« vorheriger Beitrag  · nächster Beitrag »

13.08.08 · 20:39 Uhr

Sommerrätsel gelöst, KLEINE ZEITUNG gerettet!

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 13

Da sich die seit Tagen knisternde Spannung, die wir mit unserem Sommerrätsel erzeugt hatten, inzwischen ins Unerträgliche gesteigert hat, ist es Zeit, das Rätsel aufzulösen.

Unsere Stammleser erinnern sich: Am Donnerstag der vergangenen Woche ging unser durch zwei Leserbriefe in der Kleinen Zeitung inspiriertes Sommerrätsel online. Herr Samonig hatte in seinem Leserbief ein physikalisches Phänomen geschildert:

Gegenstände, die man an einem Faden aufhängt, beginnen zu rotieren. Dies kann mit einer Kaffeeschale demonstriert werden: [...] Der Drehsinn - vom Aufhängepunkt aus betrachtet, gegen den Uhrzeiger - ändert sich nicht, wenn man den Faden umdreht. Der Effekt ist dort und da wohl schon beobachtet worden, ich bin mir aber nicht sicher, ob er in der physikalischen Fachliteratur Beachtung gefunden hat. Um Hinweise wird gebeten.

Herr Rittmann hatte wenige Tage später in einem Leserbrief folgende Erklärung angeboten:

Der Auslöser für den beschriebenen Effekt ist die so genannte "Coriolis-Kraft". [...]

Wir haben festgehalten, dass das beschriebene Phänomen tatsächlich existiert und daran vier Fragen angeschlossen:

1. Stimmt es, dass sich die Drehrichtung der Kaffeeschale nicht ändert, wenn man den Faden umdreht?
2. Stimmt es, dass die Drehung von oben betrachtet stets gegen den Uhrzeigersinn erfolgt?
3. Ist die Erklärung von Herrn Rittmann korrekt?
4. Falls nein, wie lautet die korrekte Erklärung für das beschriebene Phänomen?

Die meiner bescheidenen Meinung nach richtigen Antworten auf diese Fragen sind die folgenden:

1. JA, das ist richtig. Die Drehrichtung bestimmt sich aus der Chiralität oder "Händigkeit" des Fadens (siehe 4.).

Das hat Kommentator Fischer als erster und auch völlig korrekt festgestellt. Aus der Chiralität des Fadens folgt, dass es - wie JLT es ausdrückt - beim Faden "kein 'oben' oder 'unten' [gibt]". Für Theoretiker wie Florian ist ein Faden ein eindimensionales Objekt. Daraus folgt zwar ebenfalls, dass es egal ist, wie man den Faden hält (Punktsymmetrie bzgl. des Fadenmittelpunkts!), allerdings erzeugt das Modell des eindimensionalen Fadens gewisse Schwierigkeiten damit, überhaupt eine Drehung zu begründen.

2. NEIN, das ist falsch. Wie aus 1. in Kombination mit 4. hervorgeht, hängt die Drehrichtung, wie bereits von Fischer gemutmaßt, davon ab, wie der Faden bei der Herstellung gedreht bzw. "geschlagen" wurde.

Eine ausführliche Schilderung dieses Vorganges lieferte Mimus Vitae. Laut Wikipedia werden Zwirne üblicherweise links gedreht, Einfachgarne hingegen rechts. Die häufige Beobachtung von gegen den Uhrzeigersinn rotierenden Kaffeetassen deutet darauf hin, dass die Experimentatoren zu gewöhnlichem Zwirn gegriffen haben. Experimente mit ungedrehten Fäden wie etwa Drachenleinen aus Nylon ergaben erwartungsgemäß gar keine Drehung. Wie es mit Spinnenfäden aussieht - eine von Andreas Kyriacou aufgeworfene Frage - ist noch Gegenstand aktueller Forschungen.

Es muss hierzu bemerkt werden, dass Frage 2 im Grunde von Theoretikern (wie mir) durch bequemes googeln einer plausiblen Lösung zugeführt werden kann. Als vorbildlich sind dagegen freilich erst jene Forscher zu nennen, die wie Fischer und JLT zur Bestätigung bzw. Falsifizierung ihrer Hypothesen echte Experimente durchführen. Das Experiment von Fischer lieferte neben Teeflecken wertvolle Hinweise bzgl. der Drachenleine, leider ist die initiale Drehbewegung mangelhaft dokumentiert. Das Experiment von JLT ist gut dokumentiert, leidet aber unter einem zu kleinen sample (n = 3). Außerdem ist es offenbar unverblindet durchgeführt worden und daher sind die Ergebnisse möglicherweise verzerrt (Experimentator-Effekt!). Eine systematische Forschungsexpedition in die Südsee, wie von Florian beantragt, wurde von der Gesellschaft für kritisches Denken ausführlich geprüft, mangels Budgets allerdings schlussendlich verworfen (sorry, Florian).

Wie auch immer, das unabhängige Schiedsgericht (also ich) hat beschlossen, die Existenz von im Uhrzeigersinn drehenden Kaffeeschalen vorläufig trotz fehlender experimenteller Belege anzuerkennen. Über Teeschalen wird noch beraten.

3. NEIN, diese Erklärung ist falsch.

Erstens sind in diesen kleinen Dimensionen jegliche theoretischen Effekte der Coriolis-Kraft vernachlässigbar. Zweitens gibt es hier nicht einmal theoretisch zu erwartende Effekte, da eine Bewegungskomponente der Kaffeeschale in Nord-Süd-Richtung nicht auftritt. Über einen anderen fälschlich der Coriolis-Kraft zugeschrieben Effekt, auf den auch Rincewind anspielt, hat Christoph Drösser bereits vor elf Jahren in der ZEIT berichtet.

4. Die korrekte Erklärung wurde von den Kommentatoren in verschiedener, aber im Grunde übereinstimmender Weise dargelegt.

Die Diskussion über den physikalischen Fachbegriff dauert noch an, vorgeschlagen wurden Entdröselung (JLT) bzw. Aufdrillung (Rincewind) der ineinander verdrehten Einzelfäden (siehe 2.), zu ergänzen wäre allenfalls noch Entzwirbelung. Die dahinter stehende Kraft ist
zweifellos die Gravitation. Menschliche Biofelder wurden nicht diskutiert. Unbestritten ist auch, dass das durch die Aufdrillung erzeugte Drehmoment der Schale dazu führt, dass diese über die Gleichgewichtslage hinaus rotiert, die Drehrichtung ändert und so weiter, bis sie schließlich durch Reibungskräfte zum Stillstand kommt. Kurz gesagt, aus der Kaffeeschale wird ein Torsionspendel.

Schlussendlich muss bemerkt werden, dass beinahe jedes Kind das beobachtete Phänomen sogar bereits am eigenen Leib erfahren hat. Wie aufregend war es doch, die Schaukel am Spielplatz zweckzuentfremden und statt brav hin und her zu schaukeln mehrere Drehungen um die senkrechte Achse zu vollführen um sich dann den im Zuge der Aufdrillung entstehenden Fliehkräften hinzugeben! (Achtung Kinder: Nicht nachmachen, kann böse enden!)

Ich denke, das Rätsel ist somit hinreichend geklärt, und nach Durchsicht aller Antworten stellt das Schiedsgericht fest:


Wir gratulieren herzlich! Und jetzt schreiben wir einen Leserbrief...

 

Autor: Ulrich Berger· 13 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: Alltagsphysik· Coriolis-Kraft· Kleine Zeitung· Leserbrief· Rotation· Torsionspendel