Januar 2019

In der Meeresbrandung am Strand werden Steine über die Jahre nahezu perfekt elliptisch abgeschliffen, vgl. S. 30. (Bild: Yuriy Kulik/Shutterstock)

Meinung

Dieter Meschede
01 / 2019 Seite 3

Ein Lob der Gießkanne

Zeit freiräumen für Lehre und Kreativität erfordert bessere Grundausstattung für die Universitäten.

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Aktuell

Maike Pfalz
01 / 2019 Seite 6
DPG-Mitglieder

Ein Leuchtturm der Astroteilchenphysik

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Kerstin Sonnabend
01 / 2019 Seite 7
DPG-Mitglieder

Naturkonstanten als dauerhafte Basis

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Anja Hauck
01 / 2019 Seite 8
DPG-Mitglieder

Happy Birthday, ISS

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Maike Pfalz
01 / 2019 Seite 10
DPG-Mitglieder

Eine Koalition für Open Access

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Kerstin Sonnabend
01 / 2019 Seite 10
DPG-Mitglieder

Zwei Jahre ohne Strahl

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01 / 2019 Seite 11
DPG-Mitglieder

DFG: Neue SFBs und GRKs

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Alexander Pawlak
01 / 2019 Seite 12
DPG-Mitglieder

Fortschritte für SESAME

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Alexander Pawlak
01 / 2019 Seite 14
DPG-Mitglieder

Künstlich oder intelligent?

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01 / 2019 Seite 15
DPG-Mitglieder

Forschungsdaten nachhaltig sichern und nutzbar machen

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Kerstin Sonnabend
01 / 2019 Seite 15
DPG-Mitglieder

Weichenstellung am Horizont

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Maike Pfalz
01 / 2019 Seite 16
DPG-Mitglieder

Generationenwechsel in Grenoble

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Alexander Pawlak
01 / 2019 Seite 17
DPG-Mitglieder

Einsichten in den Roten Planeten

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Kerstin Sonnabend
01 / 2019 Seite 18
DPG-Mitglieder

USA

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Leserbriefe

Die Kommission des Arbeitskreises Chancengleichheit der DPG
01 / 2019 Seite 19
DPG-Mitglieder

Strickland vergessen

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Karl-Otto Eschrich
01 / 2019 Seite 19
DPG-Mitglieder

Bedeutsame Konstante

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High-Tech

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Brennpunkt

Manuel Baumgartner und Miklós Szakáll
01 / 2019 Seite 23
DPG-Mitglieder

Wie Flocken verdampfen

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Kai Bongs
01 / 2019 Seite 25
DPG-Mitglieder

Abgehobener Atomchip

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Bildung und Beruf

Kerstin Sonnabend
01 / 2019 Seite 28
DPG-Mitglieder

„Die meiste Arbeit passiert abseits der Bildschirme!“

Dr. Angela Halfar (37) hat in Heidelberg Physik und Mathematik studiert, um Lehrerin zu werden. Nach dem ersten Staatsexamen promovierte sie – und sammelte erste Erfahrungen als Moderatorin mit der Wissenschaftsshow Stella Nova. Später trat sie als Wissenschaftsexpertin bei ProSieben und Sat.1 auf.

Hatten Sie schon immer den Wunsch, Moderatorin zu werden?

Ganz und gar nicht – ich wollte immer Lehrerin werden. Das war mein Berufsziel, deswegen musste ich nach dem Abitur nicht lange überlegen, was ich studieren möchte. Aber kurz vor dem ersten Staatsexamen hat mich die Realität eingeholt.

Inwiefern?

Während der Vorbereitung zum Examen habe ich als Aushilfslehrerin gearbeitet. Damals herrschte großer Mangel an Physik- und Mathematik-Lehrern. Ich sollte drei Kurse zum Abitur führen – das hat mich überfordert. So kam mein Kindheitswunsch, Lehrerin zu werden, ins Wanken.

Warum dann eine Promotion?

Weil damit der Weg in Industrie und Wirtschaft offensteht – und man nicht mehr auf eine Laufbahn an der Schule festgelegt ist. Ich wollte die Zeit aber auch als Findungsphase nutzen. Ich hatte vorher nie über eine Alternative zum Lehrerberuf nachgedacht. (...)

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Überblick

Klaus Winzer
01 / 2019 Seite 30
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Physik am Meer

An den Stränden der Meere findet sich neben vielen Steinen mit irregulärer Gestalt eine große Anzahl von Steinen in Form nahezu perfekter Ellipsoide. Ihre Symmetrie und der ästhetische Reiz dieser Steine waren Anlass, über die Entstehung der elliptischen Form sowie die Ursache für die große Zahl dieser Steine nachzudenken. Die klassische Newtonsche Mechanik und elementare Mathematik genügen, um die Prozesse quantitativ zu beschreiben, welche die Steine an den Stränden der Ozeane seit Millionen von Jahren in ewig gleicher Weise formen.

Eine erste Erklärung für die glatten, gerundeten Flächen der Kiesel gab bereits Aristoteles [1]. Im letzten Jahrhundert sind etliche Feld-, Labor- und theoretische Studien zur Form der Steine hinzugekommen [2 – 6]. Allerdings entsprachen die Experimente in den Laboren nicht den Bedingungen, unter denen die Kiesel am Meeresstrand geformt werden: Die Kraft der einlaufenden Brandungswelle ist sehr viel größer als die Gewichtskraft der Steine, die eine Masse von einigen Gramm bis einigen hundert Gramm haben, daher reißt die Welle die Steine mit strandaufwärts. In Ufernähe fallen zunächst die großen Kiesel und weiter strandaufwärts die kleineren aus und bleiben nach kurzer Rotation liegen. Das Wasser der Welle läuft weiter strandaufwärts, kommt kurz zur Ruhe und strömt dann der Neigung des Strandes folgend meerwärts.

Bei schwacher Strömung am Ort des auf seiner flachen Seite liegenden Steins wird dieser ohne Rotation eine gewisse Strecke mit dem ablaufenden Wasser mitgerissen. Hierbei erfolgt ein Abrieb an der Auflagefläche, im Fall eines Ellipsoids senkrecht zur kürzesten Achse (c-Achse, Abb. 1), also parallel zur ab-Ebene. Bei stärkerer Strömung richtet sich der Ellipsoid auf und rotiert stabil um die c-Achse, angetrieben vom ablaufenden Wasser-Sand-Gemisch und der Neigung des Strandes. Die Rotation erfolgt mit nahezu konstanter Drehfrequenz und endet in der nächsten Brandungswelle. Dabei wird ein schmaler Bereich der Oberfläche senkrecht zur ab-Ebene abgetragen.

Um eine ausreichende empirische Basis für die Verteilung der Achsenverhältnisse zu erhalten, habe ich im Laufe der Jahre mehr als 1250 elliptische Steine gesammelt und vermessen. Die meisten Steine stammen von den Kanarischen und den Kapverdischen Inseln sowie von der Südküste der Türkei zwischen Alanya und Side. Die Kanarischen und die Kapverdischen Inseln sind vulkanischen Ursprungs mit teilweise noch aktivem Vulkanismus. Daher bestehen diese Steine aus dunkelgrauem bis schwarzem Basalt und enthalten oft kleine Einschlüsse des Minerals Olivin (Mg,Fe)2 [SiO4]. Die mittlere Dichte der Basaltsteine beträgt ρ = 3,6 g/cm3. Der Abtrag des Materials erfolgt durch Abschleifen der Steine am Strand. Daher bietet es sich an, die Schleifhärte HR (nach Rosiwal) der unterschiedlichen Gesteinsarten miteinander zu vergleichen. Für Basalt beträgt sie HR,Bas =~ 70. Die Steine aus der Türkei bestehen aus hellgrauem bis gelbbraunem Marmor (Kalzit, Ca[CO3]). Durch den schwankenden Anteil anderer Mineralien variiert die Dichte von 2,6 bis 2,9 g/cm3. Die Schleifhärte von reinem Kalzit beträgt HR,Kal =~ 4,5 und ist damit deutlich geringer als die des Basalts. Die Auswahl der Kiesel erfolgte aufgrund einer möglichst perfekten elliptischen Form. (...)

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Claudia Goy und Robert E. Grisenti
01 / 2019 Seite 35
DPG-Mitglieder

Die zwei Facetten von Wasser

Wasser zeichnet sich durch zahlreiche Anomalien aus, von denen das Dichtemaximum bei 4 Grad Celsius wohl die bekannteste ist. Überraschenderweise lässt es sich weit unter den Schmelzpunkt von 0 Grad Celsius abkühlen, ohne zu gefrieren. Dieses so genannte unterkühl­te Wasser besitzt spannende Eigenschaften und lässt vermuten, dass es möglicherweise zwei verschiedene flüssige Phasen gibt. Untersuchen lässt sich das unterkühlte Wasser in Form winziger Tropfen in einem Flüssigkeitsstrahl.

Wasser spielt eine übergeordnete Rolle in zahlreichen chemischen und biologischen Prozessen. Dazu tragen besonders seine zahlreichen anomalen Eigenschaften bei, von denen viele immer noch Gegenstand intensiver Forschung sind. Rätselhaft wird das Verhalten von Wasser, wenn es unter den Schmelzpunkt abgekühlt wird, ohne zu kristallisieren. In diesem Fall ist das Wasser „unterkühlt“ und metastabil relativ zur Eisphase. Die Eisbildung bei Temperaturen knapp unter 0 °C, wie sie normalerweise zu beobachten ist, erfolgt nicht von selbst, sondern durch den Kontakt zu Oberflächen, Partikeln oder anderen Störungen im Wasser. Denn die Kristallisation erfordert auf mikroskopischer Ebene die Bildung eines kleinen, lokalisierten Keims der neuen Kris­tallphase in der metastabilen Flüssigkeit. Da sich dabei die Oberfläche vergrößert, ist allerdings eine hohe lokale Energie pro Volumeneinheit aufzubringen. Die Kristallisation an einer fremden Oberfläche oder Verunreinigung kann aufgrund der schon vorhandenen Grenzfläche ohne zusätzliche Energie erfolgen und ist als heterogene Keimbildung bekannt. In reinem Wasser ist die Wahrscheinlichkeit der Eisbildung durch spontane Ordnungsschwankungen – homogene Keimbildung – bei Temperaturen knapp unter dem Schmelzpunkt nahezu Null. Die erste wissenschaftliche Beschreibung von unterkühltem Wasser geht wahrscheinlich ins Jahr 1724 auf Daniel Fahrenheit zurück, der flüssiges Wasser auf etwa –9 °C abgekühlt hatte. Durch die signifikant reduzierte Konzentration von keimbildenden Verunreinigungen in einer Wasserprobe ist es möglich, Wasser bis auf –25 °C zu unterkühlen. (...)

 

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Streifzug

Anne Hardy
01 / 2019 Seite 42
Pro-Physik-Mitglieder

Richtungsweisende Sternstunde

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Physik im Alltag

Bernd Müller
01 / 2019 Seite 44
DPG-Mitglieder

Kampf dem Lärm

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Menschen

01 / 2019 Seite 47
DPG-Mitglieder

Personalien

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Wolf Aßmus und Eberhard Dietz
01 / 2019 Seite 52
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Ulrich Gerhardt

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Maike Pfalz
01 / 2019 Seite 53
DPG-Mitglieder

„Quantenphysik hat mich schon immer gereizt.“

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DPG

01 / 2019 Seite 13
DPG-Mitglieder

Leading for Tomorrow

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01 / 2019 Seite 22
DPG-Mitglieder

EinsteinSlam

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01 / 2019 Seite 27
DPG-Mitglieder

Laborbesichtigungsprogramm

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01 / 2019 Seite 46
DPG-Mitglieder

WEH-Förderprogramm – Ausschreibung 2019

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01 / 2019 Seite 54
DPG-Mitglieder

Einladung zur Mitgliederversammlung 2019

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01 / 2019 Seite 55
Pro-Physik-Mitglieder

Physik-Preise 2019

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01 / 2019 Seite 65
DPG-Mitglieder

Dopplers: Physikteamwettbewerb für Studierende

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01 / 2019 Seite 66
DPG-Mitglieder

Max-von-Laue-Kolloquium

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Christine Gruber, Jutta Kunz und Agnes Sandner
01 / 2019 Seite 67
DPG-Mitglieder

Gelungenes Forum für Frauen in der Physik

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01 / 2019 Seite 69
DPG-Mitglieder

Jobbörse auf der DPG-Frühjahrstagung

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01 / 2019 Seite 72
DPG-Mitglieder

Physik-Schule: Physics of Strongly Coupled Systems

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01 / 2019 Seite 73
DPG-Mitglieder

Physik-Schule: Atmospheric Physics: Experiment meets Modelling

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01 / 2019 Seite 74
DPG-Mitglieder

Kurzprotokoll zur Vorstandsratssitzung

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01 / 2019 Seite 75
DPG-Mitglieder

Mitgliedsbeiträge 2019

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01 / 2019 Seite 76
DPG-Mitglieder

Haushaltsplan der DPG für das Jahr 2019

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Rezensionen

Lutz Kasper
01 / 2019 Seite 70
DPG-Mitglieder

M. Welzel-Breuer, E. Breuer: Physik (nicht nur) für Straßenkinder

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Michael Eckert
01 / 2019 Seite 70
DPG-Mitglieder

J. L. Heilbron: The History of Physics, A Very Short Introduction

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Maike Pfalz
01 / 2019 Seite 71
DPG-Mitglieder

K. Olsberg: Das KALA-Experiment

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Weitere Rubriken

01 / 2019 Seite 77
DPG-Mitglieder

Notizen

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T5 Jobmesse

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