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Technorama - Swiss Science Center

Experimentieren unter Weltraumbedingungen - im Technorama

Winterthur (ots)

Wer mit Schwerelosigkeit experimentieren will,
braucht nicht in den Weltraum zu fliegen. Ein Mini-Fallturm erlaubt
faszinierende Experimente unter Weltraumbedingungen auch auf der
Erde. Konkret: im Jugendlabor des Winterthurer Science Center.
Beispiel Oberflächenspannung: In einem kleinen, geschlossenen Glas
befindet sich etwas Wasser, darüber Luft. Im frei fallenden (sprich
schwerelosen) System bildet sich eine runde Luftblase in der
Flüssigkeit aus.
In einem mit Quecksilber und Luft gefüllten Glas funktioniert es
umgekehrt: Unter Mikrogravitation löst sich das Quecksilber vom Glas
und bildet eine frei schwebende Kugel! Und was passiert wohl mit der
typischen Flammenform einer Kerze im freien Fall? Sie formt sich zu
einer Kugel, in der Fachsprache: zu einer diffussionsgesteuerten
kugelsymmetrischen Struktur.
Der Fallturm war ursprünglich eine Idee von drei deutschen
Gymnasiasten, die mit ihrem Beitrag zum Wettbewerb "Jugend forscht
2002"in Darmstadt ausgezeichnet wurden. Das Zentrum für angewandte
Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen
entwickelte die Experimentiervorrichtung unter der Leitung von
Dipl.-Ing. Torsten Bolik eigens zum Exponat für den Betrieb im
Jugendlabor, und damit zu einer weiteren Exklusivität für das
Technorama.
Damit beim Experimentieren, trotz der sehr knappen Fallzeit von
unter einer Sekunde, das, was in der Fallkapsel passiert, beobachtet
werden kann, werden die Phänomene über eine mit der Fallkapsel
mitlaufende Minikamera erfasst und an einen Computer übertragen. Die
Versuche lassen sich nicht nur beliebig in Wirklichkeit wiederholen,
sondern können in aller Ruhe und genau in Zeitlupe, sozusagen Bild
für Bild, verfolgt werden.
Um den Zeitraum der Vorgänge unter Schwerelosigkeit zu verlängern,
ist der Fallturm mit einem Katapult - sozusagen einem Bungee-Effekt -
ausgerüstet. Dabei wird die Kapsel zuerst nach oben geschleudert und
fällt gleich wieder zurück: Doppelter Weg, doppelte Zeit
Schwerelosigkeit.
Der Fallturm ist ganz bestimmt ein weiterer Beweggrund für
Lehrkräfte, den naturwissenschaftlichen Unterricht mit einem Besuch
im Technorama zu erweitern und mit Experimenten zu bereichern, wie
sie sich in dieser Anschaulichkeit und Gründlichkeit im Klassenzimmer
kaum bewerkstelligen lassen. Aber auch interessierte Laien und
Familien mit neugierigen Kindern auf der Suche nach sinnvoller
Freizeitbeschäftigung werden zweifellos ihren Spass am
Experimentieren unter Weltraumbedingungen haben.
Apropos: Schwerelosigkeit und Mikrogravitation (µg)
Es geht bei diesen Versuchen am Fallturm um Gravitation, eine
grundlegende Eigenschaft der Materie und eine der vier sogenannten
physikalischen Wechselwirkungen (die drei übrigen sind die schwache
und starke Kernkraft sowie die elektromagnetische Kraft).
Wenn also im Zusammenhang mit den Versuchen am Fallturm der
sprachlichen Einfachheit halber doch von "schwerelos" die Rede ist,
meint der Begriff - für die wissenschaftlichen "Erbsenzähler" -
Mikrogravitation: also ein Millionstel der Fallbeschleunigung (oder
Erdanziehungskraft) im Vergleich zur jener auf der Erdoberfläche. -
Erdanziehungskraft = 1 g; Mikrogravitation = µg
Ein Beispiel: Wenn man von einem Dach aus 5 m Höhe springt, trifft
man nach etwa einer Sekunde am Boden auf. Wäre die Anziehungskraft
nur 1 %, so würde der gleiche freie Fall 10 Sekunden beanspruchen,
bei einem Millionstel der Erdanziehungskraft ganze 17 Minuten! Um auf
den Millionstel zu kommen, müsste man sich 6.37 Mio. km (etwa 17 mal
die Distanz zum Mond) von der Erde entfernen, etwas unpraktisch!
Eine einfachere Methode, annähernd Mikrogravitations-Bedingungen
zu schaffen, besteht im freien Fall.
Wieso können Astronauten in der Umlaufbahn "schwerelos" sein?
Sie sind es nicht. Die auf Gravitation beruhende Anziehung der
Erde vermindert sich auch auf 400 km Höhe, in denen ein Space Shuttle
seine Runden dreht, nur geringfügig. Sie erreicht niemals auch nur
annähernd den Wert Null.
Dass es aussieht, als ob Astronauten schwerelos wären, liegt
daran, dass ihr Gewicht von der Kraft ausgeglichen wird, die von
ihrer Umlaufgeschwindigkeit herrührt: der Zentripetalkraft. Die
Tendenz der Raumfähre, von der Erde wegzufliegen, wird von der
Erdanziehung aufgehoben; die Astronauten bleiben sozusagen dazwischen
hängen, die Schwerkraft ist nicht mehr feststellbar. Die
Gravitationswirkung bleibt dennoch gegenwärtig, weshalb
Weltraumwissenschaftler nie von Gravitation Null reden, sondern von
Mikrogravitation, abgekürzt µg.
Sie finden reprofähige Abbildungen des Minifallturmes und
Illustrationen zu einigen Versuchen unter www.technorama.ch/medien

Kontakt:

Martin Weber
Leiter Jugendlabor
Tel. +41/52/244'08'44
Fax +41/52/244'08'45
E-Mail: info@technorama.ch
Internet: www.technorama.ch

TECHNORAMA
Technoramastrasse 1
CH-8404 Winterthur

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