeder Schüler etwas anfangen können. Hier ein schöner 
Versuch zu diesem Thema.

Benötigt werden zwei Ultraschallsender (am besten schlachtet man HC-SR04 
Module), ein US-Empfänger, ein L298N-Motortreiber, einen Arduino und ein 
Oszilloskop.

Die beiden US-Sender steuert man mit einem 40 kHz-Signal an und postiert 
sie in einem Abstand d (bei mir waren es 3.5 cm) voneinander. Dann 
wandert man mit dem US-Empfänger um die beiden Sender herum und erfasst 
so schön die Stellen/Richtungen konstruktiver bzw. destruktiver 
Interferenz. Am Oszilloskop sieht man dann schön die 40 kHz-Schwingung 
mit unterschiedlicher Amplitude (nahe 0 bei destruktiver Interferenz 
bzw. maximal bei konstruktiver Interferenz).

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/interferenz/

[Christoph E. (stoppi)]

Kleine Spielerei mit einer Slinky-Feder. Hängt diese frei, so wird sie 
bereits durch ihr eigenen Gewicht gedehnt. Die Dehnungen nehmen von 
unten nach oben linear zu, da ja weiter oben auch mehr Windungen 
unterhalb sich befinden, welche die Einzelwindung dehnen. Man erhält 
eine arithmetische Folge.

Möchte man die Gesamteigendehnung bestimmen, muss man die Folgeglieder 
aufsummieren. Man erhält eine (n-1)*n = ca.n² Abhängigkeit der 
Gesamtdehnung bei n Einzelwindungen. Die theoretisch ermittelte 
Gesamtdehnung deckt sich bei mir gut mit dem Experiment (rund 85 cm 
Gesamtdehnung).

Dann habe ich die Slinkyfeder noch zusätzlich mit einer Stahlmutter 
belastet und so aus der Dehnung die Gesamtfederkonstante k_ges 
ermittelt. Diese sollte ja bei n Windungen gleich k_Windung/n sein. Hier 
erhalte ich eine rund 10%ige Abweichung zwischen Theorie und Experiment.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/hooksches-gesetz/

[Christoph M. (mchris)]

>Interferenzen spielen in der Physik eine wichtige Rolle und mit
>Begriffen wie konstruktiver und destruktiver Interferenz sollte
>eigentlich ein jeder Schüler etwas anfangen können. Hier ein schöner
>Versuch zu diesem Thema.

Ein sehr schöner Versuch. Ich habe vor kurzem mit meinem Bruder einen 
Versuch zur Interferenz mit noch einfacheren Mitteln gemacht.

Man nimmt einfach einen Online-Funtkionsgenerator z.B. über das Handy 
und gibt diesen Ton auf einer Stereoanlage aus.
Dann läuft man langsam im Abstand von z.B. 3 Metern an den Boxen von 
links nach rechts vorbei. Die Amplitudenunterschiede der Wellen und 
Täler der Interferenz sind deutlich zu hören.
Ich meine, dass diese Experiment den Schülern auch gut hilft, die 
Akustik von Stereo-Hifi-Systemem besser zu verstehen.

Online-Funktionsgenerator:
https://onlinetonegenerator.com/

[Christoph E. (stoppi)]

Hier noch zwei weitere spannende Freihandversuche: Einmal ein Versuch 
zur Optik/Wahrscheinlichkeitsrechnung und dann noch ein Experiment mit 
einer Nicht-Newtonschen Flüssigkeit.

Schwärzer als Schwarz: Für diesen Versuch benötigt man lediglich eine 
Kaffeetasse und ein Stück schwarzes Papier mit einem kleinen Loch. Legt 
man das Papier auf die Tasse, welche auch eine weiße Innenseite besitzen 
kann, so erscheint das Loch deutlich dunkler als das schwarze Papier.

Zur Erklärung zeichnet man einen Wahrscheinlichkeitsbaum auf und 
berechnet die mittlere wieder aus dem Loch tretende Lichtintensität. 
Dabei kommt man auf einen "Reflexionsgrad" von nur 0.2%. Zum Vergleich: 
Das schwarze Papier reflektiert das Licht etwa mit 5%. Deshalb erscheint 
das Loch schwärzer als schwarz...

Nicht-Newtonsche Flüssigkeit: Dafür benötigt man Maizena Maisstärke und 
Wasser. Ich habe 170 g Maizena mit 130 g Wasser vermischt. Stößt man nun 
mit dem Finger langsam in die Mischung, so versinkt dieser und sie 
verhält sich wie eine gewöhnliche Flüssigkeit. Stößt man hingegen 
schnell in die Mischung, verhält sie sich komplett anders, eher wie ein 
Festkörper und blockiert die Bewegung. Diesen Versuch haben Schüler 
besonders gerne und jeder möchte einmal seinen Finger in die 
Maizena-Wasser-Mischung stecken ;-)

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Joe G. (feinmechaniker)]

Prima Idee mit der Nicht-Newton Flüssigkeit!

Da fällt mir spontan gleich ein Versuch dazu ein.

Man lässt über einen Behälter (Eimer) am unteren Ende eine Newtonsche 
Flüssigkeit (Wasser) über ein Rohr auslaufen. Der Behälter (Kapazität) 
und das Rohr (linearer Widerstand) bilden ein RC-Glied, dessen 
Zeitkonstante man sehr einfach mit einer Stoppuhr bestimmen kann. Jetzt 
ersetzt man das Wasser durch die Nicht-Newton Flüssigkeit. Bei gleichem 
Füllstand (gleiche Kapazität) kann jetzt über den Versuch der 
nichtlineare Widerstand der Nicht-Newton Flüssigkeit bestimmt werden.

[Christoph E. (stoppi)]

Eine kostengünstige Variante des Franck-Hertz-Versuch mit einer 
Thyratron-Röhre habe ich bereits umgesetzt. Jetzt bin ich in einem Buch 
auf eine noch etwas simplere Umsetzung gestoßen. Sie verwendet ebenfalls 
eine Thyratronröhre und zwar die 2D21. Diese ist, was wichtig ist, mit 
Xenon gefüllt. Genau dessen Anregung mit Elektronen wird bei diesem 
Versuch beobachtet.

Man braucht neben der Röhre nur noch einen kleinen 6V-Trafo für die 
Heizung, ein 24V-Netzteil, einen Widerstand und ein Potentiometer und 
dann noch ein µA-Meter.

Die I(U)-Kennlinie sollte im Bereich der Anregungsenergie von Xenon ein 
Maximum, gefolgt von einer Abnahme besitzen. Mal schauen, ob ich das 
auch beobachten kann.

Und dann habe ich noch einen Schwung Cerberus GR17 Röhren bei mir im 
Keller wiederentdeckt. Diese enthalten Radium-226. Mein Geigerzähler 
spricht ganz schön auf diese an (ca. 300 cpm bei 30 cpm Hintergrund). 
Gebe einige von diesen für 18 Euro/Stück her. Wer eine möchte, kann sich 
gerne bei mir melden...

[Henrik V. (henrik_v)]

Zur Nicht-Newtonsche Flüssigkeit (NNF):
Lautsprecher lackieren (oder mit Frischhaltefolie auskleiden?), mit der 
NNF füllen und mit Sinus beaufschlagen.

[Christoph E. (stoppi)]

Ganz ohne Vakuumpumpe habe ich die Luftdichte bestimmt. Dazu benötigte 
ich nur eine Flasche mit Ventil, eine Fahrradpumpe und meine 
Arduino-Waage mit einer Auflösung von 0.01 g.

Ich pumpe die Flasche auf und bestimme sodann die Masse m in 
Abhängigkeit vom Druck p. Aus der Steigung des linearen Graphen m(p) 
erhalte ich die Luftmasse m pro bar bei einem Flaschenvolumen V. Um zur 
Dichte zu gelangen, muss ich dann nur noch den Anstieg durch V 
dividieren.

Ich erhalten auf diesem Weg eine Luftdichte von ro = 1.242 kg/m³*bar. 
Der Sollwert für 20°C liegt bei 1.204 kg/m³. Damit bin ich mehr als 
zufrieden...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/luftdichte-arduino/

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich den Aufbau zum Franck-Hertz-Versuch vollenden und 
eine Messung durchführen.
Der Anodenstrom steigt zunächst mit zunehmender Gitter-/Anodenspannung 
an, um dann durch inelastische Stöße der Elektronen mit den Xenon-Atomen 
wieder abzunehmen. Erst bei höherer Spannung steigt der Strom dann 
wieder an.

Hier findet man mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/franck-hertz-versuch/

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei weitere schöne Freihandversuche hätte ich da und zwar zuerst die 
Spritzenpresse und dann die gekoppelten Kluppen.

Für die Spritzenpresse benötigt man nur zwei unterschiedliche Spritzen, 
einen Schlauch und Wasser. Man fixiert den Schlauch an beiden Spritzen 
und befüllt dann alles komplett mit Wasser. Nun bittet man ein 
schwächlich erscheinendes Mädchen und einen selbstbewussten Burschen, 
seine Spritze reinzudrücken. Das Mädchen bekommt rein zufällig die 
kleine Spritze zugeteilt. Zur Verwunderung aller kann sie ihre Spritze 
hineindrücken, während der starke Bursche scheitert.

Durch den gleichen Druck p = F/A im Wasser wird bei der kleinen Spritze 
mit kleinerer Fläche A eine kleinere Kraft F benötigt bzw. können mit 
der kleinen Spritze trotz etwas geringerer Kraft durch die deutlich 
kleinere Fläche höhere Drücke erzielt werden...

Für den Versuch mit den gekoppelten Kluppen werden nur zwei Kluppen, ein 
breiteres Gummiband und ein Stativ benötigt. Fixiert man beide Kluppen 
nebeneinander auf dem gespannten Gummiband und stößt eine Kluppe an, so 
fängt diese zu schwingen an. Nach einiger Zeit nimmt aber deren 
Schwingung ab und zeitgleich beginnt die zweite Kluppe zu schwingen. 
Wenn diese dann maximal schwingt, hat die erste Kluppe aufgehört zu 
schwingen. Danach schwingt die zweite Kluppe wieder weniger, dafür die 
erste. Man hat es mit einer schönen gekoppelten Schwingung zu tun. 
Betrachtet man die beiden Einzelschwingungen, so liegt eine Schwebung 
vor...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Christoph E. (stoppi)]

Aufnahme der Hysteresekurve B(H) mit einem 115V-Printtrafo, einem Variac 
und einem Oszilloskop im xy-Modus.

Beim Anschluss des Oszilloskops an den Variac ist unbedingt darauf zu 
achten, dass GND vom Oszi mit dem Nullleiter N verbunden ist. 
Gegebenenfalls muss man den Netzstecker in der Steckdose umdrehen! Dies 
aber ohne dem angeschlossenen Oszi vorher mit einem Voltmeter 
überprüfen, indem man die Spannung zwischen "unterem" Variac-Ausgang und 
Schutzleiter misst. Diese sollte 0V betragen!

Die x-Achse zeichnet die Stromstärke I primärseitig und damit die Stärke 
des Magnetfelds H auf. Die y-Achse zeichnet über den Kondensator + 
Potentiometer die integrierte Sekundärspannung auf, also das Integral 
U_ind dt. Dieses ist nach dem Faradayschen Induktionsgesetz proportional 
zur magnetischen Flussdichte B. Wir erhalten am Oszilloskop also eine 
B(H)-Darstellung...

Warum meine Hysteresekurve über zwei eigenartige "Beulen" verfügt, kann 
ich nicht beantworten. Vielleicht weiß ja jemand von euch Bescheid.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/barkhausen-effekt/

[Christoph E. (stoppi)]

Ein sehr schöner Versuch zum Thema Kreisel, der sog. Kollergang. Damit 
weist man das Kreiselmoment T = omega x L nach. Das rotierende Gestell 
habe ich aus LEGO gebastelt. Die beiden auf der Waage befindlichen Räder 
werden um die Vertikale rotiert. Durch das Kreiselmoment zeigt die Waage 
dann in Abhängigkeit von der Rotationsfrequenz f mehr an. Es müsste sich 
eine m = k * f² Abhängigkeit ergeben. Dies konnte ich experimentell 
bestätigen, Heureka...

Die Drehzahl bestimme ich mit meinem Arduino-Drehzahlmesser auf Basis 
eines IR-Näherungsschalters. Funktionierte besser als der 
Laser-Drehzahlmesser von Amazon.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/kreisel/

[Christoph E. (stoppi)]

Ich bin ja eigentlich ein sehr sparsamer Mensch und wenn ich etwas 
ausgebe, dann zu 90% für meine Physikprojekte. Jetzt habe ich mir eine 
Cavendish-Drehwaage zur Bestimmung der Gravitationskonstante G gegönnt. 
Diese war auf Kleinanzeigen inseriert und ich bin zufällig auf sie 
gestoßen. Der Verkäufer machte mir ein unwiderstehliches Angebot, nur 
100 Euro inkl. Versand.

Den Cavendish-Versuch zur Bestimmung von G habe ich ja bereits 
durchgeführt mit nur bedingten Erfolg. Meine ermittelte 
Gravitationskonstante lag doch sehr deutlich von Sollwert entfernt. Mein 
Torsionspendel war auch kaum zur Ruhe zu bringen und schwingte sehr 
stark vor sich hin und her.

Link: 
https://stoppi-homemade-physics.de/gravitationskonstante-cavendish/

Im Schulbedarfshandel bei Phywe, Leybold & Co kosten diese 
Cavendish-Drehwaagen 2000 Euro und mehr. Es fehlen lediglich die beiden 
schweren Bleikugeln. Dafür besorge ich mir wohl 1.5 - 2kg schwere 
Kugelstoßkugeln von Amazon...

Und dann habe ich mir noch einen Rahmen für eine sog. Kugelschwebe 
3d-drucken lassen. Die dafür benötigten Plexiglasscheiben habe ich 
bereits bestellt. In den Innenraum kommen dann zwei Kugeln 
unterschiedlicher Masse und dann wird der Körper in Rotation versetzt. 
Der sich einstellende Winkel alpha hängt dann von der Drehfrequenz f ab. 
Für sehr große f strebt alpha gegen 90°. Es gibt sogar eine kritische 
Untergrenze für die Frequenz f, unterhalb derer es eigentlich keinen 
stabilen Zustand gibt...

Diese Kugelschwebe werde ich auch für ein Zentrifugenparaboloid 
verwenden, indem ich den Innenraum teilweise mit Wasser fülle. Es 
stellen sich abhängig von der Drehfrequenz f Wasserparaboloide ein der 
Form y = (2*Pi²*f²/g)*x². Dies werde ich experimentell überprüfen.

[Michael B. (laberkopp)]

Christoph M. schrieb:
> Eine andere Frage, die mich schon lagen beschäftigt: Baut man über ein
> Dach eine Abschattung ( wie z.B. hinterlüftete Solarzellen ), dann
> müsste die Oberflächentemperatur des Daches eigentlich stark gesenkt
> werden und das Klima im Haus angenehmer.

Uff, du hast das Kaltdach erfunden.

War früher üblich als man noch nicht blöderweise die Dämmung direkt 
unters Dach (Flachdach oder Spitzdach) geklebt hat, sondern zumindest 
10cm Luftschicht liess oder gleich den leeren Dachboden, und rundrum 
Traufe und oben (Firststeine, Giebelfentser des Dachbodens) 
Lüftungsöffnungen.

Da muss man maximal Schattentemperatur zu Raumtemperatur dämmen, also 
hier 30 GradC zu 25 GradC, mithin 5K.

Während beim Warmdach die in der Sonne aufgeheizte Oberfläche leicht mal 
60 GradC hat, macht 35K, die Dämmung müsste 7 mal dicker sein, ist sie 
aber nicht.

[Christoph E. (stoppi)]

Mein Versuch zur Braggreflexion mit Gammastrahlen am LiF-Einkristall 
lieferte ja aufgrund der viel zu geringen Aktivität meines radioaktiven 
Strahlers keine brauchbaren Ergebnisse.

Hier (https://www.forphys.de/Website/qm/braggdual1.html) bin ich aber 
auf ein Experiment zur Braggreflexion mit Ultraschall gestoßen. Dies 
möchte ich nun auch umsetzen.

Zum Einsatz kommen meine Ultraschallkapseln auf den Arduino-Modulen 
HC-SR04 und eine Ansteuerung über den L298N-Motortreiber. Dies 
funktionierte schon bei einigen meiner US-Versuche sehr gut. Zur 
Kollimierung habe ich mir auf Amazon zwei 
Solar-Zigarettenanzünderspiegel besorgt. Die US-Kapseln kommen dann 
genau in den Brennpunkt.

Das Atomgitter besteht aus Schaschlikspießen und Holzkugeln. Deren Loch 
muss ich aber per Hand auf 3 mm aufbohren, damit sie über die Spieße 
geschoben werden können. Insgesamt sind es 8^3 = 512 Kugeln, die ich 
aufspießen und festkleben muss. Eine ziemliche Strafarbeit ;-)

[Henrik V. (henrik_v)]

Warum nicht nach passenden Stäben oder Fäden suchen?
Endlos Dichtschnur ist im Durchmesser variabel....
Kugelpositionierschablone (Nut mit Senke pro Kugel) (Edit: oder der 
Deckel des Würfels) , dünnerer Stab und (Heiß)kleber/Leim?

[Christoph M. (mchris)]

Interessant wäre vielleicht auch, das Gitter mit einem 3D-Drucker am 
Stück drucken zu lassen.

[Henrik V. (henrik_v)]

Da die Reflektion in einer Ebene gemessen wird, sollten auch Stäbe ohne 
Kugeln funktionieren....   sieht aber nicht so schön aus.

Wenn man ein Wassserbecken mit Wellengenerator und Sumpf am anderen Ende 
nimmt, müsste mit US auch eine reflektive Braggzelle simulierbar sein...
ob man da je nach Abstrahlordnung den Dopplershift mit einem einfachen 
Frequenzzähler noch messen kann?
(Per Soundkarte mit Sinusfit machbar)

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für eure Kommentare ;-)

Die Holzstangen mit den Kugeln für das Atomgitter sind fertig. Insgesamt 
sind es 64 Stäbe mit je 8 Kugeln. Habe jetzt dafür Blasen an den 
Händen...

Die Kugelschwebe bzw. Zentrifugalküvette ist auch bereits fertig 
geklebt. Jetzt warte ich nur noch auf die bei Amazon bestellte 
Bohrmaschinenhalterung, dann kann ich die beiden Experimente mit zwei 
Kugeln bzw. Wasser durchführen.

Und zuguterletzt habe ich noch einen Freihandversuch zu Wirbelströmen 
durchgeführt. Da lasse ich einmal eine normale Stahlkugel und dann eine 
Magnetkugel durch ein Aluminiumrohr fallen. Die Magnetkugel benötigt für 
die 50 cm etliche Sekunden aufgrund des bremsenden, induzierten 
Magnetfelds (Lenz'sche Regel). Das Alurohr hat einen Außendurchmesser 
von 16 mm (1 mm Wandstärke) und die Magnetkugel von www.supermagnete.de 
einen Durchmesser von 12.7 mm. Das passt perfekt...

[Christoph E. (stoppi)]

Nach dem Bau der Atomstäbe dachte ich schon, das schlimmste sei vorbei. 
Dem war aber nicht so, denn der Zusammenbau des Gitters erwies sich als 
viel herausfordernder als gedacht. Denn wenn man einen Stab in sein Loch 
geführt hatte, ging ein anderer Stab aus seinem Loch wieder heraus.

Damit das Einfädeln überhaupt gelingt, habe ich die Schaschlikspieße 
stufenförmig abgelängt. So fing ich mit dem Einfädeln der ersten Reihe 
mit den längsten Spießen an und ging dann zur nächsten Reihe mit den ein 
wenig kürzeren Spießen. Nach 20 Minuten mehr als angestrengter Arbeit 
war dann das gesamte Gitter fertig zum Verkleben mit Holzleim. Noch 
einmal mache ich diese Arbeit aber bestimmt nicht. Ich habe mich bewusst 
für Holzperlen und Schaschlikspieße entschieden, weil diese sehr günstig 
zu haben sind. Die Spieße kosten 4 Euro und die 1500 Holzkugeln rund 10 
Euro.

Bei Conrad gibt es 1m Metallstäbe mit 2.5 mm Durchmesser. Aber alleine 
die 11 benötigten Stäbe würden mich 35 Euro kosten. Ich achte bei all 
meinen Projekten auch darauf, sie möglichst günstig umzusetzen...

Die Halterungen für den Parabolspiegel und die Ultraschallkapseln lasse 
ich gerade auch 3d-drucken.

Und die beiden 1.5 kg Eisenkugeln für die Cavendish-Gravitationswaage 
sind auch angekommen. Eine einzelne Kugel kostete nur 8 Euro, der 
Versand nach Österreich 15 Euro. Wie diese kompakte 
Cavendish-Gravitationswaage aber funktioniert, ist mir nach wie vor ein 
Rätsel. Denn die beiden kleineren Massen dürfen eigentlich nicht am 
begrenzenden Glas anstoßen. Damit sie aber nur eine derart geringe 
Pendelbewegung vollführen, muss das Richtmoment R des Torsionsfadens 
recht groß sein. Ein großes R bewirkt aber eine viel kleinere 
Auslenkung, wenn ich die großen Massen zu den kleinen bewege. Also mein 
Drehpendel pendelte fröhlich über fast Stunden vor sich hin und das mit 
größerer Amplitude. Aber ich lasse mich gerne angenehm überraschen...

[J. S. (engineer)]

Christoph E. schrieb:
> Für die low budget Astrofotografie habe ich mir auf Amazon einen
> 90mm/500mm Achromaten gegönnt. Kann mit Sicherheit durch die starke
> chromatische Aberration nicht ansatzweise mit Apochromaten mithalten,
> dafür hat dieser nur sensationelle 107 Euro inkl. Versand gekostet
In der Tat sensationell, mein Setup tendiert inzwischen zum 20-fachen 
Kamera inklusive.

> Meine gebrauchte Canon EOS 1100D hänge ich dann mittels Adapter an den
> 1.25" Okularauszug.
Bei mir Canon 600D, mit AstroMod (IR), bei visueller Beobachtung über 
einen Baader-Spiegel, der sperrt IR und UV weg.

> wobei ich erst einmal schauen muss, ob meine motorisierte Montierung
> überhaupt schön nachführt.
Und, wie weit bist du damit gekommen?

[Christoph E. (stoppi)]

@ J.S.: Meine Astromontierung habe ich leider noch nicht im Einsatz 
gehabt. Das möchte ich aber bis spätestens Herbst nachholen. Ich glaube, 
ich habe zu viele Physikprojekte am Laufen ;-)

Die beiden Versuche zur Kugelschwebe bzw. Wasserzentrifuge habe ich 
heute durchführen können.

Die experimentellen Ergebnisse liegen recht nahe bei den theoretischen 
Sollwerten.

Wie zu erwarten war, gibt es bei der Kugelschwebe eine kritische 
niedrigste Drehzahl, bei der sich eine stabile Kugellage ergibt. Diese 
liegt bei rund 2 Hz. Den Positionswinkel alpha habe ich für verschiedene 
Drehzahlen f ermittelt und dann die experimentellen Ergebnisse in den 
Graphen alpha(f) eingetragen.

Bei der Wasserzentrifuge habe ich für zwei unterschiedliche 
Drehfrequenzen f die Parabel mittels der Software Tracker bestimmt und 
den Faktor a = y/x² berechnet. Für f = 1.74 Hz erhalte ich Werte für a 
im Bereich zwischen 6.9 und 8.4. Der Sollwert beträgt 6.09.

Für f = 2.98 Hz liegt experimentell mein a zwischen 16.3 und 20.7 bei 
einem Sollwert von 17.87. Damit kann ich leben...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/zentrifuge-kugelschwebe/

[Christoph E. (stoppi)]

Inzwischen sind die 3d-Druckteile für das Experiment zur Braggreflexion 
von Ultraschall angekommen. Jetzt wartet eigentlich alles nur noch auf 
seinen finalen Einsatz...

Und dann bin ich noch "zufällig" über ein sehr spannendes Angebot auf 
Kleinanzeigen gestoßen und zwar ein Feldelektronenmikroskop. Die 
evakuierte Röhre beinhaltet eine sehr feine Wolframspitze mit einem 
Krümmungsradius von ca. 100 nm. Legt man zwischen Spitze und Schirm eine 
Hochspannung (rund 5-7 kV) an, so werden die Elektronen aus der Spitze 
durch Feldemission herausgerissen und dann zum Bildschirm beschleunigt. 
Dort ergibt sich dann ein atomares Abbild der Metallspitze mit einer 
rund 500 000-fachen Vergrößerung.

Noch habe ich die Röhre nicht, denn die Verkäuferin ist gerade Urlaub 
bei mir in Österreich. Ich hoffe aber sehr, dann den Zuschlag für eine 
der beiden Exemplare zu erhalten...

Beim FEM werden Erinnerungen wach, denn während meines Studiums habe ich 
in einem Praktikum Wolframspitzen geätzt und dann ins FEM eingebaut und 
überprüft. Ist aber schon 30 Jahre her ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Beim Schmökern im Physikkatalog der Firma Leybold/LD-Didactic bin ich 
auf ein Monochord gestoßen. Dabei wurde u.a. die Schwingungsfrequenz in 
Abhängigkeit von der Saitenspannung ermittelt.

Genau dieses Experiment möchte ich ebenfalls umsetzen. Dazu habe ich mir 
auf Amazon bzw. im Baumarkt die notwendigen Dinge besorgt. Der 
Holzbalken besitzt einen Querschnitt von 10 x 6 cm und ist somit 
ausreichend stabil. Saiten, Stimmwirbel und Federwaage kommen wie gesagt 
von Amazon.

Zum Bau des Monochords musste ich wieder meine Küche in eine Werkstatt 
umfunktionieren ;-)

Heute bin ich mit dem Bau des simplen Musikinstruments fertig geworden. 
Die Messungen (Frequenz f in Abhängigkeit von der Spannkraft F) werde 
ich in den nächsten Tagen durchführen. Wie ich die Schwingungsfrequenz 
ermittle, weiß ich im Moment auch noch nicht genau. Eventuell ebenfalls 
mit einer Lichtschranke...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/monochord/

[Christoph M. (mchris)]

>Die Messungen (Frequenz f in Abhängigkeit von der Spannkraft F)

Apropos: Vor ein paar Tagen hatten wir eine Diskussion über Knoten und 
Bäuche bei einer gespannten Seite. Eine Meinung war, dass sich die 
Knoten abhängig von der Spannung verschieben. Meiner Vorstellung nach 
bleiben die Knoten und Bäuche immer an der gleichen Stelle. Durch die 
erhöhte Spannkraft ändert sich aber die Schwingfrequenz des Bauches. 
Korrekt?

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Christoph,

Jetzt maße ich mir an Dir einen fetten Floh ins Ohr zu setzen:

Im RPB Band 45/46 (UKW-Sender- und Empfänger-Baubuch" von H.F. 
Steinhauser wurde ein UKW (144MHz) Lecherleitungsfrequenzmeßsystem zur 
Erfassung der 144 MHz Amateurfunkbandgrenzen beschrieben. Das wäre für 
Dich auch ein interessantes Demonstrations Projekt mit relativ wenig 
Aufwand.

Hier steht Näheres:

https://ve6aqo.com/lecherleitung.htm

Als ich noch Schüler war, konnte man im Deutschen Museum (sechziger 
Jahre) in einer langen Glasvitrine eine motorbetriebene Anordnung dieser 
Art bewundern, die auf einem hin und her gezogenen Schlitten mittels 
Glüh- und Glimmlampe die Spannungs- und Strombäuche beobachtungsmäßig 
ermöglichte. Als Generator diente ein UHF-Gegentaktoszillator mit einer 
QQE03/20, der vielleicht ein paar Watt an HF Energie produzierte.

In der gleichen Vitrine befand sich auch eine Demonstration zur 
Wellenpolarisation. Ein ähnlicher Gegentaktoszillator erregte einen 
Halbwellendipol. In ungefähr 50cm Abstand befand sich ein gleichartiger 
Dipol mit einem Fahrradrücklichtglühlämpchen. Der Lämpchendipol wurde 
von einem Motor über Seilzug in seiner Achse gedreht und machte durch 
helles Aufleuchten die Übereinstimmung der Polarisation und Ausbleiben 
bei 90 Grad Abweichung sichtbar.

Diese Museums Demos hatten damals meine Liebe zur UKW/UHF Technik 
vertieft. Für mich war dieses Museum damals schlichthin ein "Haus der 
Wunder". Dort konnte man leicht verlorengehen und tagelang Neues 
erforschen. Das sind für mich immer noch schöne Erinnerungen. Auch das 
Focaultpendel im Treppenhaus ist beeindruckend.

https://www.deutsches-museum.de/museum/pressemappe/museumsinsel/ausstellungen/foucaultsches-pendel

Es ist schade, daß diese Vitrinen schon vor so langer Zeit abgebaut 
wurden. Allerdings waren das wahrscheinlich auch ausserhalb der 
Museumsmauern beachtliche Störsender:-)

(Von der Radiotechnik war bei meinem letzten Besuch in 1997 nur noch 
sehr wenig vorhanden. Eigentlich schade, daß die Geschichte der 
Radiotechnik in den Museen kaum noch gewürdigt wird. Man gab sich 
zumindest damals dort noch sehr viel Mühe. Das sah man an den mit viel 
Sorgfalt und Liebe erstellten Demonstrationsmodellen)

In der Atomforschungsecke gab es auch eine funktionierende Wilsonsche 
Nebelkammer. Die Bahnen der sich ausbreitenden Teilchen konnte man in 
der verdunkelten Umgebung sehr schön verfolgen. (War das als Schüler 
alles herrlich zum Erleben).

Duck und weg,
Gerhard

P.S. laß Dich von meinen Floh nicht stechen oder vom Funkmeßwagen der 
PTV*) erwischen:-)

*) https://de.wikipedia.org/wiki/Post-_und_Telegraphenverwaltung

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph M. schrieb:
> Meiner Vorstellung nach bleiben die Knoten und Bäuche immer an der
> gleichen Stelle. Durch die erhöhte Spannkraft ändert sich aber die
> Schwingfrequenz des Bauches.
> Korrekt?

Wir können ja kurz rechnen. Ich habe mal das tiefe E einer Gitarre (E2) 
als Beispiel gewählt. Da die Länge der Saite je nach Hersteller variiert 
(Gibson Les Paul: 24,75 Zoll, etwa 62,9 cm, Fender Stratocaster und 
Telecaster: 25,5 Zoll etwa 64,8 cm) habe ich fiktiv 64 cm angenommen. 
Richtig gestimmt benötigen wir 93.653 N und natürlich sind die 
Eigenvektoren (Schwingungsformen) nicht von der Zugkraft abhängig (siehe 
Lösung zur Wellengleichung).

[Christoph E. (stoppi)]

So, die Messungen zum Monochord sind im Kasten. Ich habe mich zur 
Frequenzmessung der Saitenschwingung für eine Lichtschranke entschieden 
und auf ein Arduino-Näherungsmodul zurückgegriffen. Damit dieses auch 
auf den roten Laser reagiert, musste ich die IR-Photodiode gegen eine 
für den sichtbaren Spektralbereich geeignete tauschen.

Ich habe aber zur Frequenzbestimmung auch eine Smartphone-App 
(Spektralanalyzer) ausprobiert. Diese nimmt den Ton wahr und erstellt 
mittels Fourieranalyse ein Frequenzspektrum. Also wer auf die 
Lichtschranke verzichten möchte, findet hier mit der App eine noch 
einfachere Methode...

Die Saitenfrequenz f sollte ja proportional zur Wurzel aus der 
Spannkraft F sein. Trägt man also f² gegen F auf, so müsste man eine 
ansteigende Gerade erhalten. Genau dies war mit meinen Messergebnissen 
der Fall, Heureka.

Jetzt muss ich nur noch einen Platz in meiner Wohnung zum Verstauen des 
doch sperrigen Monochords finden, die wohl schwierigste Aufgabe ;-)

[Christoph M. (mchris)]

>Genau dies war mit meinen Messergebnissen der Fall, Heureka.

"Heureka" wird Archimedes von Syrakus zugeschrieben.
Pythagoras war 300 Jahre früher:
https://de.wikipedia.org/wiki/Pythagoras_in_der_Schmiede
Wobei da die Meinungen auseinandergehen, ob er das Monochord für seine 
Musiktheorie schon kannte ..
Aber Du könntest ja das Experiment mit den Hämmern nachvollziehen :-)

[Christoph E. (stoppi)]

Danke für den Hinweis, Christoph.

Ein kleines Experiment für Zwischendurch, Wasserschlauchschwingungen. 
Man befüllt ein U-Rohr mit Wasser der Masse m und saugt an einer Seite 
kurz an. Dadurch versetzt man das Wasser in Schwingung. Die 
Periodendauer tau hängt dabei von der Wurzel der Wassermasse m ab. Trägt 
man also tau² gegen m auf, so müsste man eine ansteigende Gerade 
erhalten. Dies war mit meinen Messwerten sehr gut erfüllt...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/wasserexperimente/

[Martin H. (horo)]

Christoph E. schrieb:
> Wie ich die Schwingungsfrequenz ermittle, weiß ich im Moment
> auch noch nicht genau. Eventuell ebenfalls mit einer Lichtschranke...

Christoph E. schrieb:
> Ich habe mich zur Frequenzmessung der Saitenschwingung für eine
> Lichtschranke entschieden und auf ein Arduino-Näherungsmodul zurückgegriffen.

Interessehalber: Einen Gitarren-Pickup hast Du wegen der möglichen 
Rückwirkung durch den Magneten verworfen? Das wäre ansonsten die 
naheliegendste Lösung, die auch fest montiert werden könnte.

[Christoph E. (stoppi)]

@Martin: Ein E-Gitarren-Abnehmer wäre natürlich auch eine Möglichkeit 
gewesen. Nur ist dann das Ausgangssignal sehr schwach und ich hätte es 
wohl erst verstärken müssen. Wie schon erwähnt hat es auch mit einer App 
(Sound analyser) recht gut funktioniert. Da wird das Audiosignal in 
seine Frequenzanteile zerlegt und es zeigt mir dann die 
Hauptschwingungen der Saite im Frequenzspektrum an. Es führen halt 
zumeist mehrere Wege nach Rom ;-)

Gestern habe ich dann noch das Braggreflexionsexperiment mit Ultraschall 
durchgeführt. Ich war ja sehr gespannt, ob sich meine Mühe beim Bau des 
Atomgitters ausgezahlt hat. Was soll ich sagen, ich erhalte bei den 
Glanzwinkeln (15°, 34° und 60°) eindeutig ein viel stärkeres Signal als 
bei anderen Winkel. Heureka...

Für den Versuch habe ich auf meinem Küchenboden eine M5-Schraube als 
Achse für die beiden Ultraschallmodule festgeklebt. Danach stelle ich 
immer Einfallswinkel = Ausfallswinkel und notiere die Spannung am 
Multimeter. Bei den Glanzwinkel war diese deutlich erhöht. Damit habe 
ich wohl meine experimentelle Gesellenprüfung abgelegt ;-)

Bin selbst sehr positiv überrascht, wie gut der Versuch funktioniert 
hat. Das ist aber bei weitem nicht immer so bei meinen Experimenten.

Link für mehr Informationen und zwei kurze Videos: 
https://stoppi-homemade-physics.de/bragg-reflexion/

[Christoph E. (stoppi)]

Vor einer Woche habe ich hier ja ein hübsches Wasserexperiment 
vorgestellt, die Wasserschlauchschwingungen.
Heute habe ich dann ein weiteres zu diesem Thema durchgeführt und zwar 
die Löcherdose.

Dazu benötigt man ein Rohr mit mehreren Löchern. Füllt man dieses mit 
Wasser, so strömt Wasser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten v aus 
den Löchern und spritzt dann w weit.

Zuerst habe ich die Geschwindigkeit v experimentell und theoretisch 
mittels Bernoulligleichung bestimmt. Es sollte v = Wurzel(2*g*h) gelten. 
Eine Wurzel(h)-Abhängigkeit konnte ich experimentell bestätigen, die 
Werte lagen jedoch um einiges neben den theoretischen Sollwerten.

Und dann habe ich hergeleitet, bei welcher Höhe/Tiefe h das Wasser am 
weitesten spritzt. Dies sollte bei h = H/2 = konkret 24 cm der Fall 
sein. Dies konnte ich auch experimentell bestätigen, Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/wasserexperimente/

[Christoph E. (stoppi)]

Heute ist das Feldelektronenmikroskop bei mir angekommen. Da ich schon 
sehr neugierig war, habe ich den Versuch gleich aufgebaut. Zuerst heizte 
ich die Wolframspitze mit rund 1.6 A für 60 sek auf. Danach legte ich 
die Anodenspannung an und erhöhte diese. Leider waren keinerlei 
Leuchterscheinungen am Bildschirm zu sehen.

Deshalb habe ich mir die Anleitung nochmals genauer angesehen und stieß 
auf einen Absatz in dem stand, dass nach längerer Pause zur leitenden 
Verbindung des Leuchtschirms mit der Anode Barium verdampft werden muss.

Dies habe ich dann auch getan: Bariumheizstrom 7.5 - 8 A, Dauer rund 90 
sek. Jetzt habe ich zumindest Leuchterscheinungen, aber ein richtiges 
Bild der Kristallstruktur erhalte ich nicht. Die Leuchterscheinungen 
sind auch stark in Richtung Anodenanschluss verschoben und nicht mittig 
am Bildschirm.

Hier sieht man ein kurzes Video davon: 
https://stoppi-homemade-physics.de/fem/

Es kann also gut sein, dass der Leuchtbildschirm unzureichend mit der 
Anode elektrisch leitend verbunden ist. Ob ich daher noch mehr Barium 
verdampfen muss, weiß ich nicht genau.

Vielleicht hat ja jemand von euch bereits Erfahrungen mit einem FEM der 
Firma Leybold und kann mir einen Tipp geben. Vielen Dank im voraus...

Ich werde mich aber noch ein wenig spielen mit dem Setup. Die 
Leuchterscheinungen treten auch erst bei Anodenspannungen um die 8 kV 
auf, also bei schon recht hoher Spannung. Eventuell ist dies auch schon 
ein Zeichen für eine defekte/unbrauchbare Spitze. Denn je abgeflachter 
sie ist, umso höher muss die Anodenspannung sein...

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei Experimente zum Thema stehende Wellen und zwar konkret Seilwellen. 
Einmal mit zwei kleinen Elektromotoren und dann mit nur einem stärkeren 
Motor und einem drehbar gelagerten Seilende.

Schön sieht man die Grundschwingung bzw. die Oberschwingungen...

Mehr Information: https://stoppi-homemade-physics.de/seilwellen/

[Christoph E. (stoppi)]

Derzeit setze ich zwei Experimente um und zwar einmal die Bestimmung der 
Elementarladung mittels Elektrolyse und dann die Bestimmung von 
Trägheitsmomenten mittels Torsionspendel.

Für den Elektrolyseversuch habe ich mir Kupfersulphat besorgt. An der 
Kathode wird dann Kupfer abgeschieden. Aus der Massenzunahme, der 
Molmasse von Kupfer und der geflossenen elektrischen Ladung (Stromstärke 
mal Zeit) lässt sich dann die Elementarladung e ermitteln.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/elektrolyse-elementarladung/

Das Torsionspendel baue ich weitestgehend aus Teilen von Amazon auf. Der 
mechanische Aufbau ist eigentlich fertig. Jetzt benötige ich nur noch 
einen Kraftmesser zur Bestimmung des Richtmoments R = T/phi.

Aus der Periodensauer tau der Torsionsschwingungen lässt sich dann das 
Trägheitsmoment I ermitteln...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/torsionspendel/

[Christoph E. (stoppi)]

So, die beiden Experimente zum Torsionspendel sind im Kasten. Zuerst 
habe ich über das notwendige Drehmoment T das Richtmoment R des 
Torsionspendels bestimmt. Ich komme auf einen Wert von 0.055 Nm/rad.

Danach bestimme ich die Periodendauer Tau der Schwingung in Abhängigkeit 
von der Position der beiden Bleikugeln. Mittels Tau und R kann ich das 
Trägheitsmoment I der beiden Kugeln experimentell bestimmen. Dieses 
sollte näherungsweise I_th = 2*m*d² sein. Zum Schluss vergleiche ich 
Experiment und Theorie. Die beiden Werte I_th und I_exp für das 
Trägheitsmoment der beiden Kugeln liegen sehr nahe beisammen, Heureka 
;-)

Mehr Informationen inkl. Videos: 
https://stoppi-homemade-physics.de/torsionspendel/

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich den Versuch zur Bestimmung der Elementarladung 
mittels Elektrolyse durchführen. Dazu habe ich rund 130 g Kupfersulfat 
in 500 ml destillierten Wasser aufgelöst. Die beiden Kupferelektroden 
habe ich dann bei einer Stromstärke von I = 0.5 A für rund 1-3/4 Stunden 
in die Lösung getaucht.

Die Elektroden habe ich mit meiner Milligrammwaage vor und nach dem 
Experiment gewogen. Die Kathode wurde rund 1 g schwerer, die Anode 1 g 
leichter.

Damit konnte ich die Elementarladung e zu 1.63 * 10^-19 C bestimmen. Die 
Abweichung vom Sollwert 1.602 * 10^-19 C beträgt somit lediglich 1.7%, 
was mich mehr als erstaunt. In diesem Sinne wieder Heureka ;-)

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/elektrolyse-elementarladung/

[Frank M. (ukw) (Moderator)]

Christoph E. schrieb:
> Die Abweichung vom Sollwert 1.602 * 10^-19 C beträgt somit lediglich
> 1.7%, was mich mehr als erstaunt.

Kannst Du eine Fehlerabschätzung Deines ermittelten Wertes machen? Dann 
gäbe es auch eine Begründung dafür, ob die 1.7% tatsächlich gut oder 
schlecht sind ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

@Frank: Die Unsicherheiten der Einzelmessungen kann ich nur abschätzen. 
Gehe ich etwa von einer Stromstärke von 0.51 A statt 0.5 A, von 10 sek 
Zeitungenauigkeit und einer Massenungenauigkeit von ca. 0.05 g aus, 
erhalte ich einen ungünstigsten Wert für e von 1.77 * 10^-19 C.

Im Moment bin ich gerade noch dabei, das Rubensrohr zur Sichtbarmachung 
stehender Wellen mittels Flammen umzusetzen.

Ofenrohr, Butangas, Schlauch, Lautsprecher und Verstärker sind bereits 
besorgt. Im Moment lasse ich mir gerade die Rohrstopfen 3d-drucken. 
Besorgen muss ich mir noch ein Ventil für die Gasdose und die bestellten 
Messingadapter sind auch schon auf dem Weg zu mir...

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Apropos Rohr. Da gibt's doch noch diesen Wirbelstrombremsversuch.

Ich habe mir 10 Stück von diesen kräftigen Neodymmagnete bestellt und 
sie am Stück durch ein 1m langes Aluminiumrohr aus dem Baumarkt fallen 
gelassen.

Man spürt deutlich eine Verzögerung von etwa 3 Sekunden, bevor die 
Permanentmagnete wie von Geisterhand unten aus dem Rohr wieder 
rausfallen.

👻

[Christoph E. (stoppi)]

Ein einfacher Versuch für Zwischendurch: Siedepunkterhöhung durch Salz. 
Salz reduziert ja den Dampfdruck von Wasser. Daher liegt der 
Gefrierpunkt von Salzwasser tiefer als 0°C und der Siedepunkt höher als 
100°C.

Ich habe einfach mit einem Wasserkocher die Siedetemperatur in 
Abhängigkeit von der Salzkonzentration ermittelt.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/dampfdruckkurve/

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> Siedepunkterhöhung durch Salz.

Daher verkürzt Salz im Wasser die Kochzeit von Kartoffeln.

[Christoph E. (stoppi)]

Ein kurzer Zwischenbericht über die aktuell anstehenden Projekte. Viele 
offene Baustellen habe ich ja nicht mehr, da mir ehrlich gesagt die 
Ideen für neue Experimente schön langsam ausgehen.

1.) Atwoodsche Fallmaschine: Diese besteht lediglich aus zwei Rollen und 
zwei über ein Seil miteinander verbundenen Massen M und m. Lässt man 
diese los, beschleunigen beide mit a = g * (M - m) / (M + m). Die 
gleichmäßig beschleunigte Bewegung werde ich mit der Software Tracker 
analysieren...

2.) Thermische Längenausdehnung: Bei diesem Experiment werde ich ein 
Messingrohr mittels heißem Wasser auf eine höhere Temperatur bringen und 
mit einer Messuhr (1/100 mm Auflösung) die Längenänderung erfassen. 
Daraus ergibt sich dann der Ausdehnungskoeffizient. Die dafür benötigten 
Teile sind gerade aus China zu mir unterwegs.

3.) Pronyscher Zaum: Damit lässt sich das Drehmoment eines Motors 
bestimmen. Eine Holzleiste klemmt die Motorenachse verschieden stark und 
mittels am Ende der Holzleiste befindlicher Federwaage bestimme ich die 
Kraft F bzw. das Drehmoment T in Abhängigkeit von der Drehzahl f. Zudem 
kann mittels T und f auch noch die Leistung P des Motors ermittelt 
werden.

[Joe G. (feinmechaniker)]

Ich hatte vor einiger Zeit mal die Aufgabe Drehzahl- 
Drehmomentkennlinien zu messen. Das einfache Verfahren der Bremse über 
Holzbacken war nicht wirklich genau und reproduzierbar. Eine Aluscheibe 
auf der Achse, mit starken Neodym-Magneten als Wirbelstrombremse, war 
sehr viel genauer. Das Bremsmoment kann prima über den Abstand der 
Magnete zur Aluscheibe eingestellt werden.

[Christoph M. (mchris)]

>3.) Pronyscher Zaum: Damit lässt sich das Drehmoment eines Motors
>bestimmen. Eine Holzleiste klemmt die Motorenachse verschieden stark und
>mittels am Ende der Holzleiste befindlicher Federwaage bestimme ich die
>Kraft F bzw. das Drehmoment T in Abhängigkeit von der Drehzahl f. Zudem
>kann mittels T und f auch noch die Leistung P des Motors ermittelt
>werden.

Da könnte es ein Problem mit der Unwucht der Achse geben. Ich kenne eine 
professionelle Drehmomentmessmaschine für Kleinmotoren, bei der ein 
Faden einmal um die Achse gewickelt wird und dann der Faden so lange 
gespannt wird, bis der Motor steht. Aus dem Durchmesser der Achse und 
der Fadenspannung wird dann das Drehmoment berechnet.

[Christoph E. (stoppi)]

@Joe: Wie misst du dann mit der Wirbelstrombremse das Drehmoment?

Holzleisten aus Buche für den Pronyschen Zaum habe ich besorgt. Ich 
werde aber anstelle von Federwaagen einfach eine Waage verwenden. Das 
erleichtert die Sache um einiges...

Die benötigten Teile für das Rubensrohr und die Atwoodsche Fallmaschine 
sind eigentlich auch alle jetzt vorhanden.

Und dann habe ich in letzter Zeit immer wieder einmal physikalische 
Spielereien, welche günstig auf Amazon, aliexpress oder ebay erhältlich 
sind, gekauft. Konkret ein Newtonsches Pendel (habe gleich mehrere für 
mein Wellenpendel besorgt), Sublimation von Iod, schwebender 
Kugelschreiber, Plasmakugel, Tensegrity-Skulptur, Miniteslaspulen, 
Ultraschall-Levitation und Magdeburger Halbkugeln.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/physik-gadgets/

[Christoph E. (stoppi)]

Den Versuch zur Atwoodschen Fallmaschine konnte ich heute am Vormittag 
durchführen. Ich wählte eine Gesamtmasse von M + m von 300 g und 
steigerte die Differenz M - m.

Mit der Software Tracker habe ich dann die beschleunigte Bewegung 
analysiert und aus den v(t)-Diagrammen jeweils die Beschleunigung a 
ermittelt. Diese liegt systematisch unter dem theoretischen Wert von a = 
g * (M - m) / (M + m).

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/atwoodsche-fallmaschine/

[Christoph E. (stoppi)]

Am Tag des Herren konnte ich das Experiment zum Pronyschen Zaum 
durchführen. Dabei geht es ja, das Drehmoment T und die Leistung P eines 
Motors in Abhängigkeit von seiner Drehzahl f zu bestimmen. Klar war, 
dass bei zunehmender Klemmung des Holzbalkens die Drehzahl abnimmt und 
die Kraft bzw. das Drehmoment zunimmt.

Die verschieden starke Klemmung war dann gar nicht so einfach zu 
realisieren, denn drehte ich die Flügelmutter zu stark an, blockierte 
der Motor komplett. Ganz niedrige Drehzahlen waren also recht schwer zu 
erzielen.

Insgesamt bin ich aber mit den Ergebnissen zufrieden. Das Drehmoment 
steigt scheinbar linear mit abnehmender Frequenz an und die 
Leistungskurve besitzt ein ausgeprägtes Maximum bei ca. mittlerer 
Drehzahl.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/pronyscher-zaum/

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Und dann habe ich in letzter Zeit immer wieder einmal physikalische
> Spielereien, welche günstig auf Amazon, aliexpress oder ebay erhältlich
> sind, gekauft.

Deine Anti-Gravity-Dynamic-Balance-LEGO-Creator-Skulptur für Euro 7,72 
hat mich total geflasht. Diese Konstruktion habe ich mal im Rahmen 
meiner legotechnischen Möglichkeiten nachgebaut.

Der Schwebeeffekt verstärkt sich sogar noch, wenn man statt 
Kettenglieder einfach nur schwarze dünne Bindfäden verwendet. Erstens 
habe ich keine Kettenglieder, zweitens sieht man die Bindfäden nicht so 
auffällig auf schwarzem Hintergrund und drittens können Bindfäden nur 
auf Zugkraft beansprucht werden. Kettenglieder könnte man ja mit Loctite 
verkleben und somit heimlich schummeln ;-)

Ich kann sogar noch eine 100g Tafel Schokolade auf das schwebende Teil 
legen und es schwebt trotzdem automatisch noch weiter, aber viel mehr an 
Gewicht geht nicht!

Die Schokolade habe ich jetzt gerade leider schon verzehrt, aber ich 
versuche die Schwebekonstruktion noch etwas mechanisch zu verstärken, 
damit auch noch eine 300g Milka Schokolade sicher schweben kann. Das 
sieht dann noch spektakulärer aus :-)

[Christoph M. (mchris)]

Christoph E. (stoppi)
>Insgesamt bin ich aber mit den Ergebnissen zufrieden. Das Drehmoment
>steigt scheinbar linear mit abnehmender Frequenz an und die
>Leistungskurve besitzt ein ausgeprägtes Maximum bei ca. mittlerer
>Drehzahl.

Ja, das entspricht ziemlich genau dem Motormodell eines Permantmagnet 
Gleichstrommotors und wird durch die zunehmende BEMF des Motors erzeugt.

https://www.heise.de/select/make/2016/6/1482398401198797

[Christoph E. (stoppi)]

@ Michael: Freut mich, dass ich dich mit einem meiner Beiträge zum 
Experimentieren animieren konnte...

@mchris: Danke für den Link zum Drehmoment eines Elektromotors. Dann 
scheinen ja meine Messungen nicht komplett verkehrt zu sein ;-)

Einfacher Versuch zur Bestimmung der Schmelzwärme von Wasser. Die dafür 
benötigten Dinge hat wohl fast ein jeder zuhause. Gefrorenes Wasser aus 
dem Tiefkühlfach, Waage, Thermometer und Wasserkocher. Ich komme auf 
einen Wert von 346 kJ/kg; der Sollwert liegt bei 333 kJ/kg.

Für die Bestimmung der Verdampfungswärme von Wasser habe ich mir heute 
einen gebrauchten Tauchsieder mit 300 W gekauft. Die Verdampfungswärme 
von Wasser liegt ja bei beachtlichen 2260 kJ/kg. Damit könnte man 
hypothetisch 1 kg Wasser um 500°C erwärmen...

Dann bastel ich mir gerade ein Osmometer zur Bestimmung des osmotischen 
Drucks. Als Diaphragma verwende ich Dialyseschlauch von Aliexpress für 
rund 7 Euro. Für die Kammer + Steigrohr kommen Plexiglasteile zum 
Einsatz.

Für Elektrolyseversuche habe ich mir 15%ige Schwefelsäure bestellt. Die 
müsste auch bald ankommen. Grafitelektroden hatte ich bereits zuhause. 
Zum Auffangen des Wasserstoffs kaufte ich mir auf Amazon noch einen 
billigen Zersetzungsapparat. Mit dem gewonnenen Wasserstoff betreibe ich 
eine Brennstoffzelle. Diese konnte ich um 15 Euro auf der 
österreichischen Verkaufsplattform www.willhaben.at gebraucht ergattern.

Und dann möchte ich noch das Experiment "Venturirohr - 
Bernoulligleichung" durchführen. Ebenfalls auf Aliexpress gibt es um 
nicht einmal 5 Euro Venturidüsen. An die klebe ich dann noch zwei 
Schlauchtüllen für 3 U-Rohr-Manometer an. Damit kann ich den Unterdruck 
am Ort der Engstelle anzeigen.

Mit einer gebraucht gekauften Hot wheels Autobahn habe ich 3 Experimente 
durchführen können. Einmal die gleichförmige Bewegung (v = konstant), 
dann die gleichmäßig beschleunigte Bewegung mittels schiefer Ebene und 
zuletzt noch einen Versuch zum Looping mit der Frage, aus welcher Höhe h 
das Auto zumindest losgelassen werden muss, damit es den Looping mit dem 
Radius r vollständig durchfährt. Ohne Rotationsenergie liefert die 
Theorie einen Wert von h > 2.5 * r. In der Praxis war es deutlich 
höher...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/physik-mit-hot-wheels/

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern kam der 300 W Tauchsieder bei mir an und so konnte ich damit 
unter Verwendung meiner Arduino-Waage die Verdampfungswärme von Wasser 
experimentell bestimmen.

Der Masseverlust betrug rund 7 g/min. Dies ergibt dann eine 
Verdampfungswärme von 2 575 000 J/kg. Der Sollwert beträgt 2 260 000 
J/kg und somit die prozentuelle Abweichung 14%. Das ist nicht gerade 
berauschend aber vielleicht erhält ja einer von euch ein wesentlich 
besseres Ergebnis ;-)

P.S.: Das Display hat deshalb so einen dermaßen schlechten Kontrast, 
weil alle meine 9V-Batterien fast leer waren...

[Christoph E. (stoppi)]

Thermoelektrischer Generator basierend auf dem Seebeckeffekt unter 
Verwendung eines Peltierelements. Dieses befindet sich zwischen zwei 
Aluminiumblechen, welche in Eiswasser bzw. heißes Wasser getaucht 
werden. Dadurch erzeugt das Peltierelement eine Spannung von ca. 0.5V 
welche gerade ausreicht, einen Solarmotor anzutreiben...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/seebeck-effekt/

[Torsten B. (butterbrotstern)]

> und somit die prozentuelle Abweichung 14%.
Hast Du die 300W als gegeben angenommen?  Nachmessen!

In Dampf steckt unglaublich viel Energie!

[Thomas W. (ratos)]

Christoph E. schrieb:
> Der Sollwert beträgt 2 260 000
> J/kg und somit die prozentuelle Abweichung 14%. Das ist nicht gerade
> berauschend aber vielleicht erhält ja einer von euch ein wesentlich
> besseres Ergebnis ;-)

Die Einfachheit des Experiments hat mich motiviert, es mal selbst 
auszuprobieren :)
Mit Wasserkocher, Energiekostenmessgerät und Küchenwaage habe ich nur 1% 
Abweichung erhalten.
Ich habe den Wasserkocher vor und nach einer Minute sieden gewogen 
(währenddessen gibt es so starke Erschütterungen, dass die Waage Mist 
anzeigt). Ein Verlust von 46g mit 1745W Leistung ergibt 2276J/g.
Das war aber sehr viel Glück, denn die Genauigkeit der Leistungsmessung 
und der Küchenwaage dürfte eher schlecht sein. Außerdem ist die 
Zeitmessung fehlerbehaftet, da es beim Einschalten noch eine sehr kurze 
Aufheizphase gibt.

Leider habe ich keinen Tauchsieder, sonst könnte ich mal einen Versuch 
mit einer Thermosflasche machen, um anderweitige Wärmeverluste zu 
minimieren.

[Christoph E. (stoppi)]

Mein Osmometer ist fertig und auch schon mittels Experiment getestet. 
Ich wollte ja ursprünglich die Steighöhe h in Abhängigkeit von der 
Zuckerkonzentration ermitteln und erwartete eine direkte 
Proportionalität.

Eine Überschlagsrechnung zeigte aber, dass etwa bei einer Konzentration 
von einem Zuckerwürfel (m = 3.5 g) in der Osmometerkammer (V = ca. 75 
ml) die Steighöhe bereits mehr als 30 Meter (!) betragen würde. Also 
konnte ich mir diese Messungen aufzeichnen.

Stattdessen habe ich nun die Geschwindigkeit der Steighöhenzunahme bei 
unterschiedlicher Zuckerkonzentration experimentell überprüft. Zu 
erwarten war ein schnellerer Anstieg bei einer höheren Konzentration. 
Dies konnte ich auch messen, jedoch betrug die Steiggeschwindigkeit bei 
doppelter Konzentration NICHT das Doppelte...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/osmotischer-druck/

[Christoph E. (stoppi)]

Das Venturirohr konnte ich bereits testen. Der Unterdruck am Ort der 
Rohrverjüngung lässt sich schön anzeigen. An der breiten Stelle konnte 
jedoch keinerlei Höhenunterschied im U-Rohr-Manometer festgestellt 
werden. Dazu ist dort die Geschwindigkeit bzw. der dynamische Druck 
einfach zu klein...

Beim Stöbern nach Physikprojekten im Internet bin ich auf die Fickschen 
Gesetze zur Diffusion gestoßen. Einen Versuch dazu möchte ich noch 
umsetzen. Dazu fülle ich eine Küvette zuerst mit Wasser und füge dann 
vorsichtig oberhalb eine Schicht gefärbtes Wasser (z.B. Methylenblau) 
hinzu, sodass sich die Schichten noch nicht vermischen. Mit einem Laser 
und einer Photodiode montiert an einem DVD-Laufwerk scanne ich die 
Küvette von unten nach oben ab und bestimme jeweils die Abschwächung des 
Laserstrahls. Dies wiederhole ich beliebig oft. Auf diese Weise erhalte 
ich Konzentrationsprofile. Die anfängliche Stufenfunktion sollte sich 
dann in eine horizontale Gerade (= gleiche Konzentration überall) 
umwandeln.

Die Ansteuerung des DVD-Laufwerks habe ich bereits umgesetzt und soweit 
funktioniert alles bestens. Jetzt fehlt nur noch der finale Aufbau und 
ein Testlauf mit einem Farbstoff.

[Christoph E. (stoppi)]

So, der Diffusionsapparat ist fertig. Ich habe es einmal mit blauer 
Lebensmittelfarbe gemischt mit etwas Ahornsirup probiert. Das löst sich 
leider auch nach einem halben Tag nicht auf. Deshalb bin ich auf 
Kaliumpermanganat umgeschwenkt. Testweise habe ich einmal eine Küvette 
unten mit der Kaliumpermanganatlösung aufgefüllt. Jetzt kontrolliere ich 
den Auflösungsvorgang um später zu wissen, wie viele Scans ich mit 
welcher Pause dazwischen durchführen muss.

Methylenblau habe ich aber zur Sicherheit auch noch auf ebay bestellt. 
Das kommt allerdings erst in ca. 3 Wochen an.

Der Aufbau für die thermische Längenausdehnung ist eigentlich auch 
bereits fertig. Jetzt warte ich nur noch, bis der Wärmeleitkleber zum 
Befestigen des Thermosensors hart geworden ist bzw. auch der Holzleim 
zum Kleben der Rohrführung trocknet.

[Christoph E. (stoppi)]

Am Tag des Herren sollst du ruh'n oder ein Experiment tun...

Heute konnte ich den thermischen Längenausdehnungskoeffizienten von 
Messing bestimmen. Zunächst pumpte ich immer heißer werdendes Wasser 
durch das Messingrohr. Bei schließlich 88.4°C schaltete ich Pumpe und 
Wasserkocher aus und Begann mit der Messung der Länge in Abhängigkeit 
von der Temperatur. Trägt man L - L0 gegen T - T0 auf (wobei T0 = 30°C 
war), so erhalte ich einen annähernd linearen Verlauf. Aus der Steigung 
k = L0 * alpha lässt sich dann der Ausdehnungskoeffizient ermitteln.

Ich komme auf einen Wert von 2.10 * 10^-5 1/°C. Der Literaturwert liegt 
bei 1.9 * 10^-5 1/°C. Mit der Abweichung von rund 10% kann ich mehr als 
leben, Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/laengenausdehnung/

P.S.: Es ist wirklich verblüffend wie wenig lesenswert meine Beiträge 
hier bewertet werden. Wenn ich das vergleiche mit vielen absoluten 
Schund hier, der auf mehr Resonanz stößt. Werde mir künftig sehr genau 
überlegen, hier im Forum noch weiter meine experimentellen Ergebnisse zu 
veröffentlichen...

[Steffen W. (derwarze)]

Christoph E. schrieb:
> Werde mir künftig sehr genau
> überlegen, hier im Forum noch weiter meine experimentellen Ergebnisse zu
> veröffentlichen...

Mach das bloß nicht. Finde es toll wie Du Dich für das anschauliche 
Physikerleben engagierst. Erinnert mich immer bissel an meine Schulzeit 
wo mein Physiklehrer auch immer an den Experimenten mit uns in der 
PhysikAG arbeitete und das dann auch in den Unterricht brachte. So was 
ist heute offenbar sehr selten.
Um so wichtiger ist Deine Arbeit die hoffentlich manchen Mitleser 
inspiriert. Kann diesen Thread nur jeden Physikleher und den die es mal 
werden wollen empfehlen damit sie sich Anregungen für den Unterricht 
holen.

>Wenn ich das vergleiche mit vielen absoluten
>Schund hier, der auf mehr Resonanz stößt.

Denke das sind oft 'Umkämpfte' Themen die entsprechend die Emotionen und 
so auch die Bewertungen hochbringen. Und bei manchen dieser sieht man 
das da einige gewaltig Nachholbedarf in Sachen Physik haben.
Die Sachen die einfach gut sind werden als Normal betrachtet und gelesen 
und nicht so bewertet.

Also las Dir nicht die Energie rauben, mach weiter.

[Christoph E. (stoppi)]

Hallo Steffen, vielen Dank für deine netten Worte...

>Die Sachen die einfach gut sind werden als Normal betrachtet und gelesen
>und nicht so bewertet.

Da stimme ich dir völlig zu. Dies führt dann aber leider dazu, dass fast 
nur emotionale Themen (ohne wirklichen Tiefgang oder Substanz) mehr 
(positives) Feedback erlangen als jene, die es eigentlich weitaus mehr 
verdienen würden.

Man darf nicht vergessen, hinter (fast) jedem neuen Beitrag hier von mir 
stecken zig Stunden "Arbeit". Aber vermutlich tritt bei der Vielzahl an 
Beiträgen eine gewisse Gewöhnung ein und man vergisst eigentlich, dass 
der Aufwand meinerseits nach wie vor sehr hoch bleibt. Dann aber kaum 
positive Rückmeldung zu bekommen, frustriert halt mal mehr mal weniger.

Und damit ich hier nicht auch nur schwafel, meine aktuellsten Ergebnisse 
zum Diffusions-Versuch und den Fick'schen Gesetzen. Im ersten Versuch 
habe ich die anfängliche Konzentration Kaliumpermanganat am Boden der 
wassergefüllten Küvette viel zu hoch gewählt. Dadurch erfasste die 
Photodiode selbst bei maximaler Verteilung/Diffusion keinerlei 
Laserlicht. Im zweiten Anlauf habe ich dann stark verdünnte 
Kaliumpermanganatlösung in die Küvette gegeben. Da war dann die 
Absorption des Laserstrahls deutlich geringer und ich erhielt ziemlich 
gut "Konzentrationsverläufe", wie sie eben von der Theorie her zu 
erwarten wären. Heureka...

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Ein kleiner 3D-Holografieprojektor für bewegte Bilder für's Smartphone 
lässt sich einfach aus einer durchsichtigen 
Schokoladendropsplastikschachtel basteln.

Dazu zerschneidet man den durchsichtigen Deckel zu einer 
Projektionsfläche und klebt ihn im 45° Winkel in die durchsichtige 
Schachtel und erhält somit den 3D-Effekt-Projektor. Damit sich das Video 
im Smartphone gut auf der Projektionsfläche spiegeln kann, klebt man 
noch schwarzen Karton hinter die Projektionsfläche.

Ein 10 sekündiges Beispielvideo mit einem schwimmenden Goldfisch auf 
schwarzem Hintergrund gibt's bei YouTube unter "goldfish black 
background":

https://youtu.be/qUqYBXNyfLI?si=iA7PAVWTlinpEZ0j

Damit das Video in einer Endlosschleife läuft, muss man unter 
zusätzliche Einstellungen (roter Kreis) auf "Video wiederholen" klicken!

Das Smartphone sollte für eine gute Bildwiedergabe unter Einstellungen / 
Anzeige auf maximale Helligkeit gestellt werden!

Wer ein Videoschneideprogramm hat, kann sich in der bevorstehenden 
Halloweenzeit seine eigenen Horrorgesichtervideos auf schwarzem 
Hintergrund selbst erzeugen ;-)

🎃

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen lieben Dank für die Lesenswert-Bewertungen ;-)

Einen netten Freihandversuch zum Thema Serien-/Reihenschaltung und 
elektrische Leistung hätte ich noch. Man benötigt nur drei 
12V-Halogenlampen mit stark unterschiedlicher Leistung. Ich verwendete 
ein 5W-, 20W- und 50W-Modell. Normalerweise schließt man die drei Lampen 
ja parallel an die 12V an. Dann leuchtet die 50W-Birne logischerweise am 
hellsten.

Was passiert aber, wenn man die 3 Lampen in Serie an 12V anschließt?

Nun, bei einer Serienschaltung steigt der Spannungsabfall mit 
zunehmenden Widerstand. Die 5W-Lampe hat mit Abstand den größten 
Widerstand und daher fällt an ihr die meiste Spannung von den 12V ab. 
Sie leuchtet mittelhell, während die 20W- und 50W-Birnen dunkel bleiben. 
Dies lässt sich auch sehr schnell rechnerisch zeigen...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

Dann habe ich mich noch ein wenig mit Elektrolyse gespielt und für 
Versuche eine 15%ige Schwefelsäure besorgt (höher konzentrierte 
Schwefelsäure darf ja nicht mehr an Privatpersonen verkauft werden).

Mit normalen Leitungswasser und Graphitelektroden ist die erzeugte Menge 
Wasserstoff und Sauerstoff sehr gering. Mit Schwefelsäure als Elektrolyt 
steigt die H2-Produktion aber deutlich an und auch die Stromstärke 
erhöht sich massiv.

Über der Kathode sollte sich eigentlich doppelt so viel Wasserstoff 
bilden wie Sauerstoff über der Anode. Dies habe ich mit einem äußerst 
günstigen Elektrolyseapparat von Amazon überprüft und konnte es auch 
bestätigen.

Mit dem erzeugten Wasserstoff möchte ich eine Brennstoffzelle betreiben. 
Dazu habe ich mir eine gebrauchte auf www.willhaben.at gekauft und eine 
weitere auf aliexpress bestellt. Damit möchte ich dann einen Solarmotor 
betreiben.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/elektrolyse-brennstoffzelle/

Und zuguterletzt möchte ich die Geschwindigkeit von Alphateilchen 
bestimmen. Dazu schieße ich sie in ein elektrisches (vertikal) und 
magnetisches Feld (horizontal) ein. Bei einer bestimmten Spannung U an 
den Kondensatorplatten und einer bestimmten Flussdichte B innerhalb der 
Helmholtspulen sollten die Alphateilchen unabgelenkt den Geigerzähler 
erreichen. Aus der Spannung U an den Kondensatorplatten und dem 
Magnetfeld B der Helmholtzspulen lässt sich dann die Geschwindigkeit v 
ermitteln zu v = U / (d*B).

Als Helmholtzspule habe ich eine vom Elektronenspinresonanz-Versuch 
genommen und an die Kondensatorplatten lege ich eine Spannung meines 
kleinen Hochspannungsnetzteils (mit CCFL-Inverter) an. Ein erster Test 
verlief aber ernüchternd. Der Abstand Alphastrahler-Endfensterzählrohr 
ist leider durch die Anordnung bedingt zu groß. Die Zählrate ist auch 
ohne E- und B-Feld nur noch sehr gering. Zudem besitzen die 
Alphateilchen durch den langen Weg in der Luft stark unterschiedliche 
Geschwindigkeiten.

Ich werde es daher mit meiner großen Helmholtzspule probieren und nicht 
so langen Kondensatorplatten. Mal schauen, ob das dann funktioniert...

[Christoph E. (stoppi)]

So, kurzer Nachtrag zum Experiment "Alphateilchengeschwindigkeit". Die 
kleine Helmholtzspule führte ja nicht zum Erfolg, da der minimale 
Abstand Alphastrahler-Zählrohr bereits zu groß war.

Also dachte ich mir eben, ich verwende meine große Helmholtzspule (r = 5 
cm) und verfrachte Geigerzähleröffnung und Alphastrahler in den 
Kondensatorplattenzwischenraum. So könnte ich ohne Probleme den Abstand 
auf z.B. 1 cm reduzieren und es würden noch sehr viele und annähernd 
gleich schnelle Alphateilchen den Detektor erreichen.

Heute habe ich mir dann einmal den Krümmungsradius nur im Magnetfeld 
ausgerechnet und komme auf 113 m! Dies würde bedeuten, dass nur im 
Magnetfeld die Alphateilchen nach 1 cm horizontaler Strecke eine 
vertikale Strecke von lediglich 0.4 µm zurücklegen. Das bedeutet aber, 
dass egal wie ich das elektrische bzw. magnetische Feld in gewissen 
machbaren Grenzen einstelle, es können eigentlich alle Alphateilchen 
einen z.B. 2 mm hohen Schlitz vor dem Zählrohr passieren. Ich würde also 
keinerlei Änderung der Zählrate feststellen können, wenn ich das E- 
und/oder B-Feld ändere.

Gedacht war ja, dass ich ohne E- und B-Feld eine hohe Zählrate erhalte. 
Wenn ich dann z.B. nur das B-Feld einschalte, sinkt die Zählrate massiv 
ab. Und durch Veränderung der Spannung am Kondensator kann ich die 
Zählrate wieder deutlich erhöhen, wenn die Alphateilchen unabgelenkt 
durch die beiden Felder fliegen. Diesen Plan kann ich mir jetzt aber 
komplett aufzeichnen.

Mit Betastrahlen (Elektronen) wäre der Krümmungsradius viel, viel 
kleiner und ich könnte diesen Versuch durchführen (habe ich auch schon 
mit meiner Betaspektroskopie). Nur Betastrahlen besitzen nicht nur eine 
kinetische Energie sondern ein Geschwindigkeitsspektrum. Also auch nicht 
für diesen Aufbau geeignet.

Ich denke mir, dass ich also diesen Versuch vergessen kann. Wenn jemand 
von euch eine Idee hat, wie ich die Geschwindigkeit der Alphateilchen 
ermitteln kann, nur her damit ;-)

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/alphateilchen-geschwindigkeit/

[Christoph E. (stoppi)]

Der Versuch "Rubensrohr" wartete auch schon auf seine Umsetzung. Heute 
konnte ich den Aufbau finalisieren und einen ersten Versuch starten. Bei 
Verwendung von Gas habe ich ja immer ein mulmiges Gefühl und deshalb 
habe ich mich lange gegen die Umsetzung dieses Experiments gesträubt.

Die richtige Einstellung der Lautstärke und der Gaszufuhr ist gar nicht 
so einfach. Wenn die Lautstärke zu groß ist, pustet es mir aus allen 
Löchern das Gas stark heraus und ich erhalte nahezu kein Wellenmuster. 
Und ein schönes Muster erhalte ich im Moment auch nur bei rund 400 Hz. 
Verstelle ich am Funktionsgenerator die Frequenz, so wandert das Muster 
nicht wirklich wie ich es erhofft hatte. Gut, schöne Muster wird es wohl 
eh nur bei den Resonanzen geben...

Aber selbst bei 402 Hz stimmen Theorie und Experiment nicht wirklich 
schön überein. Laut Theorie sollte sich eine Wellenlänge von etwa 82 cm 
ergeben, experimentell messe ich 18 Löcher a 4 cm Abstand, also nur 72 
cm.

Ich werde mich der Sache aber noch annehmen und versuchen auch andere 
Frequenzen als 400 Hz schön als Muster abzubilden...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/rubensrohr/

P.S.: Vielleicht muss ich für eine gesteigerte Reflexion die 
3D-gedruckte Rohrkappe innen auch noch mit einer Aluscheibe auskleiden? 
Oder eventuell liefert mein Billigsdorfer-Signalgenerator auch kein 
schönes Signal und ich muss einen anderen ausprobieren? Dies werde ich 
aber alles noch überprüfen...

[Christoph M. (mchris)]

>"Rubensrohr"

Dazu passend:
https://www.youtube.com/watch?v=Q3oItpVa9fs
( Minute 3:31 )

[Christoph E. (stoppi)]

@mchris: Danke für den link.

Bzgl. Zu erwartender Wellenlängen: Die Schallgeschwindigkeit im Rohr ist 
mit Sicherheit nicht jene in Luft. Die Schallgeschwindigkeit in Butan 
bzw. Propan ist um einiges niedriger als in Luft. Von daher können die 
gemessenen Wellenlängen wieder gut passen.

Für f = 402 Hz und lambda = 0.72 m ergibt sich ein c = 289 m/s. Ich 
werde die Wellenlänge noch für andere Frequenzen bestimmen und dann die 
Schallgeschwindigkeit ausrechnen.

Die Schallgeschwindigkeit in Butan liegt bei nur ca. 210 m/s und in 
Propan bei 255 m/s.

Wenn man dann noch die Schallgeschwindigkeit von Luft mit 340 m/s 
heranzieht und die resultierende Schallgeschwindigkeit mittels 
prozentualer Einzelgeschwindigkeiten berechnet, könnte das mit 289 m/s 
wieder gut stimmen...

[Christoph E. (stoppi)]

Wie versprochen habe ich mit dem Rubensrohr noch die Wellenlänge für 
zwei weitere Frequenzen bestimmt. Für f = 277 Hz konnte ich eine 
Wellenlänge von 0.96 m ermitteln, für 400 Hz lag lambda bei 0.68 m und 
schließlich betrug die Wellenlänge für f = 624 Hz ca. 0.4 m.

Damit und mittels der Wellengleichung c = lambda * f konnte ich die 
Schallgeschwindigkeit zu 272 m/s, 266 m/s bzw. 250 m/s bestimmen.

Wie schon gesagt dürfte sich die Schallgeschwindigkeit als prozentuale 
Mittelung über c in Luft (342 m/s), Butan (220 m/s) und Propan (258 m/s) 
ergeben. Somit sind meine Ergebnisse durchaus plausibel.

Damit ist dieses durch das Gas nicht ganz ungefährliche Physikprojekt 
abgeschlossen und ich kann mich auf ein neues stürzen ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Ein spannender Versuch für Zwischendurch zum Kohärer-Effekt 
(https://de.wikipedia.org/wiki/Koh%C3%A4rer):

Man benötigt nur einen Plastikbecher, Aluminiumfolie, Batterie oder 
Netzgerät, eine LED und ein Stabfeuerzeug.

In den Becher kommen mehrere Aluminiumkugeln und zwei Elektroden 
ebenfalls aus Aluminiumfolie. Diesen "Schalter" verbindet man mit einer 
LED und einer 1.5V Batterie. Zunächst darf die LED nicht leuchten. Hält 
man nun das Stabfeuerzeug über den Becher und betätigt dieses, so wird 
der Schalter durch die erzeugte elektromagnetische Welle geschlossen und 
die LED leuchtet. Dies funktioniert nicht aufgrund von Erschütterungen 
oder ähnlichem!

Einfach nachbauen und ausprobieren ;-)

Kurzes Video von mir dazu: 
https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Harald P. (haraldp)]

Der genannte Kohärereffekt (auch Frittereffekt genannt) ist tatsächlich 
seit Jahrzehnten bekannt. Als Jugendlicher (vor rund 60 Jahren) wollte 
ich mir damals damit eine primitive Funkfernsteuerung bauen. Als Fritter 
diente ein Glasröhrchen mit Eisenfeilspäne und 2 Elektroden. Das Gänze 
war aber extrem unzuverlässig und der elektromagnetische Impuls musste 
aus unmittelbarer Nähe kommen.
Harald

[Joe G. (feinmechaniker)]

Erstaunlich wie gut das mit Aluminium bzw. der Aluminiumoxidschicht 
funktioniert!

[Erich J. (erich24)]

wie wäre es  in einer Nebelkammer Fotos mit definierten Zeitintervallen 
aufzunehmen und dann den zeitlichen Verlauf der Spuren auszuwerten!
Gruß
Erich

[Dieter P. (low_pow)]

Die Versuche hier sind immer wieder aufs Neue spannend, auch wenn mir
dazu meist die "schulischen Grundlagen" fehlen.

Zum Kohärer-Effekt, das Stabfeuerzeug nutzt eingebaute Piezzo-Zündung,
der durch Druck erzeugte kurze Funke reicht.

Ein Stabfeuerzeug mit Lichtbogen müßte auch gehen, die "Reichweite"
des Lichtbogens dürfte aber nicht sehr groß sein.Mit einem alten
MW-Radio war schon nach wenigen Zentimetern nichts mehr zu hören.

Ein Lichtbogenfeuerzeug macht schon viel Krach, man hörts nur
nicht, weil die Frequenz des Lichtbogens im Ultraschallbereich liegt.
Durch die hohe Frequenz kann der eingebaute Hochspannungstrafo klein
gehalten werden.

Durch Zufall habe ich mal einen Fledermaus-Detektor ( von Franzis ) als
"Empfänger" probiert, die Reichweite des hier vorhandenen Lichtbogen-
Feuerzeugs war umwerfend, ( ca 2 m ! ).
Mit diesem US-Funkensender lassen sich dann auch Morsezeichen via
Ultraschall übertragen.

Einfach ausprobieren ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

@Erich24: Danke für den Vorschlag. Alphateilchen mit einer Energie von 
z.B. 5.5 MeV haben ja eine Geschwindigkeit von ca. 1.6 * 10^7 m/s, also 
c/20. Von daher erwarte ich eigentlich, dass die Nebelspur instantan an 
jeder Stelle entsteht. Aber dies könnte ich/man tatsächlich einmal 
überprüfen...

@Dieter: Danke für deinen Erfahrungsbericht zum Thema Kohärer-Effekt.

Mit Radioaktivität habe ich eigentlich schon länger nichts mehr gemacht. 
Unlängst versuchte ich dann aber den Comptoneffekt (benannt nach Arthur 
Compton, Physiknobelpreis 1927) experimentell nachzuweisen.

Beim Comptoneffekt geht es um die elastische Streuung von Gammaquanten 
an (freien) Elektronen. Bei diesem "Stoß" übertragen die Gammaquanten 
Energie und Impuls auf ein Elektron. Je größer der Streuwinkel, desto 
mehr Energie verliert das Gammaquant. Bei 180° ist dieser Übertrag 
maximal. Dies sieht man auch sehr schön im Energiespektrum bei der 
Gammaspektroskopie. Die auf die Elektronen übertragene Energie reicht 
von 0 bis zur sog. Comptonkante (entspricht dann dem Streuwinkel 180°).

Ich wollte aber die abgenommene Energie des Gammaquants erfassen. Aus 
diesem Grund streue ich diese in einem Thales-Aluminiumhalbkreis um 90°, 
bevor sie den Detektor (meinen Photomultiplier + Szintillationskristall) 
erreichen. Ursprünglich besitzen die Gammaquanten eine Energie von 59.4 
keV. Nach der Comptonstreuung um 90° nur noch 53.3 keV. Genau diese 
Energieabnahme konnte ich einigermaßen feststellen. Mein Peak liegt 
deutlich unterhalb der Ausgangsenergie, knapp über 50 keV, Heureka...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/comptoneffekt/

[Christoph E. (stoppi)]

In meinem uralten Experimentalphysikskriptum steht auch etwas zur 
Glühemission von Elektronen. Der Physiker Owen Willans Richardson (1879 
- 1959) bekam dafür den Nobelpreis 1928.

In der nach ihm benannten Richardson-Gleichung geht es um die 
Stromdichte (Stromstärke pro Fläche) durch Glühemission. Diese wächst 
natürlich sehr stark mit zunehmender Temperatur T an.

In ihr steckt auch die Ablösearbeit der Elektronen W_e. Je größer diese 
ist, desto kleiner die Stromdichte. In meinem Experiment habe ich 
mittels einer alten Elektronenröhre diese Ablösearbeit bestimmt, indem 
ich den Anodenstrom (= Stromdichte * Wendelfläche) in Abhängigkeit von 
der Temperatur der Glühwendel erfasst habe. Die Temperatur der Wendel 
bestimme ich aus deren Widerstand.

Trägt man ln(Ia/T²) gegen 1/T auf, so müsste man eine fallende Gerade 
erhalten. Genau dies war in meinem Fall sehr schön gegeben. Aus der 
Steigung ergibt sich dann zusammen mit der Boltzmannkonstante die 
Ablösearbeit W_e. Sie sollte für thoriertes Wolfram bei 2.6 - 2.7 eV 
liegen.

In meinem Experiment habe ich diesen Wert zu 2.43 eV ermittelt. Trotz 
der Abweichung vom Sollwert bin ich eigentlich zufrieden damit, 
Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/richardson-effekt/

[Christoph E. (stoppi)]

Zwei Experimente mit Laser zum sog. Babinetschen Prinzip. Dieses besagt, 
dass etwa das Beugungsbild eines Einzelspalts gleich ist jenem eines 
Haars, also quasi dem zum Spalt komplementären Beugungsobjekt. Genau 
dies habe ich experimentell überprüft.

Den Spalt habe ich mittels zweier Rasierklingen umgesetzt. Zuerst habe 
ich mit einem grünen Laser bekannter Wellenlänge die Spaltbreite b 
bestimmt. Sodann konnte ich mit dem bekannten Wert für b die unbekannte 
Wellenlänge eines roten Lasers ermitteln.

Und zu guter Letzt habe ich das Beugungsbild eines Haars ausgemessen und 
die Haardicke berechnet. Ich komme auf rund 80 µm.

Für das Beugungsbild von Einzelspalt und Haar gelten nach dem 
Babinetschen Prinzip dieselbe Formel!

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/babinetsches-prinzip/

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Zwei Experimente mit Laser

Das erinnert mich an das Doppelspaltexperiment aus der Quantenmechanik, 
was im Prinzip jeder zuhause nachbauen könnte. Das Doppelspaltexperiment 
wurde schon mal hier in diesem Forum behandelt und einige haben das 
sogar tatsächlich nachgebaut:

Beitrag "Doppelspltexperiment [Quantenmechanik] zuhause"

[Christoph E. (stoppi)]

@Michael: Danke für den Link. In diesem habe ich meine Variante des 
Doppelspaltexperiments mit der Erfassung einzelner Photonen mittels 
Photomultiplier vorgestellt. Ansonsten hat der Doppelspaltversuch noch 
nicht wirklich etwas mit Quantenphysik zu tun ;-)

Ich habe doch noch einige Physikprojekte auf der To-Do Liste und zwar:

1.) Quantenpunkte - quantum dots: Hier 
(https://www.jugend-forscht.de/projektdatenbank/quantenpunkte-aus-der-kueche.html) 
bin ich auf einen entsprechenden Jugend forscht Beitrag gestoßen.

Ameisensäure und Harnstoff habe ich mir schon besorgt. Bin gespannt auf 
die Ergebnisse...

2.) Funkeninduktor: Ein gekauftes Modell steht schon bei mir herum, nun 
möchte ich einen selber bauen. Dazu habe ich mir eine Hochspannungsspule 
(15000 Windungen) über Kleinanzeigen gekauft.

3.) Paulfalle: In einer Paul-Falle (auch Paul-Ionenkäfig) werden 
elektrisch geladene Teilchen mittels eines elektrischen Wechselfeldes 
gefangen gehalten. Der deutsche Physiker Wolfgang Paul erhielt für die 
Entwicklung den Physik-Nobelpreis 1989.

Hierfür habe ich mir Kugelelektroden (20 mm bzw. 30 mm Durchmesser) 
besorgt und ein 3 kV/50 Hz Trafo (mosquito killer) von aliexpress müsste 
nächste Woche ankommen

4.) Nach dem Motto "mit aliexpress um 10 Euro Physikforschung betreiben" 
bestellte ich mir einen Messaufbau zur Lichtbrechung. Damit möchte ich 
die Brechzahl n einer Zuckerlösung in Abhängigkeit von der Konzentration 
bestimmen. Es sollte gelten: n(c) = 1.333 + 0.0016 * c (in % g/ml)

Und zu guter Letzt noch ein Verweis auf meinen neuesten Homepage-Beitrag 
und zwar die Ermittlung der Induktivität L einer Spule auf 
unterschiedliche Arten: 
https://stoppi-homemade-physics.de/induktivitaet-l/

[Christoph E. (stoppi)]

So, den Versuch zur Bestimmung der Brechzahl n einer Zuckerlösung mit 
der Konzentration c konnte ich gestern noch durchführen. Ich habe 
allerdings nur eine einzige Konzentration um die 50% getestet.

Mein Ergebnis: n(c) = 1.320 + 0.00196 * c

Sollwerte: n(c) = 1.333 + 0.0017 * c

Damit ist bewiesen, dass man auch für nur 15 Euro "richtige" Physik 
betreiben kann, Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/brechungsindex-von-fluessigkeiten/

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Und zu guter Letzt noch ein Verweis auf meinen neuesten Homepage-Beitrag
> und zwar die Ermittlung der Induktivität L einer Spule auf
> unterschiedliche Arten:

Deine Versuche zur experimentellen Bestimmung der Induktivität sind sehr 
gut aufgebaut und anschaulich dokumentiert. Damit kann ein geneigter 
Experimentator wunderbar die Versuche nachvollziehen und selbst 
übernehmen.
Dennoch ein kleiner Hinweis von mir. Deine Experimente hatten alle eine 
kleine Ringkernspule eines geschlossenen Eisenkreises mit konstantem myr 
als Grundlage. Somit ist die Flussdichte über die mag. Feldstärke eine 
lineare Funktion und die ermittelte Induktivität eine Konstante. 
Vielleicht sollte man Einführend diesen Hinweis geben bzw. auf die 
allgemeine Abhängigkeit der magnetischen Permeabilität in Materie von 
der Feldstärke hinweisen.

[Christoph E. (stoppi)]

Das Experiment zu den Quantenpunkten (quantum dots) konnte ich 
inzwischen auch durchführen. Gleich vorweg: Die Herstellung ist nur in 
sehr gut durchlüfteten Räumen durchzuführen. Meine Küche war in einen 
Nebel aus verdampfter Ameisensäure verhüllt, nachdem ich die Lösung in 
der Mikrowelle erhitzte ;-)

Es bildeten sich aber braune, feste Rückstände und kleine Tröpfchen an 
der Wand meines kleinen Glaskolbens. Diese fluoreszierten auch sehr 
schön. Danach habe ich sie mit ein wenig destillierten Wasser ausgespült 
und filtriert. Beleuchtet man nun die fertige, klare Lösung mit den 
Quantenpunkten mit einer UV-Lampe, so erstrahlt diese im abgedunkelten 
Raum in einem wunderschönen Blau, Heureka...

Ich werde es auch noch mit Zitronensäure probieren in der Hoffnung, eine 
andere Fluoreszenzfarbe zu erhalten. Diese ergibt sich ja aus der 
Zusammensetzung der quantum dots und deren Größe.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/quantenpunkte-quantum-dots/

[Christoph M. (mchris)]

> Und zu guter Letzt noch ein Verweis auf meinen neuesten Homepage-Beitrag
> und zwar die Ermittlung der Induktivität L einer Spule auf
> unterschiedliche Arten:
> https://stoppi-homemade-physics.de/induktivitaet-l/

Apropos Spule:

Beitrag "Eine Frage, die 90% aller E-Techniker nicht oder falsch beantwortet"

Ok, die Leute die diesem Physik-Thread folgen, werden die Frage eher 
leicht beantworten können. Oft ist es aber so, dass die Leute meinen es 
zu wissen, aber trotzdem falsch liegen.

[Christoph E. (stoppi)]

Kurzer Nachtrag zu den Quantenpunkten: Habe im Drogeriemarkt noch 
Zitronensäure besorgt und den Versuch wieder mit 4 ml Säure und 2 g 
Harnstoff wiederholt. Rauchte wieder aus der Mikrowelle, aber für was 
sonst hat man die in der Küche stehen ;-)

Nun leuchten die Quantenpunkte schön gelblich-grün. Leider konnte ich 
die braunen Inhaltstoffe nicht mit dem Filter auffangen, sodass ich 
keine klare Lösung erhielt. In den bereits ausgespülten Glaskolben gab 
ich dann noch einmal etwas destilliertes Wasser, sodass ich eine 
einigermaßen klare und fluoreszierende Lösung erhielt.

Wer also keinen dichten, ätzenden Nebel in seiner Küche scheut, für den 
ist dieser Versuch sicher genau das Richtige...

Übrigens, für die Arbeiten zu den Quantenpunkten erhielten Moungi 
Bawendi, Louis Brus und Alexei Ekimov den Nobelpreis in Chemie 2023. Das 
Thema ist also brandaktuell.

[Christoph E. (stoppi)]

Einen günstigen Versuch zum Thema Optik - Brechungsindex hätte ich noch 
und zwar die Bestimmung der Dispersionskurve n(λ) konkret von Acrylglas.

Dazu habe ich mir ein günstiges Optikset auf Amazon gekauft. Enthalten 
war auch der für dieses Experiment benötigte Halbkreis aus Acrylglas. 
Als verschiedenfärbige Lichtquellen verwendete ich meine Diodenlaser mit 
einem Linienaufsatz.

Zuerst hatte ich vor, eine Winkelskala in mehr als 1 m Abstand zum 
Acrylglashalbkreis zu verwenden, damit ich eine größere Winkelauflösung 
erziele. Die zu erwartenden Winkelunterschiede waren nämlich extrem 
gering. Leider erhielt ich in keinster Weise eine schöne, gebrochene 
Laserlinie auf der weit entfernten Skala.

Daher musste ich mit meiner auf einer A4-Seite ausgedruckten Winkelskala 
das Auslangen finden. Der Einfallswinkel betrug für alle Laser 60°. Die 
zu erwartenden Ausfallswinkel lagen um die 35°. Der eingestellte 
Einfallswinkel musste natürlich für alle verwendeten Laser sehr genau 
stimmen. Hierzu habe ich eine dünne Linie beim Einfallswinkel 60° 
aufgemalt.

Die leicht unterschiedlichen Ausfallswinkel habe ich dann mit meinem 
Smartphone vergrößert fotografiert und dann mit der Software Tracker 
ausgewertet. Das genaue Prozedere habe ich auf meiner Homepage 
ausgeführt.

Für die Dispersionskurve n(λ) gibt es auch eine Gleichung, die 
sogenannte Cauchy-Gleichung. Ich habe ChatGPT nach den Koeffizienten 
dieser Gleichung für Acrylglas befragt und dann die so erhaltene, 
theoretische Dispersionskurve mit meiner verglichen. Die Übereinstimmung 
ist mehr als verblüffend, Heureka.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/dispersionskurve/

[Walta S. (walta)]

Die meisten Experimente gehen zwar über mein Physikwissen weit drüber, 
trotzdem schaue ich immer wider gerne hier rein.

Dankeschön
Walta

[Christoph E. (stoppi)]

@Walta: Freut mich zu hören, dass dir meine Seite Freude bereitet...

In einem sehr schönen Experiment gehe ich der Frage nach, welche 
elektrische Leistung ein Windrad in Abhängigkeit von der 
Windgeschwindigkeit liefert. Dazu habe ich mir ein günstiges Windrad auf 
Amazon gekauft.

An dieses schließe ich einen Lastwiderstand R = 150 Ohm (= ca. 
Innenwiderstand des Generators) und messe den Spannungsabfall U in 
Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit v. Für die erzeugte elektrische 
Leistung gilt dann P = U*I = U²/R.

Zu erwarten ist eine v³-Abhängigkeit von P, da der Luftwiderstand mit v² 
zunimmt und für die Leistung P = F * v gilt. Ich erhalte in der Tat 
experimentell eine schöne Funktion P = k * v³, Heureka...

Eine doppelte Windgeschwindigkeit liefert also die 8-fache Leistung!

Die Windgeschwindigkeiten betrugen maximal 10 m/s und gemessen habe ich 
sie mit einem Hitzdrahtanemometer, welches ich von einem sehr netten 
Forumsmitglied hier geschenkt bekommen habe :-)

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/windenergie/

[Rbx (rcx)]

Christoph E. schrieb:
> Eine doppelte Windgeschwindigkeit liefert also die 8-fache Leistung!

Hast du auch schon mal sowas hier getestet?
https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/windturbine-usa-angeblich-sechsfach-effizienter-windrad/

Mein Lieblings Paradebeispiel diesbezüglich ist aber eher der 
Termitenbau, also natürliche Kühlung bei heißem Wetter.

[Christoph E. (stoppi)]

@Rbx: Nein, die Windturbine aus den USA habe ich nicht getestet. Ist mir 
auch ein wenig zu sperrig für meine kleine Wohnung ;-)

Zum Wochenstart ein kleiner netter Versuch, der Leidenfrost-Effekt. Man 
benötigt nur eine klassische Herdplatte, eine Pipette und Wasser. Lässt 
man Wassertropfen auf die heiße Herdplatte fallen, so überleben die 
Tropfen deutlich länger als erwartet auf dieser und beginnen zu tanzen. 
Der Grund ist die sich zwischen Tropfen und Herdplatte bildende 
Dampfschicht, welche eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Der 
Tropfen schwebt dann quasi auf dieser wärmeisolierenden Schicht. Schöner 
Versuch für zuhause...

Das gleiche passiert dann auch, wenn man sich zum Beispiel flüssigen 
Stickstoff auf die Hand tropfen lässt. Hier ist dann die Hand sozusagen 
die heiße Herdplatte für den extrem kalten Stickstoff...

[Christoph E. (stoppi)]

Die Corioliskraft hatte ich bisher noch in keinem meiner Projekte als 
Thema. Nun arbeite ich gerade an einem experimentellen Aufbau unter 
Verwendung eines Drehtellers.

Diesen versetze ich mit einem starken Elektromotor in Rotation, bestimme 
die Drehfrequenz f und lasse dann gesteuert von einer IR-Fernbedienung 
und einem Servo eine Kugel seitlich in den Drehteller rollen. Das Ganze 
filme ich mit dem Smartphone von oben.

Die Kugel sollte dann aufgrund der Corioliskraft eine Kurve vollführen 
und nicht das Drehtellerzentrum erreichen. Ich bestimme dann mittels 
Software "Tracker" die Coriolisbeschleunigung und vergleiche den 
experimentell erhaltenen Wert für a mit der Theorie a_c = 2 * v x omega 
(vektorielles Kreuzprodukt).

Ich habe auch ein EXCEL-Programm erstellt zur Simulation der 
Corioliskraft bei der Bewegung einer Kugel auf dem Drehteller.

Ganz fertig ist der Aufbau noch nicht, es fehlen noch der Elektromotor 
und die IR-Fernbedienung.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/corioliskraft/

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Nun arbeite ich gerade an einem experimentellen Aufbau unter Verwendung
> eines Drehtellers.

Gute Idee!

👍

Durch die Verkleinerung des Bezugssystems kommt man schneller, als durch 
die Verwendung eines Pendels, an die langersehnten Ergebnisse ran und 
muss nicht 24 Stunden warten, bis sich die Erde einmal um sich selbst 
gedreht hat.

Joko und Klaas haben auch mal das Bezugssystem von einem 
Corioliskraftmodell für ein spannendes Studiospiel auf "Menschengröße" 
gebracht:

https://youtu.be/hUTrVGpcvqc?si=odMKaUBn2buJdyPP

[Joe G. (feinmechaniker)]

Kurze Frage. Gab es eigentlich schon einen Versuch zum 
magnetokalorischen Effekt? Gadolinium läßt sich ja heutzutage recht 
einfach beschaffen.

[Christoph E. (stoppi)]

@Joe: Vielen Dank für den Tipp, das Thema hatte ich bisher noch nicht 
behandelt. Gleich auf ebay einen Würfel aus Gadolinium gekauft ;-) 
K-type Thermometer und starke Neodymmagnete habe ich eigentlich noch 
zuhause...

Ich habe ja auf Youtube derzeit Videos zu meinen Physikprojekten bis 
Dezember 2026 (!) in der Warteschlange und bereits hochgeladen. Heute 
war der Standardversuch aus der Wärmelehre an der Reihe und zwar die 
Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität c von Wasser.

Da habe ich dann bemerkt, dass ich eigentlich noch gar keinen Beitrag 
dazu auf meiner Homepage veröffentlicht habe. Dies holte ich heute am 
Nachmittag nach.

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/spezifische-waermekapazitaet/

Dort dokumentiere ich wie immer das Experiment und erläutere auch den 
physikalischen Hintergrund. Im konkreten Fall auch den Zusammenhang 
zwischen der Wärmekapazität und der Anzahl der Freiheitsgrade f eines 
Atoms/Moleküls.

Der Versuch selbst ist sehr simpel: Zwei 1 Ohm-Leistungswiderstände 
tauche ich in Wasser bekannter Masse und schließe sie an ein Netzgerät 
an. Bei bekannter elektrischer Leistung P = U * I kann man dann aus der 
linearen Temperaturzunahme mit der Zeit t die spezifische Wärmekapazität 
ermitteln. Der Sollwert von Wasser liegt bei ca. 4180 J/kg*°C, was ja 
genau 1000 cal/kg*°C entspricht. Denn um 1 g Wasser um 1°C zu erwärmen, 
benötigt man genau 1 Kalorie.

Es ist immer wieder lustig zu beobachten, wie Menschen den Brennwert von 
Lebensmittel in Kalorien z.B. pro 100 g angeben, obwohl es Kilokalorien 
sind...

Durch Wärmeverluste erhält man experimentell immer einen zu hohen Wert 
für c. Die sehr hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser hat ja 
weitreichendste Auswirkungen z.B. aufs Klima. Nicht nur deshalb eignet 
sich dieser einfache Versuch sehr gut für das naturwissenschaftliche 
Praktikum in der Schule.

[Christoph E. (stoppi)]

Physiklehrmittelkataloge zählen ja zu meiner Lieblingslektüre, denn 
darin finde ich viele Anregungen für meine experimentellen Projekte.

Bei 3b scientific bin ich auf folgendes Stromliniengerät gestoßen: 
https://www.3bscientific.com/de/wasserstromliniengeraet-1006784-u8404248-3b-scientific,p_858_16536.html?searchword=wasserstromlinienger

Das hat mich gleich fasziniert und so machte ich mich an die möglichst 
einfache und kostengünstige Umsetzung.

Velourspapier habe ich im Internet bestellt, die beiden Plastikschalen 
stammen von TEDI um nur 2 Euro, 4 mm Plexiglas und Holzspieße hatte ich 
noch zuhause und die Tinte stammt von PAGRO.

Man schneidet den zu untersuchenden Strömungskörper aus dem 
Velourspapier aus, tränkt das Papier gut in Wasser und hängt es dann 
vertikal auf, wobei das obere Ende in den Wassertank hineintaucht. Mit 
dem Holzspieß bringt man dann Tinte in regelmäßigen Abständen auf das 
Velourspapier. Hierfür habe ich mir aus Plexiglas eine Schablone mit 
regelmäßigen Mulden gebastelt.

Durch die Schwerkraft fließt nun ständig Wasser im Velourspapier von 
oben nach unten und nimmt die Tinte mit. So entstehen im Idealfall 
schöne Strömungslinien um die jeweiligen Strömungskörper herum. Meine 
Ergebnisse sind zwar nicht ganz so schön wie im Physikkatalog 
dargestellt, aber ich bin dennoch zufrieden.

Ich liebe ja Strömungslinien und habe diese auch mit einem meiner 
Windkanäle bereits schön sichtbar gemacht. Aber die Methode mit dem 
Velourspapier ist einfacher und kostengünstiger und eignet sich auch 
sehr gut für das Physiklabor in der Schule. Gekostet hat mich diese 
Methode mit ausreichend Velourspapier nur rund 20 Euro...

Youtube-Link zum Windkanal: https://www.youtube.com/watch?v=EviSJvzaRuM

Link zu meiner Homepage: https://stoppi-homemade-physics.de/windkanal/

[Christoph E. (stoppi)]

Da ich selbst kein Auto mehr besitze habe ich mir von meinen Kindern zum 
Geburtstag gewünscht, dass sie mich zum Hornbach fahren, um einige Dinge 
für meine Physikprojekte zu kaufen. Damit habe ich ehrlich gesagt die 
größte Freude...

Im Baumarkt führten wir dann gleich ein noch ausständiges 
Physikexperiment zum Thema Haft-/Gleitreibung durch, für das ein 
gewöhnlicher Straßenbesen benötigt wird. Man legt den Besen auf seine 
beiden Zeigefinger, welche zunächst noch einen sehr großen Abstand 
voneinander haben. Dann bewegt man einfach beide Zeigefinger aufeinander 
zu.

Was passiert? Nun, der Zeigefinger mit dem zunächst größeren Abstand zum 
Schwerpunkt wird durch die geringere Haftreibung zu gleiten beginnen. 
Übersteigt dann dessen Gleitreibung die Haftreibung des anderen Finger, 
so wird sich der andere Finger in Bewegung setzen. Diese Spiel 
wiederholt sich, bis sich beide Finger genau beim Schwerpunkt treffen.

Ich möchte mich noch ausdrücklich bei Hornbach-Seiersberg bedanken, dass 
sie für uns und diesen Versuch den gesamten Gang 15 vorübergehend 
gesperrt haben ;-)

Weitere Versuche zum Thema Reibung: 
https://stoppi-homemade-physics.de/reibungsexperimente/

[Christoph E. (stoppi)]

So, das Projekt Corioliskraft ist auch beendet, nachdem ich die 
fehlenden Teile im Baumarkt besorgt habe.

Ich habe mich aber nicht nur mit der "krummen" Bahn der Kugel auf dem 
Drehteller zufrieden gegeben, sondern mittels der Software Tracker 
(https://physlets.org/tracker/) auch die Startgeschwindigkeit v und die 
Coriolisbeschleunigung a_c zu Beginn der Bewegung ermittelt. Am Anfang 
wirkt nämlich die Coriolisbeschleunigung noch fast ausschließlich in 
x-Richtung und die Zentrifugalbeschleunigung stört diese nicht, da in 
y-Richtung wirkend.

Mittels der gemessenen Drehfrequenz f und der Geschwindigkeit v habe ich 
dann die theoretisch wirkende Coriolisbeschleunigung a_c = 2*2*Pi*f*v 
berechnet und sie der experimentell per Videoanalyse ermittelten 
gegenübergestellt. Die Übereinstimmung ist zufriedenstellend.

Zu guter letzt habe ich dann eine gesamte per Video vermessene Bahn mit 
meiner EXCEL-Simulation verglichen. Hier erhalte ich eine sehr gute 
Übereinstimmung bei leicht unterschiedlicher Startgeschwindigkeit (0.7 
m/s vs. 0.83 m/s).

Zusammenfassend hat der Versuch aber sehr gut funktioniert und er 
beinhaltet mMn sehr schön Theorie inkl. Simulation und Praxis. Gekostet 
hat mich der Spaß um die 65 Euro inkl. Arduino-Fernbedienung und 
Arduino-Frequenzmesser.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/corioliskraft/

Ich wünsche allen ein frohes Weihnachtsfest und für 2025 vor allem 
Gesundheit und mögen die vielen Krisen auf dieser Welt ein wenig 
reduziert werden. Und für dieses Forum wünsche ich mir mehr 
Selbstbauprojekte und weniger Geschwafel ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Ich hoffe, ihr hattet ein schönes Weihnachtsfest. Dieses Jahr muss ich 
scheinbar äußerst brav gewesen sein, denn ich bekam fast nur Geschenke, 
mit denen ich auch wirklich etwas anfangen kann. Zum Beispiel von meinen 
Söhnen ein IKEA-Regal mit vielen Fächern zum Unterbringen meiner 
Experimente und von meiner Tochter einen Elektronikgeschäft-Gutschein 
(https://www.neuhold-elektronik.at/). Ich habe ja eigentlich so gar 
keine Konsumgelüste im herkömmlichen Sinn. In diesem (letzten) 
Elektronikladen überkommen aber sogar mich Glücksgefühle beim Einkaufen 
;-)

Einen wirklich extrem schönen und auch einfachen Versuch zum Thema 
Quantenphysik möchte ich euch am Christtag präsentieren und zwar die 
Bestimmung der Stefan-Boltzmann-Konstante sigma mittels einer 
gewöhnlichen Glühbirne.

Das Plancksche Strahlungsgesetz beschreibt ja die Strahlungsdichte in 
Abhängigkeit von der Wellenlänge eines schwarzen Strahlers. Integriert 
man diese Funktion über alle Wellenlängen auf, so erhält man die 
Strahlungsintensität, also die pro Sekunde und Quadratmeter emittierte 
Strahlungsenergie eines schwarzen Strahlers der Temperatur T.

Es gilt das Stefan-Boltzmann-Gesetz: P = (alpha)  sigma  A * T^4.

Die Strahlungsleistung P nimmt also mit steigender Temperatur T sehr 
stark zu. Eine doppelte Temperatur bedingt die 16-fache 
Strahlungsleistung...

Die von einer Glühbirne der Temperatur T abgegebene Strahlungsleistung 
habe ich zum Beispiel mit meiner Thermosäule erfasst. Wesentlich 
einfacher ist es aber, anstelle der abgegebenen Strahlungsleistung die 
aufgenommene elektrische Leistung P = U*I in Abhängigkeit von T^4 - 
T_Raum^4 zu bestimmen. Dabei sollte sich eine ansteigende Gerade 
ergeben.

Die Temperatur T der Glühwendel bestimme ich über den elektrischen 
Widerstand R = U/I der Glühbirne. Man benötigt für dieses Experiment 
also lediglich eine Glühbirne und ein Netzgerät mit Spannungs- und 
Stromanzeige.

Der Anstieg k der Geraden entspricht dann der Stefan-Boltzmann-Konstante 
sigma mal der Oberfläche der Glühwendel. Um letztere zu bestimmen, messe 
ich zunächst den ohmschen Widerstand der Glühbirne. Da dieser recht 
klein ist, habe ich ihn mittels eines einfachen Spannungsteilers eruiert 
und komme auf R = ca. 3 Ohm. Dann bestimme ich mit einem Mikroskop und 
einem 10 µm-Maßstab den Radius r des Glühwendeldrahts. Bei mir waren es 
rund r = 20 µm. Kenne ich nun den ohmschen Widerstand R, den 
spezifischen Widerstand von Wolfram ro und den Drahtradius r, so kann 
ich die Länge L der Glühwendel berechnen. Dies sind bei mir konkret rund 
7 cm.

Nun bin ich eigentlich fertig, denn die Drahtoberfläche A = 2  r  Pi * 
L. Zum Schluss dividiere ich den erhaltenen Anstieg k der Geraden im 
Graph P(T^4 - T_Raum^4) durch die bestimmte Drahtoberfläche A und 
erhalte die Stefan-Boltzmann-Konstante sigma.

Bei mir wich sie doch um den Faktor 2 vom Sollwert ab. Aber ich kann 
durchaus auch einen zu großen Drahtradius r ermittelt haben. Ist nämlich 
das wahre r kleiner, so ist auch die Drahtlänge L deutlich kleiner und 
die Oberfläche A noch stärker kleiner, was ein größeres sigma zufolge 
hätte. Die Fehlerrechnung überlasse ich anderen ;-)

Man kann im Schulmittelhandel "spezielle" Stefan-Boltzmann-Lampen um ca. 
100 Euro erwerben. Es geht aber auch mit einer gewöhnlichen 12V Lampe um 
1 Euro. Dieser Versuch vereint wie ich finde extrem viele Aspekte der 
Physik und kostet pro Aufbau ohne Netzteil und Mikroskop (diese Sachen 
dürften wohl in jeder Schule zu finden sein) keine 5 Euro. Was will man 
mehr...

Weiterführende Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/stefan-boltzmann-gesetz/

[Christoph E. (stoppi)]

Mit diesem Experiment möchte ich zeigen, dass normales Glas auch unter 
bestimmten Bedingungen undurchsichtig sein kann...

Die Fresnelgleichungen beschreiben ja den Reflexionsgrad von 
unterschiedlich polarisiertem Licht in Abhängigkeit vom Einfallswinkel 
und den Brechzahlen n1, n2 der beiden Medien. Für senkrechten Einfall 
(alpha = 0°) gilt dann:

Reflexionsgrad R = (n1 - n2)² / (n1 + n2)²

Für den Übergang Luft-Glas folgt daraus konkret R = (1.5 - 1)² / (1.5 + 
1)² = 0.04, also nur 4%.

Für die Transmission gilt dann I_t = I_0 * 0.96. Verwende ich eine 
Glasplatte, so besitzt diese zwei Grenzschichten Luft-Glas und bei 
Vernachlässigung von Absorption innerhalb des Glases folgt für die 
hindurchtretende Intensität I_t = I_0 * 0.96².

Habe ich mehrere Glasplatten hintereinander, konkret x Stück, so gilt 
weiters:
I_t = I_0 * 0.96^(2*x). Bei zum Beispiel 30 Gläsern dringen nur noch 10% 
des Lichts hindurch, das Glas wird also zunehmend undurchsichtig.

Gebe ich aber nun zwischen die Gläser Wasser (n = 1.33), so beträgt der 
Reflexionsgrad pro Grenzfläche nur noch 0.36 % und demnach die gesamte 
Transmission I_t = I_0 * 0.9964^(2*x). Jetzt beträgt die Transmission 
bei 30 Gläsern ca. 80%, also um ein Vielfaches mehr als nur an Luft.

Für dieses Experiment benötigt man Mikroskop-Objektträger, einen Laser 
und einen Lichtdetektor. Ich verwendete den TSL252R. Da dieser aber 
selbst beim 5mW-Laser übersteuerte, musste ich die Laserintensität 
mittels Neutraldichtefilter abschwächen.

Meine Intensitätskurve in Abhängigkeit von der Anzahl der Gläser für 
Wasser liegt deutlich über jener für Luft, Heureka.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/undurchsichtiges-glas/

[Christoph E. (stoppi)]

Ein Experiment habe ich noch im alten Jahr und zwar eine Form der 
Paulfalle. Dabei werden durch eine hochfrequente Wechselspannung und 
mehrere Elektroden Ionen eingefangen und stabilisiert.

Der Physiker Wolfgang Paul hat dafür 1989 den Physiknobelpreis erhalten!

In meinem Fall möchte ich anstelle der Ionen geladene Bärlappsporen 
(Lycopodium) fangen. Die Frequenz der Hochspannung liegt dann nur noch 
bei Netzfrequenz 50 Hz. Dazu habe ich mir auf Aliexpress einen 3.5 kV/50 
Hz Trafo für rund 30 Euro gekauft. Diesen werde ich dann mit meinem 
Stelltrafo betreiben, da laut Internet die Spannung für "meine" Art der 
Paulfalle bei rund 1500 V liegen soll.

Als Elektroden kommen bei mir zwei Stahlkugeln (habe welche mit 20 mm 
bzw. 30 mm Durchmesser) und dazwischen ein Ring aus Kupferdraht zum 
Einsatz. Sichtbar macht man dann die schwebenden Bärlappsporen mit einem 
Laser, in meinem Fall ein roter mit nur 5 mW Leistung.

Die Bärlappsporen müssen bevor sie in die Paulfalle gegeben werden 
elektrostatisch aufgeladen werden. Dazu verwende ich ein 
Elektrostatikset (Fell und Stäbe), welches ich einmal für ein anderes 
Physikprojekt auf Aliexpress gekauft habe.

Der Aufbau der Paulfalle ist soweit fertig, sodass ich erste Versuche im 
neuen Jahr starten kann.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/paulfalle/

Ich wünsche euch einen guten Rutsch ins neue Jahr und für 2025 vor allem 
Gesundheit aber auch die Motivation für das eine oder andere 
Elektronik/Physikprojekt ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Joe G. (feinmechaniker) hat mich unlängst auf den magnetokalorischen 
Effekt angesprochen, vielen Dank nochmals. Da ich diesen noch nicht 
umgesetzt hatte, besorgte ich mir auf ebay einen Gadoliniumwürfel.

Kurz zum magnetokalorische Effekt: Gibt man bestimmte Materialien wie 
zum Beispiel Gadolinium in ein Magnetfeld, so steigt dessen Temperatur. 
Entfernt man wieder das Magnetfeld, so nimmt die Temperatur wieder ab. 
Auf diese Weise kann man kühlen.

Der Aufbau ist sehr simpel: Der Gadoliniumwürfel befindet sich auf einer 
schmalen Holzleiste. Diese schiebt man dann zwischen der Führung hinein, 
sodass sich der Gadoliniumwürfel genau zwischen den beiden starken 
Würfelmagneten befindet. Am Gadolinium ist ein Temperaturfühler 
festgeklebt.

Die Starttemperatur betrug bei mir 16.4 °C. Diese stieg dann durch den 
magnetokalorischen Effekt auf 17.2 °C an. Nach dem Herausschieben des 
Gadoliniumwürfels aus dem Magnetfeld fiel die Temperatur auf 16 °C, 
Heureka...

Mehr Informationen inkl. Video: 
https://stoppi-homemade-physics.de/magnetokalorischer-effekt/

[Joe G. (feinmechaniker)]

Wunderbar! Sehr gut umgesetzt.
Ich frage mich schon seit einiger Zeit, ob dieser Effekt auch reziprok 
ist wie der Seebeck-Effekt / Peltier-Effekt. Oder anders ausgedrückt; 
entsteht bei einer Temperaturänderung ein Magnetfeld in einem Material 
wie Gadolinium?

[Christoph E. (stoppi)]

Nach einigen anfänglichen Schwierigkeiten habe ich meine Paulfalle nun 
doch zum Laufen gebracht.

Hier ist alles ausführlich dokumentiert inkl. Video: 
https://stoppi-homemade-physics.de/paulfalle/

Die Wechselspannung musste ich von den im Internet angegebenen 1500 V 
auf über 3000 V erhöhen. Zum Glück hatte ich mir in weiser Voraussicht 
einen HV-Trafo auf aliexpress gekauft, der bis zu 3600 V kann.

Die untere Kugelelektrode erdete ich und die obere verband ich einmal 
direkt mit der unteren bzw. hob ihr Potential mit einem zusätzlichen 
HV-Gleichspannungsnetzteil um ca. +40V an.

Damit konnte ich ein weiteres Physikprojekt erfolgreich beenden, 
Heureka.

Viele neue Projekte habe ich jetzt dann aber wirklich nicht mehr, obwohl 
ich ähnliches bereits vor 2 Jahren behauptete ;-)

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Viele neue Projekte habe ich jetzt dann aber wirklich nicht mehr, obwohl
> ich ähnliches bereits vor 2 Jahren behauptete ;-)

Da gibt's noch das Hooper-Monstein-Experiment und dem damit verbundenen 
Nachweis des Raum-Quanten-Generators, Skalarwellen-Generator, 
Spannungserzeugung mit einem Hallelement durch die Lorentzkraft bzw. 
Seebeck-Effekt, Spannungserzeugung durch Thermoelement und 
Prozesswärmeerzeugung durch kalte Fusion.

Für letzteres benötigt man allerdings Palladium, dieses Schwermetall 
bekommt man aber nicht so einfach in jeder Apotheke!

[Christoph E. (stoppi)]

@ Michael M.: Vielen lieben Dank für deine interessanten Vorschläge 
bzgl. zukünftiger, noch ausstehender Physikprojekte.

Den Halleffekt hatte ich bereits experimentell umgesetzt und zwar mit 
Kupfer und Bismut: https://stoppi-homemade-physics.de/halleffekt/

Den Seebeck-Effekt ebenfalls: 
https://stoppi-homemade-physics.de/seebeck-effekt/

Hooper-Monstein-Experiment: Meinst du dieses Experiment hier mit den 
beiden Magneten und dem Draht, wo selbst bei B = 0 T eine Spannung 
induziert wird?

Link: http://jnaudin.free.fr/html/hoopmnst.htm

Ich werde mir das einmal anschauen und hoffen, dass es sich nicht um 
Esoterikkram handelt ;-)

kalte Fusion mit Palladium: Auf jeden Fall spannend, nur schrecken mich 
die Palladiumpreise "geringfügig" ab...

250 Euro für einen 164 mm langen und 1 mm dicken Palladiumdraht: 
https://www.bioleria.com/fr/products/palladium-elektroden-kaufen?gad_source=1&gclid=CjwKCAiA7Y28BhAnEiwAAdOJULGzuzUH7RgLN9NZVM0QWWtJepZtTnHrlJZnYFGjxUlbzF4Qhr49IRoCMMEQAvD_BwE

400 Euro für 1 mm und 10 cm: 
https://www.laboratoriumdiscounter.nl/de/palladium-draht-1-mm-999.html?gQT=1

Link: https://anthrowiki.at/Kalte_Fusion

Und damit ich nicht nur Text veröffentliche, anbei noch einige Bilder 
von meiner wohl "heroischen" Aufräumaktion in den letzten 10 Tagen, um 
in meiner kleinen 55 m² Wohnung wieder einigermaßen für Ordnung zu 
sorgen. Es sind doch mehr als 300 Physikprojekte, die es gilt 
unterzubringen. Davon nehmen einige wie zum Beispiel das Segway oder die 
Teleskope doch erheblich viel Platz ein. Die kleinen habe ich nun alle 
in Zip-Plastikbeutel und alphabetisch geordnet in IKEA-Körben 
untergebracht.

Insgesamt betrachtet gleicht meine Wohnung aber dennoch vielmehr einem 
Labor als einem Wohnraum. Aber jetzt kann man sich zumindest wieder an 
den Küchentisch setzen ;-)

[Torsten B. (butterbrotstern)]

Danke für Deine Mühen! Kann es sein, dass Dein schwarzes 
Techtron-Multimeter eine neue Batterie braucht? Wenn die Spannung zu 
gering wird, sinkt auch die interne Referenzspannung (ca. 3V) und das 
Messgerät zeigt einen falschen (in der Regel zu hohen) Wert an. Bei 
Widerstandsmessung wird die Batterie stärker belastet.

[Christoph E. (stoppi)]

@Torsten B.: Vielen Dank für deinen Hinweis, habe soeben die 9V Batterie 
ausgetauscht. ;-)

Zwei schöne physikalische Effekte möchte ich noch experimentell umsetzen 
und zwar den Coandă-Effekt und den photoakustischen Effekt.

Mit dem Sammelbegriff Coandă-Effekt werden verschiedene ursächlich nicht 
zusammenhängende Phänomene bezeichnet, die eine Tendenz eines Gasstrahls 
oder einer Flüssigkeitsströmung nahelegen, an einer konvexen Oberfläche 
„entlangzulaufen“, anstatt sich abzulösen und in der ursprünglichen 
Fließrichtung weiterzubewegen.

Das Experiment dazu ist denkbar einfach: Hinter einem Glaszylinder 
postiert man ein Teelicht. Dann pustet man genau auf der 
gegenüberliegenden Seite gegen das Glas. Durch den Coandaeffekt strömt 
die Luft quasi am Glas haftend um dieses herum und die Kerzenflamme 
erlischt.

Auf den photoakustischen Effekt bin ich durch einen spannenden Artikel 
gestoßen: 
https://www.researchgate.net/publication/250564481_Kann_man_Licht_horen_Photoakustische_Experimente_in_der_Kuche

Es geht darum, Licht hörbar zu machen. Dazu das wiederum einfache 
Experiment: Man berußt zunächst die halbe (!) Innenseite eines ca. 750 
ml großen Gurkenglases. Danach bohrt man in den Deckel ein 2-3 mm großes 
Loch. Nun bestrahlt man das Gurkenglas mit einer starken 230 V 
Halogenlampe, wobei die nichtberußte Seite zur Lampe zeigt. Durch die 
Lichtenergie erwärmt sich die Rußschicht. Da die Halogenlampe mit 
Wechselstrom betrieben wird, schwankt die Helligkeit mit einer Frequenz 
von 100 Hz. Dadurch schwankt auch der Innendruck mkt 100 Hz und man 
müsste, wenn man das Ohr an das kleine Loch im Deckel hält, einen 100 Hz 
Ton wahrnehmen.

Für ein weiteres Experiment, die sog. Kugelrutschbahn, habe ich mir 
einen gebrauchten Gymnastikball besorgt. Man lässt eine Metallkugel von 
der Spitze weg nach unten rollen. Bei einem bestimmten Positionswinkel 
verlässt dann die Kugel die Balloberfläche. Ohne Rotationsenergie sollte 
dies bei phi = 41.8° der Fall sein, mit Rotationsenergie erst bei 36°. 
Ich werde den Ablauf von der Seite filmen und Bild für Bild 
analysieren...

Und zu guter Letzt habe ich mich noch an einem selbstgebauten 
Funkeninduktor probiert und bin gescheitert. Da ich keine Sekundärspule 
mit gefühlt unendlich vielen Windungen wickeln wollte, habe ich mit auf 
Kleinanzeigen vor einiger Zeit eine Hochspannungsspule mit 15000 
Windungen besorgt. Die Primärspule mit 50 Windungen habe ich zunächst 
auf 4 quadratischen Eisenstangen mit jeweils a = 12 mm gewickelt. 
Schließe ich den Stromkreis primärseitig abrupt, so erhalte ich leider 
nur Spannungsamplituden um die 3 kV bei einer Primärspannung von bis zu 
20 V. Bei sehr geringer Spannung von z.B. nur 3-4V erhalte ich aber 
nicht viel geringere Sekundärspannungen. Also schien mein Kern bereits 
übel in Sättigung zu gehen.

Deshalb besorgte ich mir über Amazon 300 mm langen, geraden Blumendraht 
mit Lackisolierung. Diesen schnitt ich dann kürzer und wickelte abermals 
50 Windungen darüber. Aber auch mit diesem neuen Kern erhalte ich nur um 
die 4 kV Spannungsamplitude bei 20 V Primärspannung. Auch hier beträgt 
bei nur 3-4 V die Sekundärspannung bereits 2 kV und wächst dann bei 
Erhöhung der Primärspannung nicht mehr viel an, also in keinster Weise 
proportional zur Primärspannung.

Zum Abschluss habe ich dann noch anstelle des manuellen Schließens des 
Primärstromkreises einen Mosfetschalter mit IRL3803 gelötet und diesen 
mit einem günstigen PWM-Modul angesteuert. Den duty-cycle habe ich auf 
nur 1-2 % gestellt. Auch hier erziele ich maximale Spannungen von nur 3 
kV :-(

Vielleicht hat ja jemand von euch einen Tipp für mich bzw. den Hinweis, 
dass ich mit einer solchen Spule wohl keine brauchbaren Ergebnisse 
erzielen werde. Danke im voraus...

[Torsten B. (butterbrotstern)]

Sehr gut!
Welchen Gleichstromwiderstand hat die Spule? Ich schätze um 2 kOhm.
Die Spule ist für 50 Hz Sinusspannung. Die hohe Eigenkapazität ergibt 
mit der Induktivität eine ungünstige Kombination, wenn hohe 
Frequenzanteile durch die zerhackte Gleichspannung auftreten. 
Induktorspulen sind oft in Scheibenbauweise ausgeführt.
Es gibt von den bekannten Physikherstellern passende schraubbare / 
klemmbare Kerne und Primärspulen für 230V Netzbetrieb.
Auch Hochstromspulen mit 6 Windungen zum Nagelglühen und mit 1 Windung 
(Kreisrinne) zum Wasserkochen / Zinnschmelzen.
https://www.phywe.de/geraete-zubehoer/elektrische-magnetische-komponenten/spulen-eisenkerne/
https://www.phywe.de/geraete-zubehoer/elektrische-magnetische-komponenten/spulen-eisenkerne/spule-10000-windungen_1023_1954/

https://www.ebay.de/itm/154846741904  nur Kern, bereits verkauft für 40 
Euro

[Christoph E. (stoppi)]

@Torsten B.: Vielen Dank für deinen Kommentar. Die Hochspannungsspule 
besitzt einen ohmschen Widerstand von rund 4.5 kOhm.

Kann ich es also vergessen, mit dieser Spule einen funktionierenden 
Funkeninduktor zu basteln? Wie gesagt, meine Kerne scheinen doch 
erheblich in Sättigung zu gehen. Bei nur 2-4 V Primärspannung erhalte 
ich noch vielversprechende Sekundärspannungen um die 2 kV. Bei höheren 
Primärspannungen steigt dann die Sekundärspannung nur mehr marginal...

Die Kugelrutsche mit dem Gymnastikball konnte ich inzwischen auch 
durchführen. Den Ball habe ich gebraucht um 4 Euro gekauft. Ich achte 
eigentlich sehr darauf, möglichst günstig meine Physikprojekte 
umzusetzen und kaufe auch öfters dafür gebrauchte Artikel.

Ohne Rotationsenergie sollte die Metallkugel die Halbkugeloberfläche bei 
42° verlassen, mit Rotationsenergie bei 36°. Mit der Software Tracker 
habe ich einen Ablösewinkel von 36.4° ermittelt, Heureka...

Mehr Informationen inkl. Video: 
https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Christoph E. (stoppi)]

Gestern konnte ich den Versuch zum photoakustischen Effekt durchführen. 
Mit einer Halogenlampe leuchtet man dabei auf ein verschlossenes 
Gurkenglas, dessen eine Innenhälfte mit einer Wachskerze verrußt wurde. 
Die Halogenlampe erwärmt diese Rußschicht im 100 Hz Takt. Dadurch 
schwankt auch der Innendruck mit dieser Frequenz und durch ein kleines 
Loch im Deckel kann man mit dem Ohr einen sehr, sehr leisen 100 Hz Ton 
wahrnehmen.

Das menschliche Ohr ist schon faszinierend. Es kann Intensitäten von 
10^-12 W/m² bis ca. 10 W/m² wahrnehmen. Kein anderes Mikrofon kann da 
mithalten.

Ich habe dann auch versucht diesen wirklich extrem leisen Ton mittels 
Lautsprecher hörbar zu machen. Zuerst habe ich es mit einem 
Elektretmikrofon + LM386 und 200-facher Verstärkung probiert. Da hört 
man aber nicht viel durch ein in ear headphone.

Mit einer Kombination aus "Spionageabhörschaltung" + zweiten Verstärker 
mittels Operationsverstärker konnte ich dann den Ton durch den Kopfhörer 
deutlich wahrnehmen.

Heute habe ich dann einen sehr sensiblen Audioverstärker mit 
Elektretmikrofon und gain = 1000 gelötet. Das Ausgangssignal sieht schon 
einmal vielversprechend aus. Daran werde ich ein neues in ear headphone 
anschließen, denn das alte habe ich mir bei den Versuchen durch einen 
unerwünschten Gleichstromanteil zerschossen.

[Christoph E. (stoppi)]

Update zum Photoakustischen Effekt: Das Ausgangssignal nach der ersten 
Verstärkung besaß ja eine Amplitude um die 250 mV. Dies reichte nicht 
aus, um mit dem Kopfhörer am Ausgang + Smartphonemikrofon den 100 Hz Ton 
aufzunehmen. Also musste eine weitere Verstärkung her.

Diese habe ich mit dem LM386 umgesetzt. Nun besitzt das Ausgangssignal 
eine Amplitude bis zu 3 V. Damit konnte ich dann mit dem in ear 
headphone am Ausgang und dem Smartphonemikrofon den Ton aufzeichnen bzw. 
man hört nun auch im Video ein leises, tiefes Brummen.

Ich habe dann aber noch die Frequenz des aufgezeichneten Brummens 
bestimmt. Zu meiner Überraschung war es aber kein 100 Hz Ton, sondern er 
lag bei 300 Hz.

Deshalb kontrollierte ich das mit einer App aufgezeichnete 
Frequenzspektrum, wenn ich den Kopfhörer ans Smartphonemikrofon halte. 
In diesem ist zwar auch ein peak bei 300 Hz zu sehen, aber primär eben 
der 100 Hz Ton. Also prinzipiell erfasst mein Smartphone den 100 Hz Ton.

Nehme ich aber mit einer anderen Recorder-App den Ton auf, indem ich 
wieder den Kopfhörer ans Smartphonemikrofon halte, und spiele diesen mit 
dem Computer ab, so fehlt im Frequenzspektrum nun der 100 Hz Ton 
vollständig und nur der 300 Hz Ton ist präsent.

Deshalb meine Frage: Schneidet die Recorder-App im Gegensatz zur 
Frequenzspektrum-App tiefere Frequenzen einfach ab?

Übrigens, analysiere ich das Frequenzspektrum des Tons im aufgenommenen 
Video, so fehlt auch dort der 100 Hz Ton und es ist nur jener bei 300 Hz 
zu sehen...

[Cyblord -. (cyblord)]

Warum arbeitest du immer auf dem Boden?

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Zu meiner Überraschung war es aber kein 100 Hz Ton, sondern er lag bei
> 300 Hz.

Du hast in deiner Verstärkerkette zweimal hintereinander einen 100nF 
Koppelkondesator verwendet und mit je 10k abgeschlossen. Das entspricht 
einem Hochpassfilter 2. Ordnung, also 12dB/Okt. Alle Frequenzen unter 
160Hz werden gedämpft. Nimm mindestens 470nF als Kpppelkondensatoren.

[Christoph E. (stoppi)]

@Cyblord: Bis vor kurzem war der Fleck am Küchenboden die einzige noch 
freie Stelle in meiner kleinen Wohnung. Wie schon öfters erwähnt, ich 
habe mehr als 300 Physikgerätschaften, viele so groß wie ein kleiner 
Koffer, die es gilt unterzubringen. Da bleibt dann zwangsläufig nicht 
mehr viel Platz zum Leben/Experimentieren. Aber ich habe ja erst 
unlängst mittels dreier Regale Ordnung in die ganze Sache gebracht...

@Michael M.: Danke für deinen Tipp. Ich habe nun die beiden 
Koppelkondensatoren variiert mit 1 µF, 100 nF, 82 nF und 47 nF. Bei 1 µF 
habe ich leider deutlich schlechtere Ergebnisse erzielt und der 100 Hz 
peak war kleiner als jener bei 300 Hz. Bei 100 nF an beiden Stellen war 
der 100 Hz peak um einiges höher als jener bei 300 Hz.

Ich bin dann noch der Sache auf den Grund gegangen. Wenn ich das mit 
einem Schmalbandfilter bearbeitete Audiosignal abspiele, höre ich ja 
einen 300 Hz Ton. Ich habe mir das Signal in Audacity angeschaut. Es ist 
fast ein Rechteck. Daher war klar, woher die 300 Hz kommen. Das 
Fourierspektrum eines 100 Hz Rechtecks besteht ja aus 100 Hz, 300 Hz, 
500 Hz usw. Die 100 Hz hören wir fast nicht mehr. Die Amplitude der 500 
Hz Komponente ist schon zu gering. Bleibt also die 300 Hz Komponente 
übrig, die wir dann hören.

Dass wir oder zumindest ich die 100 Hz eigentlich nicht mehr höre, habe 
ich auch experimentell überprüft. Dazu habe ich auch ohne den Umweg 
Kopfhörer + Smartphonemikrofon das Ausgangssignal meines 
Mikrofonverstärkers direkt mit einer externen Soundcard aufgezeichnet. 
Da erhalte ich einen einigermaßen schönen 100 Hz Sinus. Spiele ich 
diesen nun mit Audacity ab, ist eigentlich nichts mehr zu hören. Und 
halte ich dann mein Smartphone + Frequenzspektrum-App an den 
Lautsprecher vom Laptop, zeichnet diese auch kein 100 Hz Signal mehr 
auf.

Die 100 Hz sind also direkt so nicht mehr zu hören in meinem Video. Was 
ich höre, ist die 300 Hz Fourierkomponente. Ob es auch diese Komponente 
ist, die man hört wenn man das Ohr direkt ans Loch hält oder ob es 
tatsächlich die 100 Hz sind, weiß ich im Moment (noch) nicht.

Auf jeden fall war es ein überaus spannendes Experiment mit allerlei 
Erkenntnisgewinn ;-)

P.S.: Ich habe auch die mit der Soundcard gemachte "Audioaufnahme" 
hochgeladen. Vielleicht hört sich diese ja von euch jemand an und kann 
berichten, ob er oder sie die 100 Hz hört. Mein Gehör ist dafür 
scheinbar bereits zu sehr im Eimer...

[Christoph E. (stoppi)]

Aus China habe ich mir unlängst Glasküvetten unterschiedlicher Länge 
besorgt. Damit will ich das Lambert-Beer-Absorptionsgesetz überprüfen. 
Die lineare Abhängigkeit der Extinktion E = lg(I0/I) von der 
Konzentration c habe ich schon einmal mit meinem Photometer erfolgreich 
durchgeführt.

Dies möchte ich noch einmal wiederholen und dann noch die lineare 
Abhängigkeit der Extinktion von der Länge x des Lichtwegs bestätigen.

Das Lambert-Beersche Gesetz lautet ja: I = I0 * exp(-k  c  x)

Der Faktor k hängt von der jeweiligen gelösten Substanz und natürlich 
auch von der Wellenlänge lambda ab. Ich werde aber nur einen einzelnen 
Laser verwenden. Habe folgende Laserwellenlängen zur Auswahl: 405nm, 
450nm, 488nm, 520nm, 532nm, 638nm, 650nm.

Als Absorptionsmaterialen stehen Kaliumpermanganat und Methylenblau zur 
Verfügung.

Die Lichtintensität messe ich mit meinem Photodetektor auf Basis einer 
Photodiode und eines Transimpedanzverstärkers (TIA) mit veränderbarer 
Verstärkung.

Wenn Ergebnisse vorliegen, veröffentliche ich sie hier...

[Christoph E. (stoppi)]

Die beiden Versuchsreihen zum Lambert-Beer-Lichtabsorptionsgesetz habe 
ich heute durchführen können. Einmal war die Konzentration des 
Kaliumpermanganats konstant und die Länge x der Küvette variierte, dann 
ließ ich die Küvette gleich und veränderte die Konzentration c.

Die Extinktion E = lg(I_0/I) sollte direkt proportional zu x bzw. c 
sein. Dieser lineare Zusammenhang gilt allerdings nur für nicht zu große 
Konzentrationen. Bei zu großem c flacht die Kurve E(c) nämlich ab (siehe 
angehängte Abbildung).

Für kleinere x- bzw. c-Werte erhielt ich einigermaßen schöne Geraden, 
Heureka...

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/lambert-beer-gesetz/

[Christoph E. (stoppi)]

Vergangene Woche konnte ich auch zusammen mit meinem jüngsten Sohn ein 
Experiment zum Dopplereffekt durchführen, vielen Dank für seine 
Unterstützung. Mein Sohn fuhr mit einer Schallquelle (Piezotöner) 
ausgestattet mit dem Fahrrad an mir vorbei und ich nahm den sich 
ändernden Ton mit meinem Smartphone auf.

Danach bestimmte ich mit einer alten Frequenzspektrum-Software die 
Frequenz bei Annäherung und bei Entfernung. Mit diesen beiden Werten und 
der Schallgeschwindigkeit konnte ich seine Geschwindigkeit mit dem 
Fahrrad berechnen. Ich kam auf einen Wert von 31.5 km/h, ein sehr 
plausibler Wert, Heureka...

Zum Glück bekam mein Sohn keinen Strafzettel aufgrund der 
Geschwindigkeitsübertretung in der 30er Zone. Lustige Anekdote zum 
Experiment: Die Frequenz des Piezotöners liegt bei rund 3.3 kHz, also 
ein für Hunde bestimmt kein angenehmer Ton. Deshalb führten wir den 
Versuch nicht durch, sobald ein Hund zu sehen war. Und wie es der Zufall 
so will, kam ein Hund nach dem anderen vorbeispaziert. Und war es kein 
Hund, so schoben Eltern einen Kinderwagen mit Baby vorbei. Mein Sohn und 
ich kamen uns vor wie im Film "Truman-Show" und der Szene, wo Jim Carrey 
mit dem Auto die Stadt verlassen wollte und ständig daran gehindert 
wurde ;-)

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/dopplereffekt/

Youtube-Video: https://www.youtube.com/watch?v=_1I6L2ZCxbM

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Christoph E. schrieb:
> Mein Sohn und ich kamen uns vor wie im Film "Truman-Show" und der Szene,
> wo Jim Carrey mit dem Auto die Stadt verlassen wollte und ständig daran
> gehindert wurde ;-)

https://youtu.be/yojiRs2khWs?si=egrsSvrxp7OKntF3

Das Gefühl habe ich manchmal auch wenn ich beim REWE an der Fleischtheke 
in der Schlange stehe.

[Henrik V. (henrik_v)]

Zum letzten Dopplerexperiment:
Durch Auswertung der Form und Dauer des Frequenzsprungs müsste sich auch 
der Messabstand Quelle-Aufnahemgerät abschätzen lassen.

Und Danke! für Deine Beiträge Stoppi, immer gerne gelesen.

EDIT: Und 3 km/h sind in D (< 100 km/h)  die zulässigen Fehlergrenzen, 
also alles im grünen Bereich ;)

[Christoph E. (stoppi)]

@Henrik V.: Danke für den Hinweis bzgl. Auswertung. Die Simulation zum 
Experiment habe ich schon vor Jahren mit Excel durchgeführt. Eingeben 
kann man die Ruhefrequenz, Geschwindigkeit und den Normalabstand...

In den letzten 4 Wochen habe ich mich intensiv um meine Wohnung 
gekümmert und diese aufgeräumt. Jetzt stehen insgesamt 4 neue Regale im 
Schlafzimmer, Küche und Wohnzimmer. Und trotzdem finden nicht alle meine 
Experimente darin Platz. So stößt man etwa unter dem Bett, auf dem 
Kühlschrank, im Vorraum usw. noch auf weitere Experimente. Aber immerhin 
kann ich mich jetzt verglichen zu vorher ausgezeichnet bewegen. Wie 
schon mehrmals erwähnt: Über 300 Physikprojekte galt es unterzubringen 
auf knapp 54 m².

Übrigens: Ich löte meine Elektroniksachen auf einem kleinen 
Kunststofftisch im Wohnzimmer und das mit einem 5 Euro Lötkolben von 
Conrad. Geht auch ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Experiment zur Curietemperatur: Oberhalb dieser verlieren 
ferromagnetische Stoffe ihren Ferromagnetismus. Für Eisen liegt diese 
bei 768°C, für Nickel bei 360°C und etwa für Gadolinium, welches ich für 
den Nachweis des magnetokalorischen Effekts erst unlängst besorgt hatte, 
bereits bei 19.3°C.

Den Eisenstab hatte ich aus einem zerlegten DVD-Brenner, für die 
Nickelprobe zerlegte ich eine 1 Euro Münze. Der innere Teil besteht 
nämlich zum Teil aus Nickel.

Für den Eisenstab verwendete ich meinen Flambierbrenner, beim Nickel 
reichte bereits die Kerzenflamme. Mit etwas Geschick kann man Magnet, 
Kerze und Nickelmünze so anordnen, dass die kalte Münze zunächst 
angezogen wird, dann über der Flamme erhitzt wird über die 
Curietemperatur und dann wieder aufgrund des fehlenden Ferromagnetismus 
zurückschwingt....

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Cyblord -. (cyblord)]

Christoph E. schrieb:
> In den letzten 4 Wochen habe ich mich intensiv um meine Wohnung
> gekümmert und diese aufgeräumt. Jetzt stehen insgesamt 4 neue Regale im
> Schlafzimmer, Küche und Wohnzimmer. Und trotzdem finden nicht alle meine
> Experimente darin Platz. So stößt man etwa unter dem Bett, auf dem
> Kühlschrank, im Vorraum usw. noch auf weitere Experimente. Aber immerhin
> kann ich mich jetzt verglichen zu vorher ausgezeichnet bewegen. Wie
> schon mehrmals erwähnt: Über 300 Physikprojekte galt es unterzubringen
> auf knapp 54 m².

Das beantwortet auch direkt die Frage ob du allein wohnst...

[Dieter P. (low_pow)]

Durch Versuche bin ich über die Magnetostriktion gestolpert.
Ich befürchte, der Effekt fehlt noch in der Sammlung...
Im Internet etwa unter

https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostriktion

https://websrv.physik.uni-halle.de/Praktikum/gp/anleitungen/o27.pdf

Der Nachweis der Magnetostriktion ist sehr aufwendig, im 2. Link
mit einem Michelson-Interferometer, als Versuch erwähnt.

Selbst kann ich nur den Effekt nachweisen, Links im Bild.Eine Spule mit 
Ferritstab,
die mit Niederfrequenz gespeist wird, erzeugt akustisch hörbar / 
nachweisbar
die doppelte Frequenz, das abgestrahlte Magnetfeld des Schwingkreises 
ist
die Grundfrequenz des verwendetenen LC-Oszillators.Die Schaltung erzeut 
von
sich aus auch Oberwellen, der Unterschied zwischen akustischer 
Mikrofonaufname
( Elektretmikrofon ) und Aufnahme über eine Spule ist jedoch eindeutig.

Die Magnetostriktion wurde erzeugt mit einem Lawinen Pieps I, der auf ca 
2275 Hz
die unverkennbare direkt hörbare Aussendung erzeugt, BJ ca 1978.
Die neueren LVS-Geräte verwenden schon seit langer Zeit ausschlieslich
eine Frequenz von 457 kHz.

[Christoph E. (stoppi)]

@Dieter P.: Vielen Dank für deinen Tipp zur Magnetostriktion. Diese habe 
ich aber bereits mit einem meiner Michelson-Interferometer nachgewiesen 
und zwar bei Nickel. Habe auch die relative Längenänderung pro 
Magnetfeldstärke H bestimmt und erhalte eine recht gute Übereinstimmung 
mit der Literatur.

Mein Ergebnis für Nickel: delta_l/l/H = 1.55 * 10^-9 1/A/m.

Link zum Projekt auf meiner Homepage: 
https://stoppi-homemade-physics.de/michelson-interferometer/

So ganz werde ich aber aus deinem Versuch zur Magnetostriktion nicht 
schlau. Kannst du vielleicht noch näheres dazu sagen bzw. erläutern?

Heute ist übrigens mein Youtube-Video zur Braggreflexion mit Ultraschall 
erschienen. Dazu habe ich ja aus gefühlt unendlich vielen Holzkugeln und 
Schaschlikspießen ein Atomgitter gebastelt. Vielleicht mag es sich ja 
der eine oder andere anschauen. Ich war sehr positiv überrascht, die 
peaks nur bei bestimmten Einfallswinkeln detektieren zu können...

Link: https://www.youtube.com/watch?v=cARrMQSV_bY

[Dieter P. (low_pow)]

Vielen Dank für die Rückmeldung, das hatte ich nicht gesehen.

Wenn ich über Magnetostriktion richtig gelesen habe,
tritt dort wenn Wechselspannung durch eine Spule mit
geeignetem Kern ( Ferrit ) geschickt wird die doppelte
Frequenz akustisch hörbar auf.Bei 50 Hz Netztrafos
entstehen so 100 Hz, beim Pieps I mit Ferritstab hat
der LC-Oszillator eine Frequenz von ca 2275 Hz.
Doppelte Frequenz dann etwa 4550 Hz, was mit einem
Elektretmikrofon akustisch aufgefangen wurde.

Welche Materialien beim Ferritstab verwendet wurden,
weiss ich nicht.In einem Buch dazu wird dieser Effekt
aber erwähnt.

Magnetostriktion
Siemens SIFFERIT Material bei Sättigungsmagnetisierung
K12   -21 10^-6
K1  -18 10^-6
N48  -1,5 10^-6
aus Siemens Ferrite und Zubehör 1994

Bei grossen Netztrafos wird das offensichtlich richtig
laut.

https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/magnetostriction-a-source-of-noise-in-transformers/

[Christoph E. (stoppi)]

Mit meinem Plattenkondensator habe ich bereits die elektrische 
Feldkonstante epsilon_0 ermittelt. Nun habe ich ihn dazu verwendet, die 
relative Permittivität (Dielektrizitätskonstante) epsilon_r 
verschiedener Isolatoren zu bestimmen.

Folgende Materialien kamen zum Einsatz: Glas, Plexiglas und Hartschaum. 
Die Plattenfläche beträgt 144 cm². Der Plattenabstand kann mittels 
Beilagscheiben eingestellt werden. Dazu habe ich mir neben den M3 
Nylonbeilagscheiben noch eine Plastikfolie und eine Lochzange besorgt. 
Die Folien haben eine Dicke von 0.3 mm bzw. 0.13 mm.

Die relative Permittivität ergibt sich ganz einfach als Verhältnis der 
Kapazität mit Isolator zur Kapazität mit Luft. Für die Kapazitäten kommt 
ein günstiger Komponententester zum Einsatz.

Meine experimentellen Ergebnisse für epsilon_r liegen zum Teil im 
Sollbereich aber für Plexiglas auch außerhalb.

Mehr Informationen: 
https://stoppi-homemade-physics.de/relative-permittivitaet-dielektrizitaetskonstante/

[Christoph E. (stoppi)]

Ich verweise hier noch auf mein atomic force microscope (AFM), welches 
ich hier auf microcontroller.net gesondert präsentiert habe.

Link: Beitrag "atomic force microscope (AFM) für Arme mit Arduino"

Homepage: 
https://stoppi-homemade-physics.de/atomic-force-microscope-afm/

[Christoph E. (stoppi)]

Heute möchte ich euch zwei schöne Freihandversuche vorstellen.

1.) Hertzscher Dipol - Antenne - elektromagnetische Wellen

Man benötigt einen längeren, dicken Draht, eine Neon-Glimmlampe und 
einen Gasanzünder. Aus letzteren baut man den Piezozünder aus. Diesen 
schließt man mit den beiden Kabeln an zwei etwa je 20 cm lange 
Drahtstücke an, deren Spitzen einen Abstand zueinander von ca. 4-5 mm 
haben sollten.

Die Glimmlampe lötet man dann an zwei weitere, ebenso lange Drahtstücke. 
Die beiden Antennen werden parallel im Abstand von wenigen Zentimetern 
orientiert. Betätigt man nun den Piezozünder, so wird ein Funken 
zwischen den beiden Sender-Drahtstücken erzeugt und an der 
Empfängerantenne leuchtet die Glimmlampe kurz auf. Falls man dies nicht 
erkennen kann ist es ratsam, den Raum ein wenig abzudunkeln.

Dies ist wohl der einfachste Versuch zum Hertzschen Dipol. Heinrich 
Hertz, welcher nur 36 Jahre alt wurde und nach dem die Einheit der 
Frequenz benannt wurde, wäre stolz auf uns ;-)

2.) Schleuderschlauch

Dieses Experiment ist noch einfacher, denn es wird lediglich ein 
geriffeltes Isolierrohr aus dem Baumarkt benötigt. Mit einem 
Bastelmesser schneidet man ein ca. 1 m langes Stück ab. Dieses wird dann 
über dem Kopf mit unterschiedlicher Geschwindigkeit geschleudert. Mit 
zunehmender Drehfrequenz erhöht sich der zu vernehmende Ton. Mit dem 
Smartphone kann man eine Audioaufnahme machen und diese dann mit einer 
Frequenzspektrumsoftware analysieren. Die einzelnen Töne sollten einen 
gleichen Frequenzabstand von c / (2*L) haben...

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/freihandversuche/

[Christoph E. (stoppi)]

Sprachübertragung per Laser kommt immer sehr gut bei den Schülern an. 
Eine sehr einfache Schaltung habe ich in dem Buch „15 dangerously mad 
projects for the evil genius“ von Simon Monk entdeckt. Als 
Audioverstärker im Laserempfänger kommt ein fertiges Modul zum Einsatz. 
Dieses habe ich im örtlichen Elektroladen günstig erstanden. Übrigens, 
in dem Laden gibt es zum Glück auch noch bleihaltiges Lötzinn ;-)

Spannend wäre es herauszufinden, bis zu welcher Entfernung (ggf. mit 
einem deutlich stärkeren Laser) die Signalübertragung funktioniert. Als 
Audioquelle habe ich mir unlängst einen alten, gebrauchten MP3-Player 
gekauft, da ich ja mein Smartphone zum Filmen benötigte.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/lasermodulation/

[Uwe S. (bullshit-bingo)]

Ein sehr einfacher, aber doch interessanter Test ist die Antipodische 
Fokussierung. Man nehme zwei Bälle unterschiedlicher Größe, lege den 
kleineren genau mittig auf den größeren, lasse beide zeitgleich auf den 
Boden fallen. Der Kleine springt daraufhin deutlich höher, als er zuvor 
losgelassen wurde. Er übernimmt also nachweislich Energie aus dem 
großen/schweren Ball.
Das ist zwar ein recht häufiger Effekt, z.B. bei Tennisschläger und 
Ball, dort ist der Ball auch schneller als der Schläger. Aber beim hier 
genannten Experiment kann man den Effekt sehr einfach und deutlich 
sehen.
Je nach Abstimmung der Bälle schafft man es durchaus, daß der obere Ball 
bis an die Zimmerdecke springt. Sicherlich ließe sich der Effekt durch 
drei Bälle noch erweitern.

[Dieter P. (low_pow)]

Zur Laser-Modulation würde ich noch erwähnen. das es auch
LEDs mit schmalem Öffnungswinkel gibt.Die sollten weniger
empfindlich und leichter zum auftreiben sein.Meine kürzlich
"verstorbene optische PC-Maus" dürfte so eine LED haben...
Die Technik ist lange bekannt, auch immer wieder mal
veröffentlicht, es gab in DE etwa die TV-Sendereihe Hobbythek.
Das Bausatzgerät hies dann Lichttelefon Hobbyphon ( mit LED-Diode ),
wie erwähnt vor langer Zeit.
Laserdioden sind auch im Elektronikschrott ( Blue-Rayplayer ),
man sollte damit aber umgehen können und die Sicherheit für
die Augen in den Vordergrund stellen.Normale CD / DVD-Player haben
meines Wissens IR-Laserdioden ( nicht verwenden ! ).

[Joe G. (feinmechaniker)]

Christoph E. schrieb:
> Spannend wäre es herauszufinden, bis zu welcher Entfernung (ggf. mit
> einem deutlich stärkeren Laser) die Signalübertragung funktioniert.

Mehr als 100 km [1]

[1] 
https://www.qsl.net/oe1ffs/AMTEURFUNK/LASER/REICHWEITENERFOLGE/reichweiten.htm

[Torsten B. (butterbrotstern)]

> Je nach Abstimmung der Bälle schafft man es durchaus, daß der obere
> Ball bis an die Zimmerdecke springt. Sicherlich ließe sich der
> Effekt durch drei Bälle noch erweitern.

Da kam mir eine elektrische Analogie (die Bälle durch Schwingkreise 
ersetzen) in den Sinn:
https://www.coe.ufrj. br/~acmq/tesla/magnifier.html
https://www.coe.ufrj. br/~acmq/tesla/mag345.html
https://www.coe.ufrj. br/~acmq/tesla/mres6.html
Leerzeichen löschen  ^   wegen Spamverdacht der Forumsoftware.
Da Du ja ein Tesla-Anlage hast, könntest Du diese dahingehend erweitern.
So könnte Dein Marx Konkurrenz bekommen.

Leider ist der Autor Queiroz verstorben. In meinen Augen hat niemand die 
Tesla-Theorie treffender beschrieben.

[Christoph E. (stoppi)]

@ Uwe S.: Vielen Dank für deine Anregung. Den Versuch mit den 
Supergummibällen (klein über groß fallen lassen) habe ich leider schon 
umgesetzt. Man kann sich das ideale Ergebnis so herleiten: Beide 
Gummibälle kommen mit der Geschwindigkeit v am Boden an. Der schwere 
untere wird reflektiert und fliegt mit nahezu v nach oben. Von diesem 
aus betrachtet kommt ihm der leichte Gummiball mit 2v entgegen. Da er 
viel leichter ist als der untere Gummiball, wird er vom schweren aus 
betrachtet mit 2v nach oben reflektiert. Wechselt man nun wieder das 
Bezugssystem, so fliegt der leichtere Gummiball mit 3v nach oben.

Mir Experimente vorzuschlagen, die ich noch nicht umgesetzt habe, ist 
wirklich nicht einfach ;-) Danke aber...

Link: https://stoppi-homemade-physics.de/gummiball-experimente/

@ Dieter P.: Über die Hobbythek Signalübertragung per Licht bin ich 
schon einmal vor geraumer Zeit gestolpert. Tolles Projekt und es stellt 
sich mir die Frage, warum es heute eigentlich keine wirklichen 
Technik/Wissenschaftsfernsehsendungen gibt, die auch zum Nachmachen 
animieren. Die Qualität der Sendungen in den 70er und 80ern war mMn 
wirklich um einiges besser als heute um es einmal vorsichtig zu 
formulieren. Ich habe auch Physikfachbücher aus den 50er und 60er 
Jahren, welche eine wahre Fundgrube für z.B. Experimente sind. So etwas 
findet man heute leider eigentlich fast nicht mehr...

@ Joe G.: Beeindruckend. Ich stelle es mir die Ausrichtung des Lasers 
sehr herausfordernd vor, wenn man eigentlich fast keinen Sichtkontakt 
zum Ziel hat...

@ Torsten B.: Vielen Dank für die links, werde ich mir anschauen.

Anbei noch zwei sehr einfache aber schöne Freihandversuche. Einmal der 
selbstgebaute Kompass bestehend aus einem magnetisierten 1 mm Bohrer auf 
einem Korken, welcher sich im Wasser immer in Nord-Süd-Richtung 
orientiert. Und dann der Cartesianische Taucher, für den man nur einen 
Kugelschreiberstöpsel und Büroklammern benötigt. Funktioniert sehr gut 
und hat durchaus Begeisterungspotential.

P.S.: Das ist übrigens der (NE)555ste Beitrag in diesem Faden. Ganz 
schön umfangreich mittlerweile ;-)

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Joe G. schrieb:
> Mehr als 100 km [1]

https://www.esa.int/Space_in_Member_States/Germany/Laserkommunikation_zwischen_Mond_und_Erde

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Christoph E. schrieb:
> So etwas findet man heute leider eigentlich fast nicht mehr...

Produkthaftung :(

[Dieter P. (low_pow)]

Es ist schön, das unter

https://stoppi-homemade-physics.de/lasermodulation/

weitere Schaltungen gezeigt werden.
In DE gelten inzwischen für Laserpoiner und so auch
für Laserdioden neue strenge Vorschriften.

Die 2022 veröffentlichte Norm DIN EN 50689 „Sicherheit von 
Laserprodukten –
Besondere Anforderungen an Verbraucher-Laserprodukte“
sieht vor, dass Laserpointer den Laserklassen 1 oder 2 angehören müssen.

Legale Laserpointer dürfen in Deutschland eine Ausgangsleistung von 1 mW
nicht überschreiten, was den Klassen 1, 1M, 2 oder 2M entspricht.

https://www.bussgeldkatalog.net/laserpointer-verboten/

Bei Schaltungen, die etwa vor 20 Jahren entstanden sind, wird man
vermutlich LED-Versionen statt Laser verwenden, einfach weil es sonst
bei Versuchen im Freien sehr teuer werden kann.

> Produkthaftung :(
Es sind keine Fertiggeräte, mir sind nur Bausätze bekannt.

Nur wenige Funkamateure scheinen Interesse an dieser Technik zu haben.

Seit langer Zeit ist der Grossteil der Anwender solcher Technik
nicht öffentlich damit tätig, vermutlich soll das auch so bleiben.
( schöne Umschreibung )

[Christoph E. (stoppi)]

Vielen Dank für eure Anmerkungen ;-)

Ich habe ja schon einige Spektroskope zur Lichtanalyse umgesetzt, sind 
eines meiner Lieblingsgeräte. Was mir bislang fehlte war ein Spektroskop 
mit sehr breitem Spektralbereich tiefer ins Infrarote hinein und auch 
ohne störenden Bayerfilter vor den Lichtsensoren. Denn wenn ich zum 
Beispiel das Spektrum einer Glühbirne mit einer Farbkamera aufzeichne, 
erhalte ich eben nicht eine Plancksche Strahlungskurve. Im grün-gelben 
Bereich gibt es immer einen Intensitätseinbruch.

Daher habe ich mir eine monochrome Webcam auf Amazon um rund 45 Euro 
gegönnt. Erste Versuche hinsichtlich der IR-Tauglichkeit verliefen 
positiv. Heute habe ich dann den mechanischen Aufbau fortgesetzt. Damit 
ich bei der Kameraposition noch flexibel bin, verwendete ich starke 
Neodymwürfelmagnete zur Fixierung. Leider ist mir dabei einmal einer der 
beiden Magnete scheinbar zu heftig auf die rückseitige Platine gekracht 
und seitdem habe ich wandernde Streifen im Bild (siehe Anhang).

Offensichtliche Defekte auf der Platine habe ich nicht entdeckt. Hat 
jemand von euch vielleicht eine Idee, welches Bauteil möglicherweise 
eine solche Störung verursachen kann? Danke im voraus...

Vom erfassten Spektralbereich bin ich sehr zufrieden, geht theoretisch 
bis über 1200 nm. Und das mit einem 1000 Linien/mm Beugungsgitter. Das 
bestellte 500 Linien/mm Gitter werde ich wohl gar nicht benötigen.

[Christoph E. (stoppi)]

Ich möchte auch noch einige Experimente zum Hertzschen 
Dipol/elektromagnetische Wellen machen. Dazu habe ich mir einen fertigen 
433 MHz Sender, einen 433 MHz Verstärker und Bauteile für den Bau eines 
eigenen 433 MHz Senders auf aliexpress gekauft.

Der fertige Sender FST4000M 
(https://de.aliexpress.com/item/1005004448323221.html) ist bereits 
angekommen. Ich möchte ihn ohne Modulation als kontinuierlichen 433 MHz 
Sender verwenden. Dazu muss man nur einen der Input-DATA-pins auf HIGH 
(5V) setzen.

Mit der Software Airspy und einem RTL-USB-Stick + Antenne habe ich dann 
geprüft, ob er auch wirklich sendet, was er auch tat. Dann habe ich mir 
aus Kupferdraht und einer 6V/40mA Miniaturglühlampe eine 
Empfängerantenne gebastelt. Bei 433 MHz muss die Antenne genau 34.5 cm 
(= lambda/2) lang sein, ein Schenkel also 17.3 cm. Ich konnte dann 
wirklich auch die Glühbirne zum Leuchten bringen, allerdings nur bei 
einem sehr geringen Abstand zum Sender von 1-2 cm. Mit einer LED 
anstelle der Glühbirne funktionierte es aber nicht!

Ich habe mir dann auch noch eine Antenne für den Betrieb in Wasser 
gebastelt. Bei 433 MHz beträgt die relative Permittivität von Wasser 
rund 80. Für den Brechungsindex n = Wurzel(epsilon_r * µ_r) folgt dann 
ein Wert von rund 9. Daher muss die Antenne in Wasser 9-mal so kurz sein 
wie an Luft, konkret 3.8 cm.

Damit ich dann aber noch die Glühbirne zum Leuchten bringe, benötige ich 
mit Sicherheit einen Verstärker. Ich habe mich für diesen entschieden: 
https://de.aliexpress.com/item/1005006712020118.html

An den Eingang kommt mein gelöteter 433 MHz Oszillator (Schaltplan siehe 
Anhang) und an den Ausgang werde ich eine Antenne mit der Länge l = 34.5 
cm bestehend aus zwei Stücken mit je 17.3 cm anschließen. Da ich keine 
Probleme mit der Rundfunkbehörde haben möchte, werde ich den Sender nur 
ganz kurz immer in Betrieb nehmen.

Wenn es Neuigkeiten gibt, geht es hier weiter...

[Christoph E. (stoppi)]

Ich habe mir ja das monochrome Kameramodul für mein Spektroskop mit 
einem Magneten zum Teil zerschossen, weshalb ich mir ein zweites 
(gebraucht auf Amazon und dadurch zum Glück deutlich günstiger) gekauft 
habe. Der damit erfasste Spektralbereich geht von 200 nm bis 1300 nm. 
Dieses aber auch tatsächlich zu detektieren ist illusorisch, zumal ja 
das Objektiv nicht aus Quarzglas gefertigt ist bzw. der Sensor auch nur 
bis ca. 1000 nm sensibel ist.

Ich wollte aber bewusst ein weiteres Spektroskop (habe schon um die 5 
Stück), mit dem ich auch Planck'sche Strahlungskurve zumindest 
andeutungsweise erfassen kann. Das dazugehörige Experiment konnte ich 
bereits durchführen, indem ich eine Halogenlampe mit steigender Spannung 
betrieb.

Der Widerstand der Wolframwendel bei Raumtemperatur beträgt 0.19 Ohm. 
Aus dem Widerstand R bei Betrieb lässt sich dann einfach die Temperatur 
der Glühwendel berechnen. Damit bestimme ich wiederum mittels Wienschen 
Verschiebungsgesetz die Lage des Intensitätsmaximums der Planckschen 
Strahlungskurve. Bei z.B. T = 1782 °C liegt es zum Beispiel bei lambda = 
1410 nm. Dies ist zwar außerhalb des Detektionsbereichs meiner Kamera 
aber ich konnte sehr schön bei zunehmender Temperatur eine Verschiebung 
meiner Strahlungskurve in Richtung kürzerer Wellenlängen beobachten, 
Heureka...

Jetzt möchte ich eigentlich nur noch zum Abschluss das Sonnenspektrum 
aufzeichnen. Dies sollte ein Maximum bei ca. 500 nm besitzen. Demnach 
beträgt die Temperatur der Sonnenoberfläche nach Wien T = 2897.8 / 0.5 = 
ca. 5800 K.

Mehr Informationen: https://stoppi-homemade-physics.de/spektroskopie/

[Torsten B. (butterbrotstern)]

Lieber Stoppi,   vielen Dank für Deinen unermüdlichen Einsatz:
> Mit einer LED anstelle der Glühbirne funktionierte es aber nicht!

Das ist klar, weil die LED als Gleichrichter arbeitet, dann ist einfach 
ein Anschluss ~3V höher als der andere, aber in Sperrrichtung.
Abhilfe: eine schnelle Diode oder eine zweite LED antiparallel.

Zur Berechnung der Glühwendeltemperatur: allein aus den Angaben 
Verhältnis Heiß- zu Kaltwiderstand und Wendelmaterial kann man seine 
Temperatur berechnen.  Bei Halogenlampen ist dies ca. 10:1 bis 14:1  bei 
4000K (genaue Werte müsste ich nachschauen).

[Christoph E. (stoppi)]

@Torsten: Vielen Dank für deine Hinweise.

Ja genau, mittels Widerstand bei Raumtemperatur und aktuellen Widerstand 
lässt sich die momentane Temperatur der Wolframglühwendel einfach 
bestimmen. Ich hänge einmal meine für Wolfram geltende Formel an. Kann 
man bestimmt einmal brauchen ;-)

Ich habe hier im Forum einen separaten Beitrag rund um meine 
Radiowellen-Antennen-Experimente  eröffnet, hier der Link:

Beitrag "Probleme mit 433 MHz Sender"

Heute habe ich die Messungen mit dem kleinen, kommerziellen 433 
MHz-Sender und den beiden für Luft und Wasser abgestimmten 
Empfangsantennen abschließen können.

Zusammenfassung: Die 34.5 cm Antenne liefert an Luft wie zu erwarten war 
ein hohes Signal und unter Wasser ein sehr geringes. Die 3.9 cm kurze 
Antenne, welche auf die Wellenlänge der 433 MHz Radiowelle unter Wasser 
angepasst ist, erzeugt an Luft eine geringe und unter Wasser eine hohe 
Ausgabespannung. Genau so hatte ich es mir erhofft.

Die Kosten für die Experimente sind minimal: Rund 10 Euro für das 433 
MHz-Sendemodul (https://de.aliexpress.com/item/1005004448323221.html) 
und dann noch ca. 25 Euro für die beiden Empfangsantennen (BAT43, 
Miniaturglühbirnen, starrer Kupferdraht, Kupferbeschichtete Platine, 
Kondensatoren und RG173 Kabel).

Die Firma Leybold bietet ja auch einen ähnlichen Versuch an: 
https://www.leybold-shop.de/physik/geraete/elektrik-elektronik/elektromagnetische-schwingungen-und-wellen/dezimeterwellen/587551.html

Alleine für den 70 cm UHF-Sender mit 0-3 W verlangt sie allerdings 
stolze 1160 Euro inkl. MWSt (Stand 2012), also vermutlich im Jahr 2025 
noch teurer. Dazu kommen dann noch die Antennen.

Aber genau das ist ja immer mein Ziel: Auch anspruchsvolle 
Physikexperimente kostengünstigst umzusetzen und zwar mit leicht 
beschaffbaren Materialien.

Link zum Artikel auf meiner Homepage: 
https://stoppi-homemade-physics.de/hertzscher-dipol/

Ich werde meinen Selbstbau-433 MHz-Oszillator ganz kurz (!) an meinen 
eben angekommenen 2W Breitbandverstärker anschließen + Selbstbauantenne 
und dann das Signal mit SDRSharp detektieren.

Und zuguterletzt habe ich ja dann auch noch ein Baofeng GT-5R 
(https://www.ebay.de/itm/256314825508) um nur 30 Euro gekauft. Auch mit 
diesem werde ich ganz kurz (!), da ich ja keine Funklizenz besitze, das 
eine oder andere Experiment durchführen.

In diesem Sinne, Heureka ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Wie ich in meinem vorletzten Beitrag anmerkte, wollte ich noch mit 
meinem monochromen Spektroskop das Sonnenspektrum aufzeichnen und 
eventuell einige der Fraunhoferlinien darin identifizieren. Heute schien 
die Sonne schön in meine Küche und so schnappte ich mir das unlängst 
erst fertiggestellte Spektroskop mit dem monochromen Kameramodul und 
hielt es in die Sonne.

Und siehe da, ich konnte eine wunderschöne Plancksche Strahlungskurve 
mit einem Maximum bei ca. 500 nm erblicken. Und zu meiner Überraschung 
waren auch einige (!) der Fraunhoferlinien zu entdecken, wie etwa 
H-alpha, H-beta und H-gamma der Wasserstoff-Balmerserie aber auch einige 
von anderen Elementen (Ca, O, Na).

Ich muss sagen, dieses Ergebnis gefällt mir fast am besten von all 
meinen verschiedenen Spektroskopen. Leider hatte ich ja das erste 
Kameramodul durch eine Unachtsamkeit etwas beschädigt. Aber der Kauf 
eines gebrauchten zweiten um ca. 24 Euro auf Amazon hat sich mehr als 
gelohnt.

Damit kann ich dieses Projekt abschließen, denn ich habe alle Spektren 
(Sonne, Halogenlampe in Abhängigkeit von der Temperatur T) die ich 
wollte. Gekostet hat mich das Gerät (ohne dem zweiten Kameramodul) ca. 
60 Euro, also wieder einmal nahezu spottbillig.

Bleibt mir nur noch zu sagen, Heureka ;-)

[Christoph E. (stoppi)]

Mit einer Wheatstonebrücke und einer "kaputten" Glühbirne (in meinem 
Fall 24V/2-3W) lässt sich ein simples Hitzdrahtanemometer basteln. Ich 
lese die Spannung mit einem Arduino aus und sende dann diese per 
Bluetooth mit einem HC-05 Modul an mein Smartphone. Diese Übertragung 
brauche ich nämlich während der Kalibrierung.

Ich schnalle das Gerät nämlich auf eine im Kreis fahrende 
Modelleisenbahn und bestimme die Ausgabespannung in Abhängigkeit von der 
Zuggeschwindigkeit (= Windgeschwindigkeit) in der Hoffnung einen 
möglichst linearen Zusammenhang zu erhalten. Falls nicht, wäre dies aber 
auch nicht schlimm, denn dann rechnet der Arduino später einfach um und 
gibt das Ergebnis am Display oder eben am Smartphone aus.

Ein solches Hitzdrahtanemometer habe ich bereits einmal gebastelt noch 
ohne Arduino und Funk. Es reagiert aber auf allerkleinste 
Luftströmungen. Wenn ich nur ganz sachte gegen die Glühwendel blase, 
ändert sich die Ausgabespannung um mehrere Volt...

Und dann habe ich noch einen netten einfachen Freihandversuch und zwar 
der kippende Schaschlikspieß mit Kugel. Man benötigt nur einen 
Holzspieß, Tixo und eine schwerere Kugel, welche man auf dem Spieß in 
unterschiedlicher Höhe postiert. Die Frage an die Schüler lautet: 
Welcher der beiden Spieße kippt schneller, der mit der Kugel in der 
Mitte oder mit der Kugel am Spießende?

Vereinfacht ausgedrückt ist das Drehmoment T bei der Kugel am Ende etwa 
doppelt so groß (wenn die Kugel verglichen mit dem Spieß sehr schwer 
ist). Das Trägheitsmoment I ist aber durch den doppelten Abstand 4-mal 
so groß. Daher ist die Winkelbeschleunigung alpha = T/I beim Spieß mit 
der Kugel am Ende nur halb so groß wie beim anderen mit der Kugel in der 
Mitte und kippt daher langsamer...

Ich habe mich für einen Aufbau mit LEGO-Teilen entschieden, da ich diese 
noch vorrätig hatte und ich sehr flexibel sein kann was die Position der 
Bleikugel betrifft. Ich habe den Kippvorgang mit EXCEL simuliert und 
dann auch noch die Kippzeit in Abhängigkeit von der Kugelposition 
ermittelt. Die Kippzeit sinkt zunächst auf ein Minimum um dann mit 
zunehmendem Abstand der Kugel wieder stark anzusteigen. Dies bestätigt 
die Vermutung, dass der Spieß mit der Kugel am Ende langsamer kippt.

Ich werde die Bewegung mit der Software Tracker auswerten und mit meiner 
EXCEL-Simulation vergleichen. Mal schauen, wie gut die Übereinstimmung 
ist...