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Eine Tafel Schokolade ist ein Newton?

Ich habe schon einige Male erzählt, dass ich die Physik-Experimentalvorlesung sehr gerne besucht habe, da es dort einige sehr anschauliche Versuche gab und ich deshalb weiß, dass eine Tafel Schokolade ein Newton sind.

Schokolade

100 g Schokolade = 1 Newton? Foto: Ricarda Schügner

Als Schoko-Fan erinnere ich mich selbstverständlich an die Schokolade 😀 – und auch an „Newton“. Schauen wir auf die Physik hinter der Tafel Schokolade und zäumen das Pferd von – der Einheit her auf. 😉 Newton ist die physikalische Einheit der Kraft.

Die Einheit Newton [N]

Die Einheit Newton ist eine SI-Einheit. Mit anderen Worten es handelt sich um eine internationale Standardeinheit. Hier wird zwischen Basiseinheiten und abgeleiteten Einheiten, wie die Einheit Newton, unterschieden.

Zu den SI-Basiseinheiten zählen z. B. Meter (m), Kilogramm (kg) oder Sekunde (s). Diese Vereinheitlichung soll, insbesondere in der Wissenschaft, dafür sorgen, dass die gemessenen Werte – ohne Umrechnung – vergleichbar sind. Die Länge wird in Meter (m) bzw. Zentimeter (cm) oder Kilometer (km) gemessen. Wir verwenden diese Maße in der Regel auch im Alltag, aber beispielsweise wird in England und den USA auch die Meile als Maß verwendet. Ein weiteres Beispiel ist die Einheit „Zoll“ bzw. im Englischen „inch“.

Newton hat als abgeleitete Einheit zwar ein eigenes Einheitensymbol [N], kann aber durch SI-Basiseinheiten dargestellt werden. Und hier kommen wir unserer Tafel Schokolade wie auch der Definition der physikalischen Kraft (F) schon etwas näher.

N = kg x m / s2

Wir finden ein Gewicht [kg] in der Einheit und 100 g sind 0,1 kg Schokolade. Übrig ist dann m/s2 – und das muss dann (ungefähr) 10 sein. In der Physik ist die Kraft definiert als Masse (m) mal Beschleunigung (a).

F = m x a

Unsere Tafel Schokolade beschleunigt also mit 10 m/s2 – und dass ohne Motor.

Woher kommt die Beschleunigung?

Dazu zeichnen wir den Versuchsaufbau. Eine Tafel Schokolade wird aus der Ruheposition fallengelassen.

Zeichnung_Schoko_Boden

Unser Versuchsaufbau: Die Schokolade fällt zu Boden

Die Beschleunigung ist damit der Fall zur Erde. Es ist die Erdbeschleunigung (auch Ortsfaktor), die ungefähr g = 9,81 m/s2 beträgt (wir runden locker auf 10 auf). Im Fallen werden 0,1 kg Schokolade mit der Erdbeschleunigung 10 m/s2 beschleunigt und somit kommen wir auf eine Gewichtskraft (F = 0,1 kg x 10 m/s2 = 1 N) von einem Newton.

Um die Beschleunigung von „Masse“ im freien Fall zu zeigen, habe ich hier ein Youtube-Video von derinsherman62. Durch die Lichtblitze scheinen die einzelnen Wassertropfen „zu stehen“. Der Abstand zwischen den Tropfen wird größer, was auf die Erdbeschleunigung und damit den schneller werdenden Fall zurückzuführen ist.

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Der Sommertipp: Eis mit Eis kühlen

Bei dem aktuellen Wetter komme ich bei kühlen Gedanken nur bis zum Eis. Doch selbst Eis schmilzt in null Komma nichts bei den aktuellen Temperaturen. 😦 Also bleibt entweder sehr schnell essen – oder – ich habe ja Chemie studiert – Eis mit Eis zu kühlen. Damit habe ich dann genug Zeit mein Eis als Eis zu genießen. 😀

Um im Labor Reaktionen bei moderaten Minus-Temperaturen durchzuführen, haben wir mit einem Eis-Kochsalz-Bad gearbeitet. Die „Zutaten“ – Eis, Kochsalz und Wasser – lassen sich recht einfach beschaffen.

EisKochsalzBad_Zutaten

Die Vorbereitungen für das Eis-Kochsalz-Bad

Nach dem Zerkleinern des Eises werden die Stücke mit Kochsalz (ungefähr 3 Teile Eis zu 1 Teil Kochsalz) gemischt und noch ein wenig Wasser hinzu gegeben. Wie ihr sehen könnt, ist die Temperatur der Mischung unter Null, d.h. die Mischung ist kälter als Eis ohne das Kochsalz.

Eisbad

Außentemperatur etwa 33°C, Eisbad etwa -10°C 🙂

Ich habe mein Eis (0°C) mit Kochsalz (Raumtemperatur) deutlich heruntergekühlt. Dahinter steckt natürlich „Chemie“. In der Abbildung unten seht ihr die Kristallstruktur von Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl). Im Kristallgitter sind abwechselnd ein positiv geladenes Natrium-Ion und ein negativ geladenes Chlor-Ion zu finden. Die Abbildung wurde mit dem Programm Vesta [Lit. 1] erstellt.

NaClGitter

Das Natriumchlorid-Gitter erstellt mit dem Programm Vesta [Lit. 1]

Da sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, ist es mit Arbeit (bzw. Energie) verbunden die einzelnen Ionen aus dem Gitter zu lösen. Für das Lösen aus dem Gitter wird (Wärme-)Energie verbraucht. In Wasser (H2O) werden die Ionen von einer Hülle aus Wassermolekülen (Hydrathülle) umgeben. Bei dieser Reaktion wird Energie frei.

Wenn man jetzt Kochsalz einfach in Wasser löst merkt man, dass die Temperatur des Wassers gleich bleibt. Die verbrauchte und die freiwerdende Energie sind ungefähr gleich. Es gibt aber auch Salze, wie z.B. Natriumsulfat-Decahydrat, bei denen sich das Wasser abkühlt. Aber wir wollen mit unseren Küchenvorräten arbeiten.

Bei unserem Kältebad macht das Eis (also der Feststoff) den Unterschied. Das Eis schmilzt, das heißt, dass sich der Aggregatzustand von fest nach flüssig ändert. Auch für das Schmelzen wird Energie benötigt. Dieser zusätzliche Energiebedarf für das Schmelzen macht den Unterschied: Unser Eis-Kochsalz-Bad wird kälter!

Jetzt habe ich mir das Eis für heute verdient. 😀

Eis_in_Eisbad

Mein eisgekühltes Eis 😉

Literatur:
[1] K. Momma and F. Izumi, „VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data,“ J. Appl. Crystallogr., 44, 1272-1276 (2011)

Bewegungsabläufe lernen – muss man wirklich sooo oft wiederholen?

Letztens beim Tai Chi hat der Trainer gesagt, dass der Meister seines Meisters (OK – das ist schon „Hörensagen“ 😉 ) gesagt hat, man müsse die Figuren 1000x wiederholen um sie zu beherrschen. Immerhin will er uns nicht vergraulen und wir müssen die Figuren nicht so oft am Stück wiederholen.

Für alle, die Tai Chi nicht kennen, habe ich die – in diversen Varianten – weit verbreitete 24er Peking Form als Video (von Sherry Tung) herausgesucht:

Wie man sehen kann, sind die Bewegungsabläufe langsam, ABER sie erfordern eine gute Koordination von „Armen und Beinen“, dem Gleichgewicht, der Atmung und dann muss man sich natürlich noch den Gesamtablauf der Form merken. Und letztlich, da Tai Chi „Meditation in Bewegung“ ist, ist man selbstverständlich noch entspannt. 😉 Wenn man die Übungen beherrscht stimmt das zwar (kann ich bestätigen), aber am Anfang raucht der Kopf.

Das ist auch schon das Stichwort: Wie funktioniert Bewegung und wie lernt man eigentlich? Für beides braucht man das Gehirn [Video] und Nervenzellen (Neuronen).

Bei den Nervenzellen handelt es sich um verzweigte Zellen, die ein dichtes Netz bilden. Allerdings geben sie sich nicht gegenseitig „die Hände“, sondern halten den Kontakt über einen kleinen (synaptischen) Spalt (zwischen prä- und postsynaptischer Endigung) und mit Botenstoffen (Neurotransmitter), die Impulse übertragen. Innerhalb der Nervenzelle wird der Impuls elektrisch übertragen und an die nächste Zelle mittels eines chemischen Botenstoffes weitergegeben. Um eine Überaktivierung der Neuronen zu verhindern, werden nicht alle Signale weitergeleitet. Wenn man jetzt übt und übt und übt, erhöht sich die Zahl der weitergegebenen Impulse bis sich die Langzeitpotenzierung (LTP) einstellt. Das bedeutet, dass die Übertragung der Impulse zum einen durch die größere Zahl der weitergeleiteten Impulse, aber auch durch die stärkere Reaktion der Post-Synapse (Aufnahme der Botenstoffe) besser wird.

Hier unten im Youtube-Video der MaxPlanckSociety könnt ihr euch das in tollen Bildern anschauen.

Die 1000x trainieren lassen sich zwar nicht bestätigen, aber gaaanz viele Wiederholungen sind tatsächlich wichtig. Also hilft nur üben. 😦

Außerdem haben Studien gezeigt, dass komplexe Bewegungsabläufe sehr positiv für das Gehirn sind und sich das Üben wirklich lohnt.

Petra Jansen-Osmann hat in einem Übersichtsartikel [Lit. 1] Erkenntnisse zu „den neurowissenschaftlichen Grundlagen komplexer sportiver Bewegungen“ zusammengefasst. Sie führt als Beispiel die Studie von Draganski et al. an, bei der die Studienteilnehmer mit 3 Bällen jonglieren lernen sollten bzw. als Kontrolle kein Training stattfand. Mittels dieser Studie konnte erstmals gezeigt werden, dass sich das Gehirn auch im Erwachsenenalter durch das Erlernen komplexer Bewegungen noch verändert. Diese Eigenschaft von Synapsen, Nervenzellen, Hirnarealen sich zu verändern, nennt man neuronale Plastizität.

Weiterhin darf man nicht vergessen, dass Bewegungstraining auch die Muskeln trainiert, die ebenfalls – wie die Nervenverbindungen – mit dem Training aufgebaut und ohne Training abgebaut werden.

Gut – ich gehe jetzt mal Gehirn, Nerven und Muskeln trainieren. Obwohl, hatte ich da nicht etwas von Spiegelneuronen gelesen, die beim Betrachten eines erlernten Vorganges das gleiche Aktivitätsmuster wie bei der Tätigkeit auslösen? Vielleicht reicht es ja sich das erste Video oben öfter anzuschauen. 😉 (was allerdings nicht die Muskeln trainiert… und selbst trainieren bringt zumindest mir mehr Spaß 🙂 )

Literatur:

[1] Jansen-Osmann, P. (2008). Die Bedeutung der Neurowissenschaft für
die Sportwissenschaft. Sportwissenschaft, 38, 24-35

Frohe Ostern

Frohe Ostertage 🙂

Frohe Ostern 🙂

Barcamp Bonn mit #socialedumedia und #smartcity

Letztes Wochenende habe ich am 1. Barcamp Bonn im forum internationale wissenschaft bonn teilgenommen. Das Barcamp war super organisiert (vielen Dank an die Organisatoren und die Sponsoren) und es gab sooo viele interessante Sessions, dass die Wahl schwer fiel. Natürlich gab es viele Sessions rund um Social Media und Marketing, aber auch um Bonn, 🙂 Yoga, Impro-Theater… Eine gute und vielfältige Mischung.

Ich bin dann mal von einer Session zur anderen gehüpft 😉 – mit kurzen Zwischenstopps bei Kaffee, Getränken und Essen. Insgesamt 6 Themen habe ich geschafft. Zwei davon möchte ich kurz vorstellen.

BarcampBonn

Ich habe zumindest fleissig die Sessions notiert 😉

 

#SocialEduMedia – Bildungsrevolution durch Soziale Medien?

In dieser Session von Tobias Jakobi (@historytoby) ging es darum, wie Lernen und Unterricht mit Social Media unterstützt, verbessert, erweitert werden kann. Als iversity-Weiterbildungsfan war das für mich eine sehr interessante Diskussion. Allerdings lag der Focus mehr auf „in der Schule lernen“. Zusammengefasst ist bei mir folgendes hängengeblieben:

  • Man braucht gute Lehrer um die Basisbedingungen zu schaffen: sich selbst Wissen aneignen, Wichtiges erkennen etc. (dann „reicht auch eine Steintafel“ 😉 ).
  • Einsatz der modernen Medien, wie Tablets im Unterricht – dafür müssten dann die Lehrer ausgebildet sein sowie ein Internetzugang möglich sein.
  • Die Möglichkeit von Online-Lerngruppen, die sich z.B. per Chat austauschen können.
  • Dann gab es noch die Anmerkung, dass es schon viel gutes und interessantes Material „irgendwo im Netz“ gibt – man muss es nur finden…
    (ein paar „Fundstücke“ gibt es hier in meinem Blog *Eigenwerbung* 😉 )

Bonn als Smart City

Bei dieser Session war leider die Zeit etwas knapp. Es kamen so viele spannende Ansätze für eine Smart City, so dass leider für die exemplarische Frage wie man ein Thema umsetzen könnte, kaum Zeit blieb. (ok – wir haben überzogen – die nächsten standen schon vor der Tür.) Hier mal eine Auswahl der Vorschläge:

  • Internetzugang und IT für Schulen (ein Kommentar: da müssten die Lehrer weitergebildet werden – – – hatten wir das nicht schon mal und viele Eltern sind auch nicht auf dem Laufenden…)
  • Digitale Lenkung des Verkehrs (da musste ich dann wieder an die #Zukunftsstadt denken)
  • Open Data – alle Daten (unter Beachtung des Datenschutzes) frei verfügbar machen
  • Freies WLAN kostenlos
  • Ausbau der Stadtteilbibliotheken als Co-Working Spaces/Treffpunkte
  • Digitale Unterschriften für Bürger
  • Förderung des digitalen Verständnisses bei Verwaltung und Bürgern – am besten direkt von beiden Seiten anfangen 🙂

Den ausführlichen Link zur Session von Michael Lobeck findet ihr hier.

Da hier auch der „Netzausbau“ immer mal wieder auftaucht, habe ich hier einen Filmtipp: Auf Arte habe ich gestern zufällig in X:enius reingeschaltet. Das Thema war der Netzausbau – und vorher eine kurze Einführung wie das „Internet“ so funktioniert: Modem, Kupferleitungen, Nullen und Einsen… Die Sendung findet ihr hier.

Fahrradfahren bei diesem Wetter…

Diesmal ein Beitrag aus gegebenem Anlass 😦

Das Wetter ist nicht gerade gutes Radfahrwetter, aber als Schüler muss man aber irgendwie zur Schule. Wenn dann die Straße relativ frei ist, kommt man dann doch recht problemlos ans Ziel.

Allerdings heißt es „wenn es dem Esel zu wohl ist, geht er auf’s Eis“ – alternativ fährt man mit dem Fahrrad über eine zugefrorene Pfütze… und stürzt und hatte keinen Fahrradhelm an. Der Schutzengel hatte zum Glück nicht frei und so gab es nur blaue Flecken. 😀

Ich finde so einen Helm auch nicht gerade schick, aber Sicherheit geht vor – insbesondere bei Eis auf den Straßen. Deshalb habe ich für euch noch zwei Videos rausgesucht.

Im Youtube-Video von Karlheinz Meier (Physik Heidelberg) seht ihr wie schön glatt und rutschig Eis ist. Als weiterer Tipp so nebenbei:

In diesem Welt der Wunder Youtube-Video gibt es die umfassende Helm-Info:

Wer jetzt denkt, das Eis ist ja schon fast geschmolzen. Na ja, das bedeutet, dass man besonders vorsichtig sein muss. Auf dem Resteis hat sich ein feiner Wasserfilm gebildet und man rutscht besonders gut. Also bitte bei Winterwetter besonders aufmerksam und vorsichtig sein und KEIN Hals- und Beinbruch.

Frohe Weihnachten und ein gutes Jahr 2015

Ich wünsche allen

FROHE WEIHNACHTEN

mit dem schönen Winterfoto, dass hier in Langenfeld aufgenommen wurde. Aktuell gibt es zwar nicht weniger Niederschlag, ist aber deutlich – feuchter. 😉 Ich gebe zu, dass mir bei der Wahl zwischen Dauerregen und Schneelandschaft, dann doch die Schneelandschaft besser gefällt.

Winter_Langenfeld

Langenfeld – ein Wintermärchen 🙂 Foto: Ricarda Schügner

 

Für 2015 wünsche ich allen ein inspirierendes NEUES JAHR mit einer Ansprache von Simon Sinek: How great leaders inspire action

Herbststimmung im Garten

Bei dem aktuell schönen Wetter zeigen die Blumen im Garten noch einmal ein richtiges Feuerwerk an Farben 😀

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Herbststimmung im Garten: Astern, Fetthenne, Dahlien, Herbst-Anemonen

Ein entspannter Blick in den Garten zeigt blass-lilablaue und pinkfarbene Astern, Dahlien und Fetthenne ebenfalls in pink-rosa, weiße und rosé Herbst-Anemonen.

Ein schöner Blick um bei einer Tasse Kaffee die Natur zu genießen und mich an meinen Urlaub zu erinnern, wo ich die Anemonen in „freier Wildbahn“ an ihrem Herkunftsort gesehen habe.

Ein Tipp für große und kleine Maus- und Wissenschaftsfans

Da ich – leider – schon eine Weile aus dem Alter für die Sendung mit der Maus raus bin, habe ich verpasst, dass die Maus zur ISS geflogen ist. Die Maus schwerelos und im Raumanzug 😀

Deshalb mein Tipp: Hier findet ihr Maus-Versuche im Weltraum

MEIN erster Beitrag :-D

Die Idee selbst zu schreiben, hatte ich schon lange. Die Umsetzung hat halt etwas gedauert. Außerdem hatte ich die Gelegenheit mich zwischenzeitlich bei meiner Doktorarbeit und den Beiträgen für meinen Sportverein – zumindest etwas auszutoben. Allerdings reicht mir das nicht, so dass ich jetzt mit diesem Blog starte. Nachdem ich auf die Frage „Was ist das „richtige“ Thema für mich?“ eine Antwort gefunden habe, kann es jetzt endlich losgehen.

Mein Thema: Natur und Wissenschaft – Naturwissenschaften und Life Sciences (besser: Meine Planung 😉 )

Seit wir im Bio-Unterricht die Mendelschen Gesetze durchgenommen hatten, lassen mich die Life Sciences nicht mehr los. Meinem Wunsch-Studienfach Biochemie habe ich mich über die Chemie genähert. Dort bin ich bei der Carotenoid- und Retinoidsynthese „gelandet“. In meiner Doktorarbeit habe ich Retinoide synthetisiert, die in einem medizinischen Institut auf ihre Fähigkeit an Retinoidrezeptoren an der DNA zu binden, untersucht wurden. Für mich ist das immer noch ein tolles Thema. Beruflich hat es mich in eine Agentur für Gesundheitskommunikation verschlagen. Durch meine Tätigkeit dort konnte ich in den letzten Jahren beobachten, wie sich die Therapien in der Onkologie veränderten. Die „mabs“ (monoclonal antibodies) und „nibs“ (small molecules) wurden immer zahlreicher und „eroberten“ auch weitere Indikationen. Na ja, im Prinzip habe ich in meiner Doktorarbeit auch „kleine Moleküle“ synthetisiert, die an Rezeptoren andocken sollten.

Mit diesem Blog möchte ich etwas von meiner Faszination für „Natur und Wissenschaft“ (und auch meiner Neugier) weitergeben.

Regenbogen

Auch wenn sich vieles wissenschaftlich erklären lässt, manchmal reicht einfach „Natur“ schauen für die Faszination. Foto: Ricarda Schügner