Donnerstag, 11. September 2008

Masse vs. Energie

Kernfusion – Wikipedia: "Ist die Masse der bei der Fusion entstandenen Kerne/Teilchen geringer als die Summe der Masse der Ausgangskerne, wird die Massendifferenz (der sogenannte Massendefekt) nach der Einsteinschen Masse-Energie-Äquivalenzformel E=m·c2 in Form von Energie frei (als kinetische Energie der Reaktionsprodukte und als Strahlungsenergie). Solche exothermen Fusionsreaktionen sind nur im Gebiet der leichten Kerne möglich, da die Bindungsenergie pro Nukleon mit steigender Massenzahl bis hin zum Element Eisen (58Fe) zunimmt. Ein starkes lokales Maximum hat sie beim Nuklid Helium-4. Die für die Fusionsenergiegewinnung günstigsten Reaktionen (siehe Kernfusionsreaktor) erzeugen daher He-4. Im Bild oben ist die am leichtesten einzuleitende dieser Reaktionen, D + T → 4He + n, dargestellt."

http://de.wikipedia.org/wiki/Massenerhaltungssatz

Bei der Kernspaltung und bei der Kernfusion tritt der sogenannte Massendefekt auf, dass die anfängliche Summe der Kernmassen größer ist als die Summe der Massen der entstehenden Teilchen. Da sich an der Masse die Ruheenergie ablesen lässt, zeigt der Massendefekt, dass die entstehenden Teilchen in Ruhe weniger Energie als die anfänglichen Teilchen haben. Diese Energiedifferenz wird bei der Kernspaltung oder Kernfusion in Wärme und Strahlung umgewandelt, dabei ist die Energie erhalten, nicht aber die Masse.

Äquivalenz von Masse und Energie

Bei einem ruhenden Teilchen sind Masse und Energie äquivalent, das heißt, bis auf einen konstanten Faktor gleich. Aber allgemeiner, bei bewegten Teilchen, bezeichnen Masse und Energie Größen, die sich in mehr als in einem konstanten Faktor unterscheiden.

  • Die Energie E(v) eines Teilchens der Masse m, das sich mit Geschwindigkeit v, v
\ E(\mathbf{v})= \frac{m\,c^2}{\sqrt{1-\frac{\mathbf{v}^2}{c^2}}}\
und bezeichnet eine Erhaltungsgröße. In Stößen und anderen Teilchenreaktionen stimmt die Summe der anfänglichen Energien mit der Summe der späteren Energien überein.
  • Die hier auftretende Masse m hat einen festen, für das Teilchen charakteristischen Wert. Sie wurde historisch Ruhemasse genannt.

Lesenswertes

Wer schon alles gelesen hat, dem empfehle ich Euch mal rechts unter "Lesenswert" vorbeizuschauen. Da landen Artikel die ich gelesen habe und in irgendeiner Weise interessant fand.

LHC Infos

Mein erster Besuch galt der Homepage des LHC - mit mehr Infos als man wissen will und ziemlich vielen Details.

Also lieber paar interessante Fakten zum Start der Experimente aus Wikipedia (englisch ):

Am 5. April 2007 erreichte der Sektor 7-8 des LHC seine vorgesehene
Betriebstemperatur von 1,9 Kelvin (−271,25 °C), das ist rund ein Grad
kälter als die Durchschnittstemperatur im Weltall. Somit waren alle
Sektoren, außer dem Sektor 4-5, sehr nahe oder auf der vorgesehenen
Temperatur. Das 3,3 Kilometer lange Teilstück hielt der Belastung
stand, die Röhre schrumpfte beim Abkühlen um 9,9 Meter.[1]
Gegen Ende Juli 2008 wurde der Beschleuniger vollständig auf seine
Betriebstemperatur heruntergekühlt. Am 10. September 2008 wurde der
erste Teilchenstrahl durch den Beschleuniger geführt.[2][3]


Eine schöne Grafik des LHC hat der Spiegel erstellt.

Nach Aussage von Joachim Mnich vom Teilchenforschungszentrum Desy reicht die Energie des Strahls aus, um eine halbe Tonne Kupfer zu schmelzen. Klar, dass der Strahl da besser nicht unkontrolliert irgendwo rein rasen sollte.

Der Beam Dump dient daher zum Abfangen des Teilchen-Strahls und besteht aus 8m langen Graphitblöcken und Beton. Ein Abschwächungsmagnet streut den ankommenden Strahl. Dabei muss der Beam Dump Energien von bis zu 4000 Megawatt abbauen. (http://achim.astel.de/blog/)

Dagegen schreibt die Berliner Zeitung sogar:
Sollten die Partikel im Notfall entsorgt werden müssen, werden sie auf
einen 10 mal 10 mal 15 Meter großen Block aus Eisen und Grafit gelenkt.
Innerhalb eines Sekundenbruchteils erhitzen die Teilchen ihn auf 3 000
Grad Celsius.


Mehr von Wikipedia:
Loss of only one ten-millionth part (10−7) of the beam is sufficient to quench a superconducting magnet, while the beam dump must absorb an energy equivalent to that of a typical air-dropped bomb.
These immense energies are even more impressive considering how little
matter is carrying it: under nominal operating conditions (2,808
bunches per beam, 1.15×1011 protons per bunch), the beam pipes contain 1.0×10-9 gram of hydrogen, which, in standard conditions for temperature and pressure, would fill the volume of one grain of fine sand.

Auf dem Bild sind man die Blöcke des Beam Dumps: "LHC beam dump shielding blocks made from recuperated ISR dipole magnets filled with cement"

Die Gefährlichkeit des Strahls ist aber nichts gegen die Horror-Szenarien, die von einigen Kritikern verbreitet werden:

http://lhc-concern.info
ist eine ausführliche Sammlung von "Gefahren" die vom LHC ausgehen.
Dort wird z.B. ein Szenario besprochen, in dem die Erde innerhalb 27
Jahren von einem schwarzen Loch vernichtet wird.

Bei Welt der Physik
findet sich ein weiterer interessanter (und neutraler) Artikel zu den
schrecklichen Dingen, die vermutlich nicht passieren können.

Etwas ernsthafter beschäftigt sich schließlich bigsciencenews mit möglichen Unfällen.

Was ist das flächengrößte Land der Erde

Das Flächen größte Land der Erde ist Russland mit 17.000.000 km² Fläche. Auf Platz zwei ist Kanada mit 9.970.000 km².

Eine vollständige Liste findet man bei Wikipedia

Bewegungsablauf beim Diskuswerfen

Hier eine ganz interessantes Video zum Bewegungsablauf beim Diskuswerfen:

Mittwoch, 10. September 2008

Tiefflieger im Mast?


Ich konnte keine Unfälle zwischen tieffliegenden Jets und Segelyachten finden. Und es erscheint mir auch recht unwahrscheinlich. Viel gefährlicher leben übrigens SegelFLIEGER. Da gibt es wohl ab und zu schonmal recht knappe Begegnungen. Aber das ist ein anderes Thema.


Laut Spiegel-Interview gibt es 7 Tiefflug-Zonen in Deutschland, in denen eine Mindesthöhe von 75m gilt. Dabei wird 30m als "Einsatz-Höhe" bezeichnet.

Allerdings schreibt Wikipedia:
Der Übungserfolg ist heute sowieso gering, da die eingesetzten Maschinen über eine automatische Terrainverfolgung verfügen.

Zum Tornado schreibt Wikipedia
Besonderes Merkmal des Tornado ist seine Fähigkeit zum Tiefstflug in Baumwipfelhöhe (nur bei Flügen nach Sicht und manueller Steuerung durch den Piloten). Bei schlechtem Wetter oder bei Nacht ermöglicht das Terrain Following Radar (kurz: TFR, deutsch: Geländefolgeradar) den (vom Autopiloten gesteuerten) extremen Tiefflug in 60 Meter Flughöhe über Grund. 

Baumwipfelhöhe hört sich ja schon ziemlich nach Mast-Höhe an, wie? Das TFR scheint tatsächlich nur Höhen bis ca. 30m zu erlauben. Was ja wiederum auch ziemlich nah an "Baumwipfelhöhe" ist. 

Klar: Bei solchen Höhen kann sich der Pilot keine Abweichungen mehr erlauben. Ich halte es für sehr unwahrscheinlich, dass ein 30m hoch fliegender Jet plötzlich auf 17m absackt.

Über der Ost-/Nordsee schon gar nicht, denn da sollte (selbst in einem Tiefflug-Gebiet) eine Mindestflughöhe von 75m gelten.

Auch ganz interessant:
http://www.sichelschmiede.org/Downloads/Tiefflug_Kyritz-RuppinerHeide_08_06.pdf

Übrigens: In den Tiefflug-Gebieten ist Urlaub-Machen nicht zu empfehlen:

Mast von Flugzeug gerammt?

Emanuel aus Bonn hat Sorge um seine "Yacht":

Auf der Ostsee habe ich Militärübungen mit Tieffliegern beobachtet. Sie flogen in geschätzten 30m Höhe über meine Yacht, welche eine Masthöhe von 17m hat. Dazu gibt's zwei Fragen. Ersten: wie tief (und wie schnell) fliegen Marine/Luftwaffe bei Übungen über der See. Zweitens: Wie genau können sie die Höhe halten, muss ich also Angst haben, dass mit so ein Tiefflieger im Mast hängen bleibt?

Dienstag, 9. September 2008

Wer weiß es besser?

Nicht nur Fragen können jetzt per Formular verschickt werden, sondern auch Antworten. Ich hoffe, ihr wisst mehr zu den Fragen als ich. Und korrigiert im Zweifel meine Fehler, die ich trotz äußerst aufwendiger Recherche gemacht habe!

Neue Fragen?!

Rechts gibt es ab jetzt einen Link zu einem Formular, mit dem neue Fragen gestellt werden können. Alles ist erlaubt, ich überlege mir dann, ob eine Frage gut genug ist um auf diesem Blog behandelt zu werden.

Montag, 8. September 2008

Herabfallende Kastanien

Leider konnte ich zu herunterfallenden Kastanien nicht mehr herausfinden als das folgende: Auf der Seite: www.gutefrage.net wird folgende Frage gestellt:

Bei mir steht an der Straße ein Kastanienbaum.Es ist also ein öffentlicher Weg.Komme gerade nach Hause und mir ist von diesem Baum eine Kastanie auf den Kopf gefallen.Hat richtig weh getan und nun habe ich eine Beule.

Kann ich Schmerzengeld verlangen,und wenn ja von wem.

Was meint Ihr?

Der scheint den "Angriff" ja offenbar ganz gut überlebt zu haben (obwohl....?!) Ich würde mich freuen, irgendwas konkreteres zu hören, wenn jemand was weiß, bitte Bescheid sagen!

Mittwoch, 3. September 2008

Raumfahrer ohne Anzug

Im Reiseführer "Per Anhalter durch die Galaxis" steht, man könne im luftleeren Raum ungefähr 30 Sekunden überleben, wenn man vorher tief Luft geholt hat.


Ob das stimmt? Warum ist ein Überleben im Weltraum überhaupt so schwierig? Offenbar gibt es da eine Vielzahl an Problemen:


  • Die Temperatur
  • Die Strahlung
  • Sauerstoff-Mangel
  • Der Druck

Alle einzelnen Effekte sind vermutlich schon einzeln tödlich. Zusammen dürften sie eine ziemlich unangenehme Mischung geben. Was ja auch keiner bestritten hat. Gucken wir uns erstmal die einzelnen Punkte an:

Die Temperatur
Im All herrschen Temperaturen zwischen -270 und +100 °C bei Sonnenschein. Immerhin liegen da auch ganz angenehme Temperaturen dazwischen. Allerdings: Ohne Medium zum Temperaturaustausch dürfte das vielleicht gar nicht so schlimm sein?
Überlebensdauer: Unklar

Die Strahlung
Der Raumanzug hat nicht zuletzt die Aufgabe,
Astronauten vor der hochenergetischen Strahlung im All zu schützen. Normalerweise schützt uns die Erdatmosphäre, draußen im All dürfte das ziemlich gefährlich sein. Ich glaube allerdings nicht, dass das zu einem schnellen Tod führt.

Sonneneinstrahlung führt allerdings schon nach kurzer Zeit zu Verbrennungen, die aber sicher nicht zum Tod führen werden.
Überlebensdauer: Unklar. Mindestens mehrere Stunden?

Sauerstoff-Mangel
Unbestritten gibt es im All keinen Sauerstoff. Den brauchen wir aber ziemlich dringend zum Überleben. Ohne Sauerstoff dürfte kein Mensch länger als ein paar Minuten überleben, geschweige denn bei Bewußtsein bleiben. Im All ist das noch schlimmer: Da die Luft aus den Lungen nicht zur Verfügung steht (die wird sofort "rausgesaugt"), bleibt man angeblich höchsten 15 Sekunden bei Bewußtsein. Der Sauerstoff-Mangel ist also schon mal definitiv tödlich.
Überlebensdauer: einige Minuten

Druck
Im Weltall herrscht extremer Unterdruck. Genauer: Es herrscht fast gar kein Druck. Schließlich ist ja nichts da, was drücken könnte. Der Astronaut besteht aber dummerweise aus ganz viel, was Druck macht: Die Lungen sind voll Luft (vermutlich hat man sich zu allem Übel an die Tipps aus dem Anhalter gehalten), diverse Hohlräume ebenfalls. Ähnlich wie bei einem zu schnell aufsteigendem Taucher wird sich die Luft viel zu schnell ausdehnen und die Lunge zerreißen. Ähnliche Verletzungen werden wohl bei allen luftgefüllten Hohlräumen entstehen, aus denen die Luft nicht abfließen kann. Zusätzlich sind in allen Flüssigkeiten, insbesondere im Blut, Gase gelöst. Unter dem niedrigen Druck werden diese ausgasen, wie eine geöffnete Mineralwasser-Flasche. Zu allem sinkt bei dem niedrigen Druck der Siedepunkt. Wasser wird schon bei recht niedrigen Temperaturen anfangen zu kochen. Das führt insbesondere zu einer extremen Ausdehnung und zum Platzen von Zellen und Gewebe. Vielleicht führt das auch gleichzeitig zu extremer Abkühlung?

Der Effekt, dass Flüssigkeiten zu kochen beginnen, setzt sehr schnell ein. Bei einem Unfall der NASA 1965 fühlte eine Testperson seine Spucke schon kochen, bevor er nach 14 Sekunden das Bewußtsein verlor.

Das Blut beginnt angeblich nicht zu kochen, schließlich hält der Körper noch gewissen Druck aufrecht.
Überlebensdauer: wenige Minuten - unklar


Zusammenfassung:
Vielleicht wieder Erwarten wird man nicht explodieren. Ziemlich sicher wird man einfach ziemlich schnell bewusstlos und stirbt dann - an Sauerstoff-Mangel, Embolien und weiteren Verletzungen durch den Druckverlust, die sich langsam akkumulieren.


Quellen:

http://www.wdr.de/themen/wissen/1/kleine_anfrage/antworten/astronaut_helm.jhtml

http://www.gutefrage.net/frage/stimmt-es-dass-ein-astronaut-auch-ohne-raumanzug-bis-zu-60-sekunden-im-weltall-ueberlebt

http://de.wikipedia.org/wiki/Raumanzug

http://science.howstuffworks.com/space-suit.htm

http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/ask_astro/answers/970603.html


Weiter Quellen:

The Effect on the Chimpanzee of Rapid Decompression to a Near Vacuum, Alfred G. Koestler ed., NASA CR-329 (Nov. 1965)

Experimental Animal Decompression to a Near Vacuum Environment, R.W. Bancroft, J.E. Dunn, eds, Report SAM-TR-65-48 (June 1965), USAF School of Aerospace Medicine, Brooks AFB, Texas.


Tödliche Kastanien

Können einen herunterfallende Kastanien ernsthaft verletzen? Wie schnell wird so eine Kastanie überhaupt? Und was ist mit den Stacheln? Bohren die sich beim Auftreffen auf den Schädel etwa tief in die Kopfhaut? Oder gibt es einfach nur eine kleine Beule?

Dienstag, 2. September 2008

Tod beim Ausstieg aus der Raumkapsel

Mal angenommen, ein Astronaut steigt irgendwo im All aus seinem Raumschiff aus - ohne Anzug, einfach so. Was passiert? Wird er explodieren? Wird er ersticken? Erfrieren? Stirbt er unmittelbar? Nach einigen Sekunden? Überlebt er gar 37 Sekunden, wie von manchen behauptet?

Roulette

Die Frage: Wie ruiniert man sich beim Roulette schneller? Mit der Immer-Verdoppeln-Methode? Oder mit "normalem" (i.e. immer mit dem gleichen Einsatz) Spiel? Oder spielt das womöglich gar keine Rolle?

Inversion der Welt

Die These:
In den Rocky-Mountains gibt es Täler, an deren Stelle vor ganz ganz ganz langer Zeit mal Berge standen und die dann stärker erodiert sind als die umliegenden Täler. (Und eben so selbst zu Tälern wurden)

Berge die zu Tälern werden und umgekehrt? Stand die Welt mal auf dem Kopf?

Die Antwort:
Das Kind hat zumindest schonmal einen Namen:

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Reliefumkehr (auch: Inversion) ist die morphologische Umwandlung tektonischer Formen durch Abtragung unterschiedlich widerstandsfähiger Gesteine. Sättel und Horste werden zu morphologischen Depressionen, Mulden und Gräben zu Erhebungen.

Viele Zeugenberge aus der Jurazeit verdanken ihre Entstehung der Reliefumkehr. Die folgenden Darstellungen verdeutlichen das Prinzip.

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Es gibt das also tatsächlich!

Hier noch ein bisschen allgemeines Zeugs zum Thema Berg-Entstehung:

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http://de.wikipedia.org/wiki/Berg#Entstehung_von_Bergen

Berge sind in der Regel eine Folge der Plattentektonik der Erde oder vulkanischen Ursprungs. Bewegen sich zwei Platten der Erdkruste gegeneinander, so wird an der „Knautschzone" oft ein Gebirgszug aufgeschoben. Deren Berge zeichnen sich durch schroffe Gestalt und große Höhe aus. Herausragende Beispiele sind die Berge des Himalaya und der Anden, aber auch von den Alpen, dem Balkangebirge oder Zagros.

Eine in polnahen Gebieten vorkommende Gebirgsbildung ist die der Reliefumkehr: eine Mulde wird von Gletschern mit Geröll aufgefüllt, wobei der Untergrund durch das Gewicht des Eises unter Druck steht. Ziehen sich die Gletscher zurück, entspannt sich der Untergrund, und die Geröllfüllung kann teilweise über die Höhe der Umgebung empor gehoben werden. So entstandene Erhebungen sind zum Beispiel am Münsterländer Kiessandzug zu beobachten. Häufiger ist hingegen zu beobachten, dass ältere Bergschichten durch ihre größere Härte stehen bleiben, während jüngere schneller verwittern.

Berge können auf der Erde kaum höher als 9 km emporragen. Dies liegt daran, dass die Basis eines Bergs sich ab dieser Höhe aufgrund des enormen Lithostatischen Drucks verflüssigt und so die Maximalhöhe festgelegt wird.

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Dass allerdings größere Teile der Rocky Mountains so entstanden sind, wage ich mal ernsthaft zu bezweifeln....

Brennen von Schnaps

Die Frage:
Wird beim Brennen von Spirituosen in einem Zwischenschritt nahezu reiner Alkohol gewonnen, der später wieder verdünnt wird? Oder wird irgendwas Alkoholhaltiges einfach auf Trinkstärke destilliert?

Die Antwort:
Tatsächlich ist das Brennen von Schnaps gar nicht überall gleich, wie ich dachte:
Beim Doppelbrand werden zwei, teils auch drei komplette Brenndurchgänge durchlaufen.
Zuerst wird beim Rauhbrand der gesamte Alkohol aus der Maische gewonnen. Beim zweiten, entscheidenden Brennen, dem Feinbrand, wird statt Maische das Destillat aus dem Rauhbrand, bestehend aus Wasser, Alkohol (etwa 25-35 %) Aromen und Fuselöl eingesetzt.

Der Feinbrand besteht aus Vorlauf, Mittellauf und Nachlauf. Im Vor- und Nachlauf befinden sich unerwünschte Stoffe: leicht-flüchtige Alkohole im Vorlauf, Fuselöle im Nachlauf.

Im entscheidenden Mittellauf befinden sich die gewünschten Bestandteile: Trinkalkohol und Aromastoffe. Der Mittellauf beginnt mit 70 - 80 % vol. Alkohol und sinkt mit dem Brennverlauf langsam ab. Das Ende des Feinbrandes ist bei Kernobst zwischen 45 - 50 % vol., bei Steinobst bei 50 - 55 % vol. Alkohol erreicht.

Zuerst wird beim Rauhbrand der gesamte Alkohol aus der Maische gewonnen. Beim zweiten, entscheidenden Brennen, dem Feinbrand, wird statt Maische das Destillat aus dem Rauhbrand, bestehend aus Wasser, Alkohol (etwa 25-35 %) Aromen und Fuselöl eingesetzt.

Ähnlich wird Whiskey hergestellt, im sogenannten Pot-Still-Verfahren:

Zur Herstellung von schottischem Malt-Whisky und irischem Pot-Still-Whiskey wird die Maische zwei- bzw. dreimal in Brennblasen aus Kupfer destilliert

Dann kommt der junge Whisky völlig farblos und mit einem Alkoholgehalt von etwa 65 bis 75 Vol. %.
Er wird unter Aufsicht des Steuerbeamten auf circa 63 Vol. % verdünnt, in Fässer gefüllt und in die Lagerhäuser gebracht.
Nach etwa sieben Jahren Lagerzeit sinkt der Alkoholgehalt auf etwa 60 Vol. %, nach zwölf Jahren auf etwa 57 Vol % ab.

Bei Wodka wird aber tatsächlich fast reiner Alkohol gewonnen:
Depending on the distillation method and the technique of the stillmaster, the final filtered and distilled vodka may have as much as 95-96% ethanol. As such, most vodka is diluted with water prior to bottling. This level of distillation is what truly separates a rye-based vodka (for example) from a rye whisky; while the whisky is generally only distilled down to its final alcohol content, vodka is distilled until it is almost totally pure alcohol and then cut with water to give it its final alcohol content and unique flavour, depending on the source of the water.[18]

Auch Korn wird aus einem 85% Destillat gewonnen.

Quellen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Brennen_%28Spirituose%29#Kontinuierliches_Brennen
http://www.exquisine.de/net/artikel/whisky.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Vodka

Riesige Windkraftanlagen

Die Frage:
Wie groß ist eigentlich ein Rotorblatt einer Windkraftanlage? So groß wie ein Pkw? Lkw? Etwa ein ganzes Haus?

Die Antwort:
Die Größe der Rotorblätter bei Windkraftanlagen: 30m Durchmesser ist winzig, 60-80 wohl eher normal, große Anlagen haben einen Durchmesser bis zu 130m!


s. http://de.wikipedia.org/wiki/Windenergieanlage

Da wäre zum Beispiel die Enercon E-112 (hier in Egeln). Davon gibt's aber nur 9 in Deutschland. Wird (wie der Name schon sagt) von Enercon produziert und hat tatsächlich einen Rotordurchmesser von (nein, nicht wie der Name schon sagt, aber fast) 114 Metern!!!! Und es soll sogar ein Modell E-126 mit 127m geben! In der Tat laut Wikipedia sogar 3 von den Monstern.

Aber auch die üblichen Anlagen, die man aus der Eifel oder von sonstwo kennt sind erstaunlich groß: z.B. hier in der Hocheifel 60m, andere Anlagen auch über 70m. Enercon hat über 4000 solcher Anlagen ausgeliefert, wobei die Turmhöhe bis zu 113m beträgt.

Zum Vergleich: Das HRZ dürfte ungefähr die Größe eines Rotorblatts haben. (7 Etagen a großzügigen 5 Metern) Nein, nicht der Monsteranlage! Der Posttower ist 162,5 Meter hoch und damit nur etwas größer als die Gesamthöhe einer Windkraftanlage.

Wen's noch interessiert: die Blattspitzengeschwindigkeit einer solchen Anlage beträgt bis zu 80 m/s = 288 km/h.