Wann und warum müssen wir niesen?

Gerade jetzt in der Erkältungszeit hört und sieht man sehr häufig Menschen niesen. Oft kommt ein Niesreiz im ungünstigsten Moment. Aber warum niesen wir eigentlich?

Der ursprüngliche Sinn des Niesens liegt darin die, Nase zu reinigen. Gelangen Fremdkörper wie Staub in unsere Nase, werden dadurch die sehr empfindlichen Nasennerven gereizt. Das wiederum löst einen Niesreflex ausg, bei dem Luft explosionsartig durch die Atemwege ausgestoßen wird. Diese Luft, die übrigens bei einem Nieser bis zu 160km/h erreichen kann, soll alles aus der Nase befördern, was dort nicht hingehört. Wie oft man niesen muss, hängt einerseits davon ab, wie empfindlich die Nerven in der Nase sind, andererseits davon, ob die Fremdkörper wirklich mit dem ersten Niesen entfernt werden konnten oder eben doch noch ein zweites oder drittes Mal nötig ist.

Neben Staub können auch noch etliche andere Faktoren einen Niesanfall auslösen. Allergene wie Pollen oder Tierhaare können ebenfalls die Nasennerven stimulieren und rufen dadurch ein Niesen hervor. Ein weiteres interessantes Phänomen ist das umgangssprachlich als „Sonnenniesen“ bezeichnete ACHOO-Syndrom (vgl. „Warum müssen manche Menschen niesen, wenn sie von der Sonne geblendet werden?“). Bei vielen Menschen wird nämlich ein Niesreiz auch durch helles Licht ausgelöst.

Ein Nieser sollte übrigens niemals unterdrückt werden. Die stark beschleunigte Luft erzeugt ansonsten nämlich einen hohen Druck und kann im schlimmsten Fall das Trommelfell schädigen. In jedem Fall werden Fremdkörper aber entgegen des eigentlichen Sinns sogar noch weiter in den Nasen-Nebenhöhlen verteilt.

In einer Situation, in der niesen unangebracht wäre, hilft es bei einem sich ankündigenden Nieser die Nase zuzuhalten oder die Nasenflügel zusammen zu drücken. Kann der Niesreiz dadurch nicht unterdrückt werden, sollte die Nase allerdings auf keinen Fall weiter zugehalten werden. Dann muss man wohl die eventuell unangenehme Situation in Kauf nehmen. Die meisten Leute haben ja doch Verständnis für einen spontanen unangekündigten Niesanfall.

Quellen:

https://www.spektrum.de/frage/warum-niest-man-immer-dreimal/1563000

https://www.nasen-ratgeber.de/die-nase/aufgaben/niesen/

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Wie entstehen Kondensstreifen?

Achtung Spoileralarm: Nein Kondensstreifen sind keine Chemtrails!!!

Auch wenn sich diese Verschwörungstheorie hartnäckig hält, haben Kondensstreifen in keinster Weise etwas mit dem absichtlichen Versprühen von irgendwelchen Chemikalien zu tun. Aber wie genau entstehen sie dann und warum können sie so unterschiedlich aussehen?

Bei der Verbrennung von Kerosin in den Triebwerken eines Flugzeugs entsteht hauptsächlich Wasserdampf und CO₂. Da Kerosin aber ähnlich wie Benzin oder Diesel kein Reinstoff ist, sondern aus vielen verschiedenen Substanzen besteht, entstehen durch die unsaubere Verbrennung einzelner Bestandteile auch Rußpartikel. Feinste Wasserdampfteilchen sind erst einmal unsichtbar. Die Rußpartikel dienen allerdings als Anlagerungsstellen für den Wasserdampf, der dort bei den in der Flughöhe herrschenden Temperaturen kondensiert. Man spricht von Kondensationskeimen. Natürlich lagert sich nicht nur ein Wasserteilchen an ein Rußpartikel. In sehr kurzer Zeit bilden sich Tropfen große Ansammlungen, die bei den dort herrschenden Temperaturen in der Regel gleich zu Kristallen gefrieren. Sobald die Gebilde eine gewisse Größe erreicht haben wird an ihnen das Licht so stark gestreut, dass es für uns weiß erscheint (vgl.“Warum sind Wolken weiß„). Dadurch, dass die Triebwerke konstant laufen, können dann die bekannten Kondensstreifen hinter den Flugzeugen entstehen.

Wie lang sich ein Kondensstreifen hält oder auch ob überhaupt einer entsteht ist von der Luft abhängig, durch die das Flugzeug gerade fliegt. Ausschlaggebend ist vor allem die dort vorherrschende Luftfeuchtigkeit. Ist die Luft zu trocken, lösen sich die Wasserteilchen sehr schnell auf und man sieht gar nichts. Bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit können Kondensstreifen auch mal über mehrere Stunden am Himmel bleiben bis sie durch Luftströmungen in ein Gebiet trockenerer Luft geschoben werden. Je nach Luftbewegung können Kondensstreifen quasi jede Form annehmen, vorausgesetzt sie bleiben lange genug erhalten.

 

Quellen:

http://www.airliners.de/warum-chemtrails-kondensstreifen-antworten-cockpit/34692

https://weather.com/de-DE/wissen/wetterlexikon/news/kondensstreifen-so-entstehen-die-kunstlichen-wolken

Wie entsteht Morgen- bzw. Abendrot?

Auch wenn die Tage schon immer kürzer werden, kann man im Moment häufig sehr schöne Sonnenuntergänge oder für Frühaufsteher auch Sonnenaufgänge bewundern. Der orangene bis tiefrote Himmel kurz nachdem die Sonne hinter dem Horizont verschwindet, bzw. kurz bevor sie aufgeht, ist eines der schönsten Himmelsphänomene. Aber wie kommt es eigentlich, dass der Himmel und vor allem die angestrahlten Wolken sich in solch kräftigen Farben zeigen?

Tagsüber ist ein wolkenloser Himmel strahlend blau. Hier taucht bereits die erste Frage auf: Warum ist das so?

Das Sonnenlicht, das uns in der Regel weiß erscheint, besteht tatsächlich aus allen Farben des Regenbogens (vgl. Wie entsteht ein Regenbogen). Das Licht all dieser Farben überlagert ergibt weißes Licht. Dieses weiße Licht dringt dann in die Erdatmosphäre ein. Dort trifft es auf Moleküle in der Luft – vorwiegend Stickstoff und Sauerstoff. An diesen Molekülen wird das Licht der Sonne gestreut, es verändert also seine Richtung. Licht verschiedener Wellenlängen und damit verschiedener Farben wird allerdings nicht gleichstark gestreut. Kurzwelliges blaues Licht wird deutlich stärker gestreut, als langwelliges rotes Licht. Da bei hohem Sonnenstand tagsüber der Weg des Lichts durch die Erdatmosphäre relativ kurz ist, wird hauptsächlich das blaue Licht gestreut. Das gestreute Licht ist das, was wir dann sehen. Der Himmel erscheint somit blau.

Morgens oder auch abends, wenn die Sonne tief über dem Horizont steht bzw. gerade auf oder untergeht, ist der Weg des Lichts bis zu uns deutlich länger. Der Weg ist so lang, dass das blaue Licht so weit gestreut wird, dass es zum großen Teil gar nicht mehr bei uns ankommt. Was wir dann sehen ist die Streuung des roten Lichts und der Himmel oder auch die angestrahlten Wolken erscheinen rot. Wolken strahlen deshalb, weil sie das Licht der Sonne ganz einfach reflektieren. Aus diesem Grund sind sie tagsüber auch weiß (vgl. Warum sind Wolken weiß).

Wenn du nun das nächste Mal einen Sonnenuntergang bestaunst, weißt du jetzt auch wie dieses spektakuläre Farbenspiel entsteht.

 

Quellen:

https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/himmelsblau-und-abendrot/

https://wetterkanal.kachelmannwetter.com/wie-entsteht-morgenrot-und-abendrot/

Warum sind Wolken weiß oder auch grau?

Weiße Wolken in einem blauen Himmel. So stellt man sich einen traumhaften Sommertag vor. Aber warum sind Wolken eigentlich weiß oder im Fall von Regenwolken auch grau?

Dazu müssen wir erst einmal verstehen, was die Farbe weiß eigentlich ist. Sie ist nämlich eine Überlagerung aller Farben des Spektrums der Sonne. Sonnenlicht ist somit auch weißes Licht. Genau dieses Sonnenlicht ist es auch, dass den Wolken ihre Farbe gibt. Fällt das Sonnenlicht nämlich auf eine Wolke, die ja bekanntlich aus sehr vielen, sehr kleinen Wassertropfen besteht, so wird das weiße Licht an diesen Tropfen in alle Richtungen gestreut. Die Wolke sieht also erst einmal von allen Richtungen weiß aus. Was passiert aber in einer Regenwolke, so dass sie grau bis fast schwarz erscheint?

Das Licht, das an den Tropfen in der Wolke gestreut wird muss natürlich trotzdem noch irgendwie durch die Wolke zu unserem Auge gelangen, damit wir es sehen können. Je dichter eine Wolke wird und je größer die Wassertropfen darin werden, desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein Lichtstrahl eine Wolke komplett durchdringt und von unserem Auge gesehen werden kann. Die Intensität des Lichts, das Regenwolken durchdringt ist also deutlich abgeschwächt. Das Resultat ist eine graue bis hin zu einer fast schwarzen Wolke.

Bildlich kann man sich das Ganze etwa wie folgt vorstellen: Die Tröpfchen in einer Wolke fungieren wie sehr kleine Spiegel, die das eintreffende Licht in eine zufällige Richtung reflektieren (streuen). Bis zu einer gewissen Wolkendichte ist es sehr wahrscheinlich, dass zumindest ein Teil des eintreffenden Lichts trotz mehrfacher Spiegelung am Ende durch die Wolke gelangt. Je mehr Wassertropfen in einer Wolke sind und je größer diese werden, desto unwahrscheinlicher ist der Fall, dass ein Strahl die Wolke durchdringt und die Wolke erscheint grau.

Warum werden schwarze Oberflächen heißer als weiße?

In den jetzt kommenden heißen Tagen merkt man es wieder extrem. Dunkle oder schwarze Oberflächen erwärmen sich in der Sonne viel stärker als helle. Das weiß eigentlich jeder aber hast du dich auch schon einmal gefragt warum das so ist?

Um das zu verstehen muss man erst einmal wissen, wie Farben überhaupt entstehen und warum ein Gegenstand schwarz oder vielleicht weiß ist.

Alles beginnt bei einer Lichtquelle. Diese Quelle sendet ein Lichtspektrum aus, also eine Überlagerung von elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen. Im besten Fall ist das die Sonne. Das Spektrum der Sonne deckt nämlich den ganzen sichtbaren Bereich des Lichts ab. Das bedeutet, dass das uns weiß erscheinende Licht der Sonne eine Überlagerung aller Farben ist (siehe auch „Wie entsteht ein Regenbogen„). Damit wissen wir schon einmal, dass die Farbe Weiß dann entsteht, wenn alle Farben überlagert unser Auge erreichen. Schwarz ist dann das genaue Gegenteil. Schwarz sehen wir wenn gar kein Licht bzw. keine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich in unser Auge fällt.

Von der Lichtquelle nun zu der Farbe eines Gegenstandes. Wenn beispielsweise Sonnenlicht auf eine uns rot erscheinende Oberfläche fällt, dann wird von dieser Oberfläche das Licht aller Wellenlängen absorbiert bis auf das rote. Absorbiert bedeutet, dass der Gegenstand die Energie des Lichts aufnimmt. Der in diesem Fall rote Teil des Lichts wird reflektiert und kann so unser Auge erreichen. Die Oberfläche sieht für uns also rot aus. Der zusätzliche Effekt der Absorption ist, das sich die Oberfläche durch die Aufnahme der Energie erwärmt. Je heller die Farbe, desto mehr wird von dem auftreffenden Licht reflektiert. Bis hin zu einer weißen Oberfläche, die alle Strahlung reflektiert und eine Überlagerung des kompletten Spektrums das Auge erreichen kann.

Mit diesem Wissen kann man sich auch erklären, warum ein schwarzer Gegenstand heißer wird als ein weißer. Der Schwarze absorbiert die komplette Strahlung, der Weiße reflektiert alles. Und nur durch die Absorption kann sich ein Gegenstand erwärmen.

Wie funktioniert eine LED?

Sie sind heutzutage nicht mehr weg zu denken – LEDs. LED steht für „light emitting diode“ und ist eine Diode, also ein elektrisches Bauteil, das Licht aussendet, wenn es von Strom durchflossen wird. Sie finden in allen Lebensbereichen ihren Einsatz und sind immer mehr dabei herkömmliche Leuchtmittel, wie Glühbirnen zu verdrängen. Aber wie funktioniert eine LED eigentlich und was macht sie besser als eine Glühbirne?

Eine LED besteht aus einem sogenannten Halbleitermaterial. Solche Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sie aus einer Seite mit einem Elektronenüberschuss und einer Seite mit einem Elektronenmangel bestehen. Fließt nun Strom durch die Diode, können die Elektronen aus der Überschussseite in die Mangelseite übergehen. Bei diesem Übergang gehen die Elektronen in einen energieärmeren Zustand über. Die Differenz von höherem Energiezustand zum Niedrigeren wird bei diesem Vorgang als Licht abgegeben. Dieses Licht hat eine ganz bestimmte Wellenlänge, die vom verwendeten Material abhängig ist. Je höher der Energieunterschied, desto geringer ist die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts. Kleine Wellenlängen bedeuten bläuliches Licht bis hin zu ultraviolett, langwelliges Licht hingegen ist rot. Über das in der LED verwendete Halbleitermaterial kann somit die Farbe des Lichts eingestellt werden. Für weiße LEDs müssen viele verschiedene Wellenlängen überlagert werden. Je kontinuierlicher das Spektrum des Lichts ist, also je mehr Wellenlängenbereiche vorhanden sind, desto „wärmer“ wird das weiße Licht und desto angenehmer empfinden wir es.

LEDs sind deutlich effizienter als herkömmliche Glühbirnen. Das liegt daran, dass bei LEDs der größte Teil des Stroms tatsächlich in Licht umgewandelt wird. Bei einer Glühbirne wird ein Großteil einfach in Wärme umgewandelt. Das merkt man sehr schnell wenn man eine Glühbirne anfasst, die eine Zeit lang in Betrieb war. Außerdem haben LEDs in der Regel mit bis zu 100.000 Betriebsstunden eine deutlich höhere Lebenserwartung als Glühbirnen. Aus diesen Gründen sind LEDs immer mehr dabei in allen Bereiche des alltäglichen Lebens Einzug zu erhalten und werden auch weiterhin durch voranschreitende Entwicklung den Leuchtstoffmarkt erobern.

Quellen:

https://www.simplyscience.ch/teens-liesnach-archiv/articles/was-ist-eine-leuchtdiode.html

https://www.simplyscience.ch/energie-umwelt/articles/die-led-eine-clevere-technologie.html?_locale=de

Wie funktioniert die 3D- Technik im Kino und Fernsehen?

Mittlerweile wird ein Großteil der neuen Kinofilme auch in 3D gezeigt.

Aber wie funktioniert eigentlich diese 3D- Technik? Und warum braucht man dafür immer eine spezielle Brille?

Dass wir mit unseren Augen überhaupt dreidimensional sehen können, liegt daran, dass unsere Augen jeweils unterschiedliche Bilder aufnehmen und an das Gehirn weiterleiten. Durch den Abstand der Augen sind die beiden, von den Augen wahrgenommenen, Bilder nicht identisch. Man könnte sagen jedes Auge nimmt die Situation aus einer anderen Perspektive auf. Unser Gehirn ist dann in der Lage aus diesen beiden Perspektiven ein dreidimensionales Bild zu generieren.

Dieses Prinzip nutzt man bei der 3D- Technik im Kino oder am Fernseher aus. Der Film muss schon mit speziellen Kameras gefilmt werden. Diese Kameras haben, ähnlich wie unsere zwei Augen, zwei Linsen in einem Abstand, der in etwa dem unserer Augen entspricht. Der Film wird also aus zwei verschiedenen Perspektiven aufgenommen. Das sieht man auch, wenn man sich einen 3D Film ohne Brille anschaut. Man sieht alles stark verschwommen oder sogar doppelt.

Aber wie schafft es jetzt eine Brille diese beiden Perspektiven wieder zu Einer verschmelzen zu lassen?

Hier wird eine Eigenschaft des Lichts ausgenutzt. Licht lässt sich so manipulieren, das es durch einen bestimmten Filter durchkommt oder eben nicht. Man nennt das polarisieren. Licht kann beispielsweise so polarisiert werden, das es nur noch aus senkrechten Komponenten besteht, das heißt, dass die Wellen des Lichts alle senkrecht verlaufen. Genauso ist auch eine waagerechte Polarisierung möglich. Jetzt gibt es Filter, die so konzipiert sind, dass sie nur senkrechtes oder eben auch nur waagerechtes Licht durchlassen. Diese Filter sind die „Gläser“ der 3D- Brille. Durch eines der Gläser gelangt nur das senkrecht polarisierte Licht, durch das Andere das waagerecht polarisierte. Wenn man nun die beiden aufgenommenen Perspektiven jeweils richtig polarisiert, sieht das eine Auge durch die Brille das eine Bild und das andere Auge das zweite. Den Rest übernimmt dann wieder unser Gehirn und baut die beiden Bilder zu Einem dreidimensionalen zusammen.

Jetzt könnt ihr beim nächsten Kinobesuch eurem Nachbar mal ganz souverän erklären, wie das denn eigentlich funktioniert mit der 3D-Technik 😉

Polarlichter – Wo kommen die eigentlich her?

Die meisten kennen sie nur aus Filmen oder von Bildern. Aber selbst dort machen sie einen spektakulären Eindruck – Polarlichter.

In diesem Artikel will ich kurz und knapp erklären, was diese Polarlichter sind und wie sie entstehen.

Der Auslöser für dieses Phänomen ist die Sonne. Von ihr werden ständig geladene Teilchen in alle Richtungen abgestoßen. Geladene Teilchen bedeutet hauptsächlich Elektronen (negativ geladen) und Protonen (positiv geladen). Diese Flut an Teilchen ist allgemein bekannt als Sonnenwind.

Polarlichter entstehen dann, wenn dieser Sonnenwind auf die Atmosphäre der Erde trifft. Da die Erde aber ein starkes Magnetfeld besitzt, das in der Lage ist die geladenen Teilchen um die Erde herum zu lenken, kommt der Sonnenwind meist nur in Polarnähe mit der Erdatmosphäre in Berührung. Hätte die Erde kein Magnetfeld, könnten wir jeden Tag und überall immer Polarlichter sehen.

Die geladenen Teilchen des Sonnenwindes leuchten aber nicht selber in den schönen Farben. Hierfür sind Sauerstoff und Stickstoffatome aus der Erdatmosphäre verantwortlich. Wenn diese nämlich vom Sonnenwind getroffen werden, werden sie ionisiert. Das heißt sie werden selber zu entweder positiv oder negativ geladenen Teilchen. Wenn nun ein positives Sauerstoff Atom auf ein negatives trifft verbinden sie sich. Bei diesem Vorgang wird Licht ausgesendet. Im Falle des Sauerstoffs ist das rotes Licht, bei Stickstoff blaues oder violettes. Grünes Licht entsteht, wenn ein geladenen Sauerstoff Atom mit anderen, nicht Sauerstoff Teilchen, interagiert.

Da die Sonnenaktivität, also die Menge an ausgesandtem Sonnenwind nicht konstant ist, tritt das Phänomen Polarlicht zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedlich stark auf. Bei sehr starker Aktivität kann es sogar in unseren Breiten auftauchen. Dies ist allerdings sehr selten.

Was kostet eigentlich der Strom für meine Lichterkette?

Alle schmücken gerade wieder ihren Weihnachtsbaum oder dekorieren Balkon und Garten mit sämtlichen Lichterketten. Man hört oft, dass die Lichterketten ja so viel Strom verbrauchen.

Aber wie viel Strom ist das denn wirklich? Und was kostet mich das dann?

Natürlich hängt das von der Art, der Länge und der Größe der Birnen einer Lichterkette ab. Ich werde versuchen hier mal einen allgemeinen Überblick zu verschaffen was die entsprechende Kette an Strom kostet.

Normale nicht-LED Lichterkette:

Angenommen die Kette besteht aus 100 Lämpchen. Jedes dieser Lämpchen weist eine Leistung von 0,3 Watt auf (dieser Wert kann natürlich stark variieren). Die Gesamte Kette hat also eine Leistung von 30 Watt. Sagen wir mal die Kette brennt im Dezember, Januar und Februar jeden Tag von 16:00 bis 22:00 Uhr, also 6 Stunden. Die gesamte Brenndauer beträgt dann

(31+31+28) Tage  x  6 Stunden  =  540 Stunden

Die Leistung der Kette bleibt ja konstant bei 30 Watt, das heißt die in der gesamten Zeit verbrauchte Energie ergibt sich zu

540 Stunden  x  30 Watt  =  16200 Wattstunden (Wh)

Die Abrechnung des Stroms erfolgt immer in Kilowattstunden (kWh). Eine kWh entspricht 1000 Wh. D.h. der Energieverbrauch liegt bei 16,2 kWh.

Natürlich variiert auch der Preis für eine kWh. Um einfacher rechnen zu können nehme ich mal eine Preis von 30Cent/kWh an, was dem tatsächlichen Wert im Moment sehr nahe kommt. Die Gesamtkosten für den Betrieb der Kette errechnen sich also wie folgt:

16,2 kWh  x  30 Cent/kWh  =  486 Cent  =  4,86€

Normale LED-Lichterkette:

LED-Lichterketten sind deutlich sparsamer als die Ketten mit herkömmlichen Lämpchen. Die LED Technik verbraucht in etwa nur ein Zehntel an Strom im Vergleich zu Glühlampen. Folglich hat ein einzelnes LED-Lämpchen etwa eine Leistung von 0,03 Watt.

Der Gesamtenergieverbrauch einer vergleichbaren Lichterkette wäre somit auch um den Faktor 10 kleiner bei ca. 1,62 kWh. Die Kosten liegen damit bei nur knapp 50 Cent.

Für den Dauerbetrieb einer großen Anzahl an Lichterketten lohnt sich also durchaus der Umstieg auf LED Lichterketten, auch wenn diese noch etwas teurer in der Anschaffung sind.

Die Betriebskosten einer LED-Lichterkette sind also tatsächlich nicht mehr sehr hoch. Trotzdem sollte man die Ketten nur zu sinnvollen Zeiten brennen lassen und gegebenenfalls eine Zeitschaltuhr verwenden um unnötigen Stromverbrauch zu vermeiden.

Wer den genauen Stromverbrauch und die damit verbundenen Kosten seiner Lichterkette berechnen möchte, schaut am besten mal auf die Verpackung. Hier sollte eine Watt Angabe für die gesamte Kette stehen. Diese dann mit der ungefähren Brenndauer multiplizieren. Den hierbei erhaltenen Energiebedarf dann noch mit dem in der Stromrechnung aufgeführten Preis für eine kWh multiplizieren (auf Einheitenumrechnung von Wh auf kWh achten) und man erhält die Kosten für den Betrieb der Lichterkette.