Ein blauer Schlüssel. Ich mache damit eine Tür im Phæno auf, um zu meinem Arbeitsplatz zu kommen. Doch wie funktioniert das seltsame Ding eigentlich? Der Leiter Technik im Phaeno, Roland Konefka-Zimpel, weiß es: “Der Schlüssel kann nicht viel”, enttäuscht er mich zunächst. Der Schlüssel hat eine Nummer, die er elektronisch dem Schloss mitteilt. Die eigentliche Intelligenz steckt im Schloss. Darin befindet sich ein Chip, ein Mini-Computer. Das Schloss vergleicht die Nummer des Schlüssels mit den Zugangsdaten, die in dem Chip gespeichert sind. Der Geschäftsführer darf mit seinem Schlüssel alle Türen aufmachen. Andere Schlüssel öffnen nur den Gastronomie- oder Ausstellungsbereich. Dies alles kann Konefka-Zimpel über den Computer programmieren und durch eine Schnittstelle den Schlössern mitteilen.

Was für Vorteile hat so ein Schlüssel? Wenn ein Mitarbeiter ihn verliert, kann man den Schlüssel sperren und die Schließanlage muss nicht – wie früher – erneuert werden. Außerdem lässt sich die Zugangsberechtigung umprogrammieren. “In anderen Gebäudekomplexen können die Schlüssel-Schloss-Systeme noch mehr, wenn man alle Anlagen vernetzt”, schwärmt Konefka-Zimpel. Ein Beispiel: Ein Mitarbeiter öffnet mit seinem Schlüssel die Eingangstür, automatisch geht an seinem Arbeitsplatz das Licht an und die Klimaanlage fährt hoch. Und die Kaffeemaschine bereitet einen Cappuccino zu.

(Autor: Andrea Behrens, Phaeno)

Wollt ihr auch ganz genau wissen, wie etwas funktioniert? Habt ihr eine Frage, die unsere “Besserwisser”-Wissenschaftler beantworten sollen? – Dann mailt uns an info@hausderwissenschaft.org! Die Antwort auf eure Fragen lest ihr samstags in der Braunschweiger Zeitung und etwas später in diesem Blog.

Ein Klick – und schon hast Du einen Moment für immer festgehalten. Es ist heutzutage nicht mehr schwer, ein Foto zu schießen. Kein Wunder, dass nur noch die wenigsten wissen, was eigentlich beim Fotografieren passiert.

Um das Prinzip der Fotografie zu erklären, lohnt es sich zu den Anfängen der Fotografie zurückzugehen. “Als Urform der fotografischen Kamera wird die Camera obscura gesehen, was auf Deutsch übersetzt so viel wie ,dunkle Kammer’ heißt”, erklärt Werner Große, Lehrbeauftragter für Kommunikationswissenschaft an der TU Braunschweig. “Sie besteht aus einem abgedunkelten Kasten, in dem durch ein kleines Loch in der Wand Licht einfällt.” Die Lichtstrahlen treffen auf die innere Rückwand des Kastens und zeichnen dort Lichtpunkt für Lichtpunkt ein auf dem Kopf stehendes und seitenverkehrtes Abbild der Außenwelt. Mit Hilfe einer Linse im Loch können die Lichtstrahlen gebündelt und das Abbild schärfer gemacht werden.

“Im Laufe der Zeit konnten die Bilder anhand chemischer Prozesse fixiert und langfristig erhalten werden”, sagt Große. Auch heutige Digital- oder Handy-Kameras funktionieren nach diesem Prinzip. “Der chemische Prozess wird nun aber durch einen Chip ersetzt. Er sorgt dafür, dass das Licht in elektronische Informationen umgewandelt und pro Bildpunkt gespeichert wird.”

(Autor: Jonas Hartwig)

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Ein Experiment: Drei Kugeln starten gleichzeitig in einem Kugel-Wettrennen auf drei unterschiedlichen Bahnen. Welche Kugel gewinnt den Wettlauf?

Die Kugel auf der geraden Bahn (grün), der sichelförmigen Bahn mit fast freiem Fall als Start (blau) oder die Kugel auf der bogenförmigen Bahn (rot). Obwohl die Kugel auf der geraden Bahn den kürzesten Weg zurückzulegen hat und immer schneller wird, kommt sie als letzte an. Bei den beiden gebogenen Bahnen wird die Kugel wegen der steileren Anfangsschrägen zuerst viel stärker beschleunigt, dann aber nur noch wenig oder sogar wieder abgebremst. Durch die Anfangsbeschleunigung sind diese beiden Kugeln aber schneller als die auf der geraden Bahn.

Will man nun die allerschnellste Bahn errechnen, kann man viele Bögen mit verschieden steilen Anfangsschrägen und Enden durchprobieren, bis man die beste Form hat. Und dann sieht man, dass die Kugel auf dieser bogenförmigen Bahn (rot) die schnellste ist!

Dieser Bogen ist eine sogenannte Brachistochrone (griechisch brachistos: kürzeste; chronos: Zeit), deren Bahnform die zeitlich “kürzeste” Verbindung von zwei Punkten bildet. Das kann man aber auch ohne Mathematik mit einer durchbiegbaren Plastikbahn ausprobieren und einfach die Zeit stoppen! Eine schöne Anwendung wäre die Konstruktion von immer aufregenderen Wasserrutschen oder schnellen Rutschen für die Evakuierung von Flugzeugen.

(Autor: Dominik Essing, Phaeno)

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Der Sommer steht vor der Tür, die Abende werden länger. Und schon bald kannst Du wieder gemütlich am Lagerfeuer sitzen und Deinen Freunden schaurige Geschichten erzählen. Vielleicht lauscht Du aber auch einfach nur gerne dem Knistern und Prasseln des Feuers – und hast Dich vielleicht schon immer gefragt, wie diese Geräusche wohl entstehen?

Um das Knistern erklären zu können, ist es zunächst wichtig zu verstehen, warum Holz überhaupt brennt. Ein Experte auf diesem Gebiet ist Dr. Dirk Lukowsky vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI. “Wenn man genau hinsieht, erkennt man, dass die Flamme oberhalb des Holzscheits brennt. Das Holz selber verkohlt nur und brennt eigentlich gar nicht wirklich”, erklärt Lukowsky.

Durch die Hitze eines Feuers werden Bestandteile des Holzes zu brennbaren Gasen. Diese heißen Gase treten aus dem Holz nach oben aus, weil sie leichter sind als Luft. Über dem Holzscheit fangen sie an zu brennen und sind dann als Flammen sichtbar.

“Zum Knistern und Knacken kommt es, wenn das entstehende heiße Gas oder der Wasserdampf im Holz eingeschlossen ist und sich in kleinen Explosionen einen Weg nach außen bahnt”, so der Experte.

Allerdings knistert nicht jede Holzart gleichermaßen. Luftdichte Hölzer wie Eiche oder Fichte knistern wesentlich mehr als zum Beispiel Buche oder Birke.

(Autor: Jonas Hartwig)

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Es ist Sonntag. Ein Fußball F-Jugendturnier. Es warten schon Muffins, bunte Tüten, Kuchen und Würstchen auf die spielfreudigen Fußballer. Die Spannung steigt – und schon ist es passiert: Die Würstchen köcheln unbeobachtet vor sich hin, es bilden sich im Inneren Gase, der Innendruck steigt. Die Pelle der Wursthaut dehnt sich und schließlich platzen alle Würstchen auf.

Doch warum nur reißen Würstchen der Länge nach auf und teilen sich nicht etwa in zwei Hälften? Eine Antwort dazu gibt die sogenannte Kesselformel der Physik, die auch als “Bockwurstformel” bekannt ist. Die Formel besagt, dass durch den Innendruck an der Wurstpelle in Querrichtung doppelt so stark “gezogen” wird wie in Längsrichtung. Das bedeutet, dass die Würstchen immer der Länge nach aufplatzen.

Was bei Würstchen nett zu wissen ist, hat elementare Bedeutung in der Technik. Ein Kessel würde nämlich genauso aufplatzen, wenn der Innendruck zu stark wird. Mit der “Kesselformel” kann man berechnen, wie hoch der Innendruck sein darf, damit der Kessel nicht platzt. Wer das mit den Würstchen nicht glaubt, kann das Experiment gerne einmal mit den Eltern ausprobieren. Einfach Bockwürstchen in einem Topf mit Wasser zu lange zu heiß werden lassen.

(Autorin: Andrea Behrens, Phaeno)

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Allabendlich verabschiedet sich das Sandmännchen, indem es eine Handvoll Traumsand in die Luft wirft. Auch Du wirst Dir sicherlich anschließend schon einmal die Augen gerieben haben. Vielleicht ist Dir dabei aufgefallen, dass Du während des Reibens kleine Lichtblitze wahrnehmen kannst. Diese werden auch oft als Sternchen beschrieben.

Wie dieses Phänomen entsteht, weiß Dr. Alexander Strahl, Physiker der TU Braunschweig: “Durch das Reiben entsteht ein Druck, der zur Netzhaut weitergeleitet wird.” Dort befinden sich die Sinneszellen, die in Stäbchen und Zapfen unterteilt werden. Während die Zapfen für das Farbsehen zuständig sind, können die Stäbchen nur Helligkeit wahrnehmen. Da es weit mehr Stäbchen als Zapfen gibt, wird an Dein Gehirn die Information weitergeleitet, dass Du etwas Helles siehst. “Das Sehzentrum deutet den Impuls der Nerven als Helligkeit. Wir meinen also Licht zu sehen, obwohl gar keines da ist”, erklärt Strahl. Ein ähnliches Phänomen kannst Du übrigens feststellen, wenn Du zu schnell aufstehst oder Dir den Kopf stößt.

Wichtig ist, dass Du nicht zu viel Druck ausübst. “Das Auge ist ein mit Wasser gefüllter Glaskörper und sehr empfindlich”, warnt der Physiker. Du solltest also immer vorsichtig reiben und keinesfalls drücken.

(Autor: Jonas Hartwig)

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“Ich sehe was, was Du nicht siehst”, mit Tieren zu spielen, wäre für uns Menschen sehr frustrierend. Wir würden oft verlieren. Tiere sind Jäger oder Fluchttiere. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, nehmen sie ihre Umwelt anders als wir wahr.

Besonders scharf sehen kann ein Adler. Auch wenn er hoch in den Lüften seine Kreise zieht, erspäht er mit Leichtigkeit eine Maus am Boden. Auch manche Schlangen haben es auf Mäuse abgesehen. Deren Trick ist im Gegensatz zum Adler jedoch ein anderer. Die Maus ist unterschiedlich warm wie ihre Umgebung. Auch wenn sie sich ruhig verhält, können manche Schlangen diese Wärmestrahlung orten.

Tiere nehmen auch oft mehr um sich herum wahr. Besonders ungewöhnlich ist, wie das Chamäleon seine Umwelt sieht. Nehmen wir mal an, das Chamäleon würde aus einem Fenster schauen. So könnte es gleichzeitig das Geschehen hinter sich im Raum verfolgen und erkennen, ob direkt unter dem Fenster jemand steht. Es hat also einen richtigen Rundum-Blick und sieht durch seine Augen teilweise zwei unterschiedliche Bilder.

Auch die Anzahl der Bilder, die Tiere pro Sekunde aufnehmen können, unterscheidet sich von unserer Sehweise. Erstaunliches leistet die Stubenfliege: Sie kann 250 Bilder pro Sekunde exakt voneinander trennen, Menschen nur 18 Bilder pro Sekunde. Die Fliege sieht eine Fliegenklatsche langsam auf sich zukommen und kann meist locker ausweichen.

(Autorin: Andrea Behrens, Phaeno)

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Es gibt ihn in allen Formen und Farben; vor allem an windigen Tagen schmückt er den tristen Himmel und steht nahezu regungslos in der Luft. Die Rede ist von einem Drachen. Allerdings wissen nur die wenigsten, warum ein Drachen fliegen kann.

Syed Ali vom Institut für Strömungsmechanik der TU Braunschweig erklärt, dass ein Drachen ähnlich wie ein Flugzeug fliegt. “Luft ist immer und überall in Bewegung. Wenn sie mit einer gewissen Geschwindigkeit auf einen Drachen trifft, prallen zwei Kräfte aufeinander. Da die Luft nicht einfach durch den Drachen hindurch kann, wird sie um den Drachen rumgelenkt.” So entsteht eine Kraft, die den Drachen nach oben drückt.

Das funktioniert allerdings nur, solange Du den Drachen an seiner Schnur festhältst. Lässt Du die Schnur los, strömt die Luft an allen Seiten des Drachen gleichschnell vorbei und trägt ihn davon, so dass er zu Boden trudelt. Ziehst Du fester an der Schnur, ist die Kraft gegen die Luft größer – Dein Drachen steigt nach oben.

Wichtig ist, dass Dein Drachen im richtigen Winkel in der Luft steht und stabil gebaut ist. “Um ihm die nötige Stabilität zu verleihen, gibt es Streben, die dem Drachen auch seine typische Form eines langgezogenen Vierecks verleihen”, erklärt Ali. Für einen optimalen Flug sollte Dein Drachen außerdem möglichst groß und leicht sein.

(Autor: Jonas Hartwig)

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“Drei Sonnen sah ich am Himmel steh’n”, heißt es in einem Gedicht, das der Komponist Franz Schubert vertonte. Drei Sonnen? Hat da jemand übertrieben? Keineswegs, das alte Lied beschreibt ein seltenes Phänomen, für das zwei Dinge notwendig sind: Eis und Sonnenschein.

Nebensonnen gehören zu den Haloerscheinungen – das sind besondere Licht-Phänomene. Sie entstehen, wenn sich Licht in winzigen Eiskristallen bricht oder spiegelt. Die Kristalle bilden sich bei bestimmten Wetterlagen in der Luft. Steht die Luft sehr still, richten sich diese Eisplättchen flach aus. Das weiße Licht der Sonne wird von den Kristallen abgelenkt. Schaut ein Betrachter durch den Eisnebel in Richtung Sonne, nimmt er durch diese Reflektion zwei weitere Lichter wahr, die links und rechts neben der echten Sonne schweben. Weil die Nebensonnen wie treue Begleiter der Sonne erscheinen, heißen sie im Englischen “Sun Dogs” – Sonnenhunde. Da das Sonnenlicht durch die Eiskristalle nicht nur reflektiert, sondern auch gebrochen wird, bekommen die Nebensonnen oft am Rand die Farben eines Regenbogens.

An kalten, leicht bewölkten Wintertagen nicht ungewöhnlich sind Halos, Verwandte der Nebensonnen: Um Sonne oder Mond bildet ein Kranz, der um die Sonne ebenfalls in den Spektralfarben leuchtet. Beim Mond erscheint er weiß, da unser Auge bei schwachem Licht die Farben nicht mehr erkennen kann.

(Autor: Michael Michalzik, Phaeno)

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Fühlst Du Dich bei kleinen Wehwehchen wie Blähungen oder Erkältungen nicht wohl, können Heilpflanzen Linderung verschaffen. Es gibt Tees, Salben und Tabletten auf Pflanzenbasis. Auch bei schweren Krankheiten wie Krebs oder Herzschwäche werden pflanzliche Wirkstoffe eingesetzt.

“Sicher haben bereits Urmenschen die besondere Wirkung mancher Pflanzen beobachtet. Die Wirkung lernte man allmählich gezielt zu nutzen”, erklärt Professor Ute Wittstock vom Institut für Pharmazeutische Biologie der Technischen Universität Braunschweig. “Wichtig ist, dass die Wirkstoffe oft nur in ganz bestimmten Organen der Pflanze gebildet werden – wie zum Beispiel in den Blüten und Früchten”, sagt Wittstock. Dort dienen sie der Pflanze häufig als Schutz vor Insekten oder anderen Tieren.

Pflanzen können also nicht nur Dornen haben, um sich zu schützen, sondern bilden auch chemische Abwehrstoffe. Der Mensch nutzt diese Stoffgemische oder isoliert nur einzelne Substanzen, um daraus Arzneimittel herzustellen. Da der Wirkstoffgehalt von Heilpflanzen variieren kann, wird bei Anbau und Ernte ein genauer Zeitplan eingehalten.

Wer Heilpflanzen kennenlernen möchte, kann sich im Arzneipflanzengarten des Instituts für Pharmazeutische Biologie umschauen.

(Autorin: Anke Dreißigacker)

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