Düsseldorf 2004 – wissenschaftliches Programm

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DD: Didaktik der Physik

DD 19: Praktika und Experimente IV

DD 19.2: Vortrag

Mittwoch, 17. März 2004, 14:40–15:00, 5K

Schwerelosigkeit in Labor und Klassenzimmer — •Klaus Wendt, Kerstin Grieger und Annette Schmitt — Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, D-55099 Mainz

Passend zum Veranstaltungsort des Wissenschaftsfestivals Physics on Stage 3, der ESTEC in Norwijk, haben wir uns mit der Erzeugung von Schwerelosigkeit im Labor, also der stabilen Levitation, in unterschiedlichsten Kraftfeldern befaßt. Bereits im Jahre 1842 bewies Earnshaw in seinem Theorem, daß eine stabile Suspension mit einem statischen, invers quadratischen Potentialfeld entsprechend Coulomb oder Graviation prinzipiell nicht möglich ist. Magnetische Systeme, wie etwa der Transrapid oder das Levitron verwenden daher eine zusätzliche Lagestabilisierung durch aktive Rückkopplung oder einen internen Drehimpuls. Elektromagnetische Partikel-Speichersysteme beruhen auf dem Fallenprinzip von Paul, wobei die Schwerkraft durch ein Zusatzpotential kompensiert werden kann. Das Bernoullische Prinzip der Speicherung im dynamischen Luftstrom ist allbekannt; mit der gleichen Technik können in stehenden Schallwellen Makroteilchen und Flüssigkeitstropfen stabil levitiert und lokalisiert werden. Das zugrundeliegende Prinzip kann mittels Demonstrationsfallen, die mit Ultraschallgebern arbeiten, eindrucksvoll visualisiert und daran diskutiert werden. Die Levitation regt zum Nachdenken über die Gravitation oder zu gedanklichen Ausflügen zur Raumfahrt, Umweltphysik und Biomedizin an, wo die vorgenannten Fallen z.B. zur Erzeugung von Mikrogravitation und zu berührungslosen Untersuchungen eingesetzt werden.