Читать книгу Das erste Buch Milco - Milco Schubert - Страница 9

Begriffsbeschreibungen

Planeten, Sonnensystem, Galaxie

Unser Sonnensystem besteht aus acht Planeten. Ein Planet wird definiert als ein „Himmelskörper im Orbit um die Sonne, der ausreichend Masse besitzt, um durch seine Schwerkraft … eine nahezu runde Form anzunehmen und der die Umgebung seiner Umlaufbahn von anderen Himmelskörpern bereinigt hat.“

In unserem Sonnensystem reden wir somit mit dem Begriff „Planet“ von den Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars sowie den Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.

Insgesamt platziert uns die Wissenschaft in einer Balkenspiralgalaxie. Dieser rotierende Spiralnebel wächst von innen nach außen und breitet sich immer weiter aus. Unser Sonnensystem soll ca. 25.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt sein. Die gesamte Galaxie ist zu gigantisch um sich mit einfachen Gedankengängen darin verlieben zu können.

Altersrelationen im Sonnensystem

Verstanden haben wir, dass unser Planet eine Anziehungskraft hat. Noch verstanden haben wir, dass auch die Sonne und alle weiteren Himmelskörper eine Anziehungskraft haben und somit unser System mit den um die Sonne kreisenden Planeten ein Gesamtgefüge bildet. Wenn man sich dieses Bild verinnerlicht, wird vorstellbar, dass das Gleiche auf Ebene des Spiralnebels mit ganz vielen Sonnensystemen passiert. Es stellt sich also die Frage, welche Sonnensysteme welches Alter haben. Wie ist es mit den Sonnensystemen die sich weiter außen im Spiralnebel befinden und wie ist es mit denen, die sich weiter innen befinden. Was genau befindet sich in der Mitte dieses Spiralnebels?

Die Wissenschaft erklärt, dass sich Sterne heute immer noch im Kern unserer Milchstraße bilden. Die meisten Sterne aber bereits seit Milliarden von Jahren bestehen.

Das sagt aus, dass die jüngsten Sonnensysteme im Kern sind und die Ältesten ganz außen am Rand des Spiralnebels.

Fliehkraft

Ein Körper mit einer vorhandenen Geschwindigkeit möchte sich geradeaus bewegen. Zwingt ihn eine seitlich wirkende Kraft aus dieser Wunschbahn, so wehrt sich dieser Körper dagegen und zieht mit der gleichen Kraft nach außen. Diese nach außen wirkende Trägheitskraft wird auch Zentrifugalkraft genannt. Die Kraft, welche nach innen zieht, wird als Zentripetalkraft bezeichnet. Wie bei einem Kettenkarussell wirken die Trägheitskräfte der Planeten nach außen, während die Anziehungskraft der Sonne unsere Planeten weiter in ihren Kreisbahnen hält.

Massewirkunterschiede

Nun stellt man sich Sonnensysteme und Galaxien also expansiv vor, sodass alles immer größer und weiter wird.

Nehmen wir eine Schnur. Ans Ende der Schnur binden wir einen schwereren Körper. Wenn wir diesen Körper an der Schnur nun um uns herumschleudern, können wir die Schnur kurz fassen und wir können sie auch immer länger machen. Bei diesem Spiel merken wir, dass es Unterschiede gibt zwischen einer kurzen Schnur und einer langen Schnur. Ähnlich dem Effekt bei der Pirouette einer Eiskunstläuferin. Derartige Größenveränderungen sind beschreibbar durch Masse, welche näher an die Rotationsachse gezogen wird. Beginnend mit ausgestreckten Armen, werden während der Drehbewegung die Arme eng an den Körper genommen. Das Trägheitsmoment wird minimiert wobei der Drehimpuls aber bleibt. Die Drehgeschwindigkeit steigt dann deutlich an.

Ein drehender Körper, welcher sein Volumen durch Massenverdichtung reduziert, erfährt das gleiche Prinzip, sofern der Drehimpuls bleibt. Schrumpft ein Planet durch Abkühlung bei gleichbleibendem Drehimpuls, erhöht sich also seine Rotationsgeschwindigkeit.

Masse

Masse ist eine Eigenschaft der Materie. Jedes Material hat seine spezifische Masse. Vorstellbare Masse definiert sich in Form von Gewicht (Masse mal Gravitation). Jede Masse erzeugt auch eine eigene Gravitation. Die Gravitation ist proportional zur Masse. Auch die Wirkung auf einen Körper wirkende Gravitation wirkt proportional zu seiner Masse. Ein Körper der z.B. durch Temperaturveränderung sein Volumen ändert, behält dabei weiterhin die gleiche Masse.

Dichte

Diese wird definiert in Masse pro Volumen. Ein Liter Milch hat ungefähr ein Kilogramm Gewicht. Damit ordnen wir dem Liter Milch ca. eine Dichte von 1KG/L zu.

Die Dichte ist von der Temperatur und dem Umgebungsdruck abhängig. In Form von Schüttdichte sogar noch von den Zwischenräumen, welche im Schüttgut sind.

Ein Objekt kann unterschiedlich dicht sein. Erhöht sich die Temperatur, wird die Dichte verringert. Erhöht sich der äußere Druck, wird die Dichte erhöht. Und entsprechend umgekehrt.

Gravitation

Die stärksten Gravitationskräfte wirken immer von der Mitte aus. Wie in unserem Sonnensystem wo die stärkste Gravitation von der Sonne ausgeht.

Auf alles wirkt die Gravitation. Ein anderes Wort dafür ist „Schwerkraft“. Erhöht sich die Gravitation in einem System, wirkt sich das auch auf alle darin vorhandenen Dinge aus. Z.B., wenn die Sonne ihre Gravitation wesentlich erhöhen würde, so würden auch unsere Planeten das direkt spüren. Entweder würden sie ihre Umlaufbahnen ändern und/oder sie würden sich selbst verändern.

Die Gravitation ist abhängig vom Ort auf den man sich bezieht. An der Erdoberfläche in Meereshöhe also messbar stärker als auf einem unserer höchsten Berge. Gravitation kann, im Gegensatz zu Magnetismus oder Strom, nicht abgeschirmt werden. Sie ist abhängig von der Masse eines Körpers, seiner Drehbewegung und auch der auf den Körper wirkenden Trägheitswirkung. Die Gravitation wirkt sehr weit in den Weltraum hinein, sodass die Himmelskörper stark voneinander abhängig sind.

Druck und seine Verteilung

Ich stelle mir vor, dass ich auf einen Schaumstoffball ganz viel Druck erzeuge. Der Druck verteilt sich in dem Ball nach innen. Lasse ich dann los ist der geringste Druck außen. Das geht so lange, bis sich der Ball wieder zu seinem Maximum ausgedehnt hat. Der Druck verteilt sich dabei immer in alle Richtungen. Wirkt eine Kraft senkrecht auf eine Fläche, wie z.B. ein Hammerschlag auf eine Platte, so beginnt diese Druckverteilung sofort in der Platte, sobald der Hammer aufschlägt.

Druck ist Kraft pro Fläche. Druck kann positiv und negativ sein. Unser Umgebungs-Luftdruck von ca. 1013 mbar ist unser relativer Normdruck. Drücke darüber sind positive Überdrücke. Ein Druck unter 1013 mbar wird als negativer Überdruck bezeichnet. In Gasen wird der Druck daran gemessen, wie stark die Gasteilchen nach außen streben. Ein absolut leerer Raum hätte also einen absoluten negativen Überdruck. Die bisher genannten Bezeichnungen sind alle „Relativdrücke“, da diese auf den Relativ-Druck von 1013,25 mbar bezogen sind.

Der Absolut-Druck bezieht sich auf den tatsächlichen Nullpunkt von 0 mbar.

Da es weder den absoluten Nullpunkt, und damit auch kein Vakuum gibt, nutze ich diese Worte nicht. Selbst im Weltall existiert immer irgendwo ein wenn auch noch so kleines Teilchen.

Kompression und Dekompression

Erhöht man den Druck, nennt sich das Kompression. Erniedrigt man diesen, nennt sich das Dekompression.

Wasser, bzw. grundsätzlich alle Flüssigkeiten lassen sich nur bedingt komprimieren. Während Gase sich sehr stark komprimieren lassen, bis sie irgendwann flüssig werden. Bei jeder Kompression entsteht Wärme, wie z.B. beim Aufpumpen eines Fahrradreifens. Die Luftpumpe wird dann warm.

Entsprechend findet bei einer Dekompression immer Abkühlung statt.

Kompaktion bei Feststoffen

Feststoffe lassen sich als Schüttgut in der Form kompaktieren, dass sie freie Lücken schließen. Wenn man z.B. einen Gewürzstreuer füllt und klopft diesen dann etwas auf, setzt sich das Gewürz in dem Streuer. Das Gewürz kompaktiert sich also durch dieses Klopfen bis zum erreichen seiner maximalen Klopfdichte zusammen und bietet so Platz um noch etwas mehr einzufüllen. Schüttdichte und Klopfdichte sind Normbegriffe für Schüttgüter.

Dichteveränderungen, Kompression und Kompaktion sind alltägliche Vorgänge, die wir täglich erleben. Von der Küche zuhause über unsere Gehschritte auf dem Boden bis zu unzähligen Prozessen unseres Alltags.

Konvektion

Dieser Begriff beschreibt Bewegungen in beweglichen Medien.

Durch Temperaturunterschiede und damit eben auch Dichteunterschiede entstehen in unserer Atmosphäre Luftverschiebungen nach oben und unten. Warme Luft steigt auf, kalte Luft fällt ab. Wolkenbildungen und Ausgleichsströmungen in Form von Winden in Bodennähe sind Beispiele für sicht- und fühlbare Folgen.

Im Kochtopf oder in einem gläsernen Wasserkocher kann man oft Schlieren im klaren Wasser erkennen. Solche Flüssigkeitsverschiebungen halten Ströme in den Meeren am laufen oder gleichen auch Temperaturunterschiede im Badewasser aus.

Aber wie ist das bei schweren Stoffen? In einem Hochofen z.B. wird Eisen flüssig. Auch dort findet Konvektion statt. Selbst in Systemen aus Feststoffen, welche beweglich sind. Heißer Sand würde in einer großen Sandmenge, welche z.B. durch Vibration in Bewegung käme, durchaus aufsteigen können. Man spricht sogar über plastische Bewegungen von Gesteinen im Erdmantel.

Im Bezug auf unsere Erde sehe ich den Begriff der Mantelkonvektion als wichtig an. Diese wird beschrieben als langsam ablaufende Umwälzungen (Konvektionsströme) des festen, aber fließfähigen Erdmantels.

Magnetfeld und Geodynamo

Das Erdmagnetfeld wird nach aktuellem Wissensstand vom sogenannten Geodynamo im flüssigen, äußeren Erdkern hervorgerufen. Beschrieben wird dies mit der sogenannten Dynamotheorie. Der Geodynamo soll ein Mechanismus sein, welcher magnetohydrodynamisch funktioniert. Diese Umschreibung sagt mir, dass unglaubliche Massenbewegungen im flüssigen, äußeren Erdkern, ein Magnetfeld erzeugen, welches bisher sehr stabil und größtenteils gleichmäßig besteht. Nicht nur Seefahrer und Outdoorfreaks können sich daran orientieren. Dieses Erdmagnetfeld ist so stark, dass es Sonnenwinde davon abhält bis zur Erdoberfläche durchzudringen. An den Polenden der Erde können die Sonnenwinde allerdings noch so weit in die Atmosphäre eindringen, dass die berühmten Polarlichter entstehen.

Emulsion

Eine Emulsion ist ein Gemisch aus fein verteilten Flüssigkeiten, welche sich normalerweise nicht mischen lassen. Z.B. Milch, in der kleinste Fetttröpfchen sich gleichmäßig verteilen. Emulsionen können als Nebel auch in Gasräumen vorhanden sein. Z.B. Ölnebelemulsionen.

Suspension

Eine Suspension besteht aus fein verteilten Körnchen, wie Stäuben. Auch Suspension kann in Flüssigkeiten wie in Gasen entstehen. Beispiele sind die Bodensedimente in fließenden Gewässern oder Sandstürme.

Energieerhaltung

Energie kann weder erzeugt, noch vernichtet werden. Sie kann in eine andere Energieform umgewandelt werden, wie z.B. von Lageenergie in Bewegungsenergie oder von Bewegungsenergie in Wärmeenergie. Könnte man Energie in einem Raum komplett abschirmen, würde sie beliebig lang in ihrer Form erhalten bleiben. Bekannte Energieumsetzer wie z.B. der Verbrennungsmotor, Elektromotor oder Haarfön haben Wirkungsgrade. Diese Wirkungsgrade sagen aus, wieviel der Einsatzenergie nach dem Umsetzen zur Verwendung übrig bleibt. Die Differenz geht nie verloren, sondern wurde dann eben im andere Energieformen umgesetzt. Z.B. Wärme durch Reibungskräfte oder elektrische Widerstände.