Anmerkungen zur Lösung vom 23.01.

Anmerkungen zu den Musterlösungen des Vortrags
vom 23.01.2016
Sehr geehrte Damen und Herren,
liebe Gäste unserer Veranstaltungsreihe,
wie viele von Ihnen bemerkt und uns auch mitgeteilt haben, war das o.g.
Quiz leider nicht in der von uns allen gewünschten Art passend zum Vortrag.
Daher möchten wir Sie über diesen Weg wissen lassen, wie wir damit in Bezug auf das Quiz umgehen und natürlich einige Erklärungen nachliefern, die
in der Musterlösung des Zettels keinen Platz finden konnten.
Zu der Auswertung des Quiz ist zunächst einmal festzuhalten, dass trotz
der geringen Überdeckung von Quiz und Vortrag, viele von Ihnen korrekte
Antworten gegeben haben. Damit es aber für jene Personen fair bleibt, die
kein so umfangreiches Vorwissen mitbringen oder nicht im Internet nachgeschaut haben, bewerten wir nur die Fragen, die im Vortrag auch beantwortet wurden.
Dies hat zu Folge, dass Erwachsene mit korrekten Antworten in drei bestimmten Fragen (Fragen 1, 2 und 7) in den Lostopf kommen. Dies ist analog zum Normalfall, wo Erwachsene 10 von 10 richtigen Antworten benötigen. Kinder (also Personen im Alter von 13 oder weniger), die im Normalfall
schon mit 8 von 10 richtigen Antworten in die Verlosung kommen, brauchen
2 von diesen 3 Antworten.
Wir hoffen, dass damit eine faire Lösung in diesem Fall gefunden wurde.
Im Folgenden möchten wir einige kurze Erklärungen zu den Fragen des
Quizzettels liefern. Weiterführende Informationen werden bei den jeweiligen
Fragen auch zu Artikeln z.B. aus Wikipedia verlinkt.
Frage 1: Welche Eigenschaft besitzt das Licht eines Lasers?
- Es ist kohärent
- Es ist kompetent
- Es ist multivalent
Das Licht eines Lasers ist kohärent. Das bedeutet, dass die Lichtwellen die
gleiche Frequenz besitzen - das Licht also die gleiche Farbe hat - und dass
sie über eine konstante Phasendifferenz verfügen. Letztere ist der Abstand
von „gleichen Punkten“ der beiden Wellen, also z.b. der Maximalwerte. Eine
sehr schöne und spielerisch anschauliche Visualisierung bietet folgende
Seite. http://www.abi-physik.de/buch/wellen/kohaerenz/ Hier kann man
selbst die Wellen manipulieren.
Frage 2: Welche Temperatur hat die Oberfläche der Sonne in etwa?
- 30°C
- 5500°C
- 1.000.000°C
Die Sonne besitzt keine feste Oberfläche, so wie es bei der Erde der Fall ist.
Stattdessen wird die Oberfläche bei der Sonne – und allgemein bei Sternen
– darüber definiert, ab welchem Punkt die Materie der Sonne nicht mehr
durchsichtig ist. Während im Kern eine Temperatur von 15.600.000°C
herrscht hat die Oberfläche „nur noch“ eine Temperatur von ca. 5500°C (oder 5778K, wie es Wikipedia führt: https://de.wikipedia.org/wiki/Sonne ).
Frage 3: Welche Änderung des Laserlichts ermöglicht mehr Daten auf einer
DVD?
- In Richtung ultraviolett verändern
- In Richtung rot verändern
- Intensiver machen
Entscheidend für die mögliche Datenmenge auf einer DVD ist, wie dicht die
Daten gepackt werden können. Um die Daten immer dichter, also auf immer weniger Fläche, packen zu können, benötigt man die Möglichkeit diese
Daten auch wieder auszulesen und von den jeweiligen „Nachbardaten“ zu
unterscheiden. Darüber entscheidet das Auflösungsvermögen des verwendeten Lasers und dieses hängt v.a. von der Wellenlänge des Lichts ab:
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Bei einer CD wird ein Laser von 780 Nanometern (nm) verwendet. Farblich
gesprochen entspricht dies dem Übergang von Rot zu dem uns nicht mehr
sichtbaren nahem Infraroten. Eine CD fasst maximal 0,9 GB Daten.
Bei einer DVD hat der verwendete Laser eine Wellenlänge von 650 bzw 635
nm, die Speicherkapazität ist somit auf mindestens 4,7 GB gestiegen und
das Licht ist im Bereich von Orange bis Rot.
Bei der neuesten verbreiteten Speicher-Disc, den Blu Ray Discs beträgt die
Wellenlänge nur noch 405 nm und liegt damit sogar schon im Violetten Bereich. Ihre Speicherkapazität beträgt mindestens 25 GB und unter Laborbedingungen bis zu 500 GB.
https://de.wikipedia.org/wiki/Vergleich_optischer_Datenträger
Eine weitere Verringerung der Wellenlänge, weiter in Richtung Ultraviolett,
lässt ein weiteres Ansteigen der Kapazitäten erwarten.
Frage 4: Was ist passiert, wenn sich am Himmel ein Regenbogen zeigt?
- Hat sich wohl Sonnenlicht in Wassertropfen gebrochen
- Hat sich wohl Sonnenlicht an Eiskristallen gebeugt
- Hat wohl die Umweltverschmutzung zu farbigen Wassertropfen geführt
Der Regenbogen ist zum Glück kein Zeichen für Umweltverschmutzung.
Stattdessen funktionieren Wassertropfen wie eine Unzahl kleiner Prismen
und brechen das weiße Sonnenlicht auf, in seine farbigen Bestandteile, die
wir dann unter passenden Bedingungen am Himmel sehen können.
https://de.wikipedia.org/wiki/Regenbogen
Frage 5: Wird sichtbares Licht stärker in Wasser gebrochen oder in Alkohol?
- Wasser
- Alkohol
- In beiden gleich, sie sind schließlich beide durchsichtig
Wasser hat einen Brechnungsindex von 1,33. Der von Alkohol liegt bei 1,36.
Man sagt, dass Alkohol also „optisch dichter“ ist als Wasser, das Licht also
stärker bricht.
Frage 6: Klassische Frage: Warum ist der Himmel blau?
- der Rote Anteil des Sonnenlichts wird am stärksten absorbiert
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- der Blaue Anteil des Sonnenlichts wird am stärksten in der
Atmosphäre gestreut
- die kosmischen Teilchen lassen die Atmosphäre blau leuchten
Wie stark die Atmosphäre Licht streut hängt auch von der Wellenlänge der
Lichtbestandteile ab. So wird das kurzwelligere, blaue Licht 10mal stärker
gestreut, als das langwelligere, rote Licht. Es ist daher überall am Himmel
zu finden. Noch stärker wird das noch kurzwelligere, aber für uns unsichtbare ultraviolette Licht gestreut – und führt dann zu einem Sonnenbrand,
obwohl wir im Schatten sitzen.
Frage 7: Was sind Radiowellen, Sonnenlicht und Gamma-Strahlen?
- Drei grundverschiedene Phänomene
- Formen der elektromagnetischen Wellen, die sich nur in der
Frequenz unterscheiden
- Bisher unerklärte Phänomene, deren Erklärung noch aussteht
Die zweite Antwort ist korrekt. Es sind wirklich nur unterschiedliche Formen des gleichen Phänomens: Licht, bzw. Photonen, mit unterschiedlichen
Eigenschaften.
Frage 8: Mehrere identische Photonen treffen nacheinander auf einen halbdurchlässigen Spiegel. Hinter dem Spiegel und auf dem Weg nach der Spiegelung gibt es je einen Detektor. Was stimmt?
- Nur EINER der Detektoren registriert nacheinander ALLE
Photonen
- BEIDE Detektoren registrieren Photonen in ZUFÄLLIGER Abfolge
- BEIDE Detektoren registrieren jedes Mal ein Photon HALBER
INTENSITÄT
Korrekt ist hier die zweite Antwort. Die dritte Antwort scheidet aus, da aus
einem Photon nicht einfach zwei werden können. Die erste Antwort entspricht auch nicht der Realität. Vergleichbar ist dies mit dem Doppelspaltexperiment (https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment ), in dem
auch dieser subtile Widerspruch auftaucht, und welches erst durch die
Quantenmechanik erklärt werden konnte.
Frage 9: Wodurch entsteht das Licht eines Glühwürmchens?
- Druck und Anregung von Atomen durch Elektronen in piezoelektrischen Feldern
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- Eine chemische Reaktion zweier Stoffe
- Nachleuchten eines Stoffes, der von der Sonne bestrahlt
wurde
Korrekt ist die chemische Reaktion. Im Wesentlichen reagieren hier Luciferin und Sauerstoff. Das Prinzip ist als Chemilumineszenz bzw. Biolumineszenz bekannt. Details finden sich unter
https://de.wikipedia.org/wiki/Chemilumineszenz
Frage 10: Was schützt vor Sonnenbrand?
- 2 cm dickes Fensterglas
- Eine dicke Schicht gefrorenen Wassers
- Nur ein (sehr teures) Fenster aus Diamant
Zum Glück müssen wir unsere Haut nicht mit derart teuren Fenstern schützen. Diese Frage basiert aber offenbar auf veralteten Erkenntnissen. Man
ging lange davon aus, dass UVB-Strahlen die Haut schädigen, UVA jedoch
nicht. UVB-Strahlen sind tatsächlich deutlich schädigender und diese werden von Fensterglas in der genannten Stärke zuverlässig absorbiert. UVAStrahlen gelangen zu 60% durch Fensterglas oder auch durch getönte
Scheiben. Die erste Antwort ist daher weiterhin korrekt, es dauert durch
das Fensterglas bedeutend länger, bis man einen Sonnenbrand hat. Es
schützt aber nicht absolut davor einen zu bekommen.
(http://www.n-tv.de/wissen/frageantwort/Schuetzt-Glas-vor-Sonnenbrandarticle10936406.html )
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