BesucherInnen lenken gemeinsam eine Kugel in die Mitte eines Labyrinths. Die Herausforderung: Das Labyrinth befindet sich auf einer überdimensionalen Balancescheibe.

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BesucherInnen entdecken, wie moderne Hybridmotoren in Autos funktionieren. Dazu erzeugen sie selbst elektrische Energie. Wer erkurbelt die größte Leistung und was passiert mit der Energie, wenn ein Motor abgebremst wird?

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Blick in die Zukunft: Was kennzeichnet einen nachhaltigen Wald? Und was passiert in 50 Jahren, wenn die Mischung zwischen Nadel- und Mischwald aus dem Gleichgewicht gerät?

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Ein bunt gemischter Wald wirkt sich positiv auf unseren Lebensraum aus – aber warum eigentlich?

Es gibt einige gute Gründe, warum eine hohe Artenvielfalt von Pflanzen in unseren Wäldern positiv ist. Man muss sich vorstellen, dass jeder einzelne Baum auch als Lebensraum gesehen werden kann und manche Baumarten als spezieller Lebensraum für eine Tierart dienen. Ohne diese Bäume würde es auch weniger Tierarten geben und es würden viele ökologische Prozesse wohl anders bzw. gar nicht ablaufen. Als ökologische Prozesse können die Beziehungen zwischen verschiedenen Organismen (Pflanzen und Tiere – also alle Lebewesen) betrachtet werden.

Stellt euch vor, dass manche Vogelarten keinen Nistplatz mehr hätten, weil ihnen ihr Lebensraum (eine spezielle Baumart) fehlt. Dann würde es aber auch vermehrt Insekten und Würmer geben. Manche könnten sich vielleicht derart rapide vermehren, dass sie zu Schädlingen werden und so viel Nahrung verschlingen, dass eine weitere Pflanzenart ums Überleben kämpfen muss. Wenn diese Pflanzenart immer weniger wird, wird wohl wieder ein Lebensraum einer Tierart schwerer zu finden sein. Ihr seht, diese ökologischen Prozesse sind Kreisläufe, welche unaufhaltbar sind und auch wenn sie uns nicht von Anfang an betreffen, irgendwann sind auch wir Teil dieser Kreisläufe. Daher ist es so wichtig, jede einzelne Art in unseren Wäldern zu beschützen und zu erhalten!

Es sind aber nicht nur die ökologischen Prozesse wichtig. WissenschaftlerInnen haben herausgefunden, dass in einem Wald mit hohem Artenreichtum (auch „Biodiversität“ genannt) das Wachstum der Pflanzen viel schneller voranschreitet. Das ist ganz einfach erklärt: Wenn in einem Wald nur eine Baumart stehen würde, dann würden diese Bäume die gleiche Wachstumsrate besitzen und dieselben Nährstoffe benötigen. Stellt euch vor, in eurer Familie mögen alle gern Kirschkuchen, aber es gibt immer zu wenig davon – da kann es nur zu Streitereien kommen. Bei den Bäumen kommt es zu einem Konkurrenzkampf um die Nährstoffe und daher wachsen sie langsamer. Wenn aber verschiedene Arten vorhanden sind, dann können sich diese oft auch gut ergänzen und können teilweise auch Abfallprodukte von anderen Pflanzen oder Tieren verwerten.

Pflanzen sind auch an die verschiedensten klimatischen Verhältnisse angepasst. Deshalb existieren so viele verschiedene Arten. Ihr seht also, es ist wichtig und auch für uns von Vorteil, wenn wir auf unsere Wälder achten. Jeder Wald reinigt auch unsere Atemluft, wie ihr vielleicht schon wisst! Außerdem wäre es doch langweilig durch einen Wald zu spazieren und immer dieselben Bäume zu sehen, oder sich beim Baumklettern nicht einmal für verschiedene Schwierigkeitsstufen entscheiden zu können!

Weiterführende Links

• Michael Scherer-Lorenzen: Bedeutung der Biodiversität im Wald

• DBU Naturerbe GmBH: Wälder brauchen Vielfalt! Download PDF.

Ist schlechte Laune ansteckend? Und wie ist das mit einem Lächeln? BesucherInnen experimentieren mit ihren Spiegelneuronen und überprüfen an sich selbst, wie Emotionen weitergegeben werden.

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Credits:

Prof. Dr. Jürgen Sandkühler, Leiter des Zentrums für Hirnforschung, AKH, MedUni Wien - wissenschaftliche Beratung

Weiterführende Informationen finden Sie beim Exponat "Wissensspiegel", das ebenfalls das spannende Thema "Spiegelneuronen" aufgreift.

Wie fühlt sich zeitliche Synchronisation mit einem virtuellen Partner an?

Ein bis zwei SpielerInnen erfahren den Einfluss der Kooperationsbereitschaft des virtuellen Partners - dem Maestro - in ihrem eigenen Synchronisationserleben. Sie entwickeln und erproben unterschiedliche Strategien, um möglichst gut mit den Mitspielenden und dem virtuellen Partner im Takt zu bleiben.

Der Maestro verhält sich je nach Spielmodus unterschiedlich kooperativ: einmal hält er starr den Takt und reagiert gar nicht auf die Taps der Mitspielenden, einmal ändert er stark sein Klopftempo und wird schneller oder langsamer. Im dritten Spielmodus verhält er sich kooperativ: er hört auf die Taps der Mitspielenden und verändert seinen Schlag, um möglichst gut gemeinsam im Takt zu sein.

Dieses Exhibit verwendet sensomotorische Koordinationsmodelle und basiert auf aktuellen Forschungen zu Synchronisation und Kommunikation in musikalischen Ensembles.

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Weiterführende Literatur

Goebl, Werner; Guggenberger, Dominik (2015): Tapping Friend – An interactive science exhibit for experiencing synchronicity with real and artificial partners.In: Proceedings of the Third Vienna Talk on Music Acoustics, 16–19 Sept. 2015, University of Music and Performing Arts Vienna. Download.

Offizielle Website zum Exhibit

Ein Parasit nutzt seinen Wirt als Nahrungsquelle oder Lebensraum. Wir machen uns auf die Suche nach mikroskopisch kleinen Parasiten oder entdecken, wie kreativ sich Parasiten an ihren Wirt heranmachen.  

Eine Station von:

"Fast jeder Mensch, der diesen Satz liest, hat mit Parasiten schon Bekannschaft gemacht - entweder er beherbergt gerade irgendeinen oder gar mehrere Parasiten (das sind bei uns in Mitteleuropa etwa 40 bis 50% der Bevölkerung, in den Tropen fast 100%) oder er hat eine Infektion oder Infestation mit einem Parasiten einmal oder schon mehrere Male hinter sich gebracht. (...)

Gegen viele Viren und gegen viele Bakterien, die unsere Gesundheit bedrohen, gibt es wirksame Impfstoffe, indes gegen keinen einzigen Parasiten. Seit Jahrzehnten zum Beispiel arbeiten Wissenschaftler in den besteingerichteten Laboratorien in vielen Teilen der Erde mit großem Aufwand an der Entwicklung eines Impfstoffes gegen Malaria - bis heute ohne Erfolg. Und vergleichbare Situationen bestehen bei vielen anderen Parasiten. Das hat seinen Grund vor allem darin, dass Parasiten - im Vergleich zu Viren und Bakterien - hoch entwickelte, häufig sehr variable Organismen sind, deren Auseinandersetzung mit dem Wirtsorganismus aus ganzen Kaskaden von Reaktionen und Gegenreaktionen besteht.

Der Begriff 'Parasiten' kennzeichnet Organismen, deren Existenz vom Energieraub anderer lebender Organismen abhängt. Wenn man diesen Begriff weit fasst, gehören alle Krankheitserreger (und noch viele andere Organismen) dazu, aus rein traditionellen Gründen bezeichnet man in der Medizin hingegen nur jene Erreger als Parasiten, die den Protozoen (Einzellern), den Helminthen (Eingeweidewürmern) oder Arthropoden (Gliederfüßlern) zugeordnet werden. In der Zoologie fasst man den Begriff etwas weiter. In jedem Fall ist er ein Sammelsurium ganz und gar unterschiedlicher und nicht näher miteinander verwandter Lebewesen, denen nur die parasitische Lebensweise gemeinsam ist, die sich allerdings durch einen hohe Organisationsgrad und zudem in vielen Fällen durch komplexe Entwicklungszyklen auszeichnen. (...)

Parasiten zu beherbergen, heißt keinesfalls, auch an einer Parasitose, also einer parasitären Erkrankung, zu leiden. Das ist ja eben eine wesentliche Facette eines erfolgreichen Parasiten: Je weniger Schaden er seinem Wirt zufügt, umso länger kann er 'ungestraft' parasitieren - und Nachkommen produzieren."

Quelle: Aspöck, Horst (2003): Vorwort. In: Inmitten Parasiten. Veröffentlichungen aus dem Naturhistorischen Museum in Wien, Neue Folge 30, S. 5.

Anhand des Gemäldes „Familienleben“ des flämischen Meisters Maerten van Cleve erfahren BesucherInnen, wo in einer Population Parasiten übertragen werden könnten. Die Reproduktion des Gemäldes ist mit verschiebbaren Scheiben versehen, unter denen Bild und Name von Parasiten verborgen sind.

Steckbriefe der Parasiten zum Download (.pdf)

Weiterführende Literatur und Links

Aspöck H. (2002): Amöben, Bandwürmer, Zecken... Parasiten und parasitäre Erkrankungen des Menschen in Mitteleuropa. -Denisia 6, Linz.

Blech, J. (2000): Leben auf dem Menschen. Die Geschichte unserer Besiedler. Rowohlt Taschenbuch Verlag, Reinbek bei Hamburg.

Dönges, J. (1980): Parasitologie. Mit besonderer Berücksichtigung humanpathogener Formen. Thieme Verlag, Stuttgart.

Enzensberger, U. (2001): Parasiten. Ein Sachbuch. Eichborn Verlag, Frankfurt am Main.

Lucius, R. & Loos-Frank, B. (1997): Parasitologie. Grundlagen für Biologen, Mediziner und Veterinärmediziner. Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg, Berlin.

Mehlhorn, B. & Mehlhorn, H. (1992): Zecken, Milben, Fliegen, Schaben. Schach dem Ungeziefer. Springer-Verlag, Berlin.

Mehlhorn, H. (2012): Die Parasiten des Menschen – Erkrankungen erkennen, bekämpfen und vorbeugen. Springer Spektrum, 7. Auflage 2012.

Mehlhorn, H. & Piekarski, G. (2002): Grundriss der Parasitenkunde. Parasiten des Menschen und der Nutztiere. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin.

Miksch, G. & Bannert, B. (2000): Parasiten. Leben und leben lassen. Parey Verlag, Berlin.

Sachs, C. & Koop, J. (1996): Ungebetene Hausgäste. Ungeziefer vorbeugen und umweltgerecht bekämpfen. Sachs-Verlag, Darmstadt.

Sattmann, H. & Schaller, G. (2003) (Hg.): Inmitten Parasiten. Veröffentlichungen aus dem Naturhistorischen Museum in Wien, Neue Folge 30. Wien.

Zimmer, C. (2001): Parasitus rex. In der bizarren Welt der gefährlichsten Geschöpfe der Natur. Umschau Braus, Frankfurt/Main.

Links

Zentrum für Reisemedizin, Wien

MedizInfo: Parasiten, Ungeziefer und Insekten

Medicin-Worldwide: Krankheitserreger Parasiten

Österreichische Gesellschaft für Tropenmedizin und Parasitologie

Parasitologie und Zoologie, Veterinärmedizin Wien

Hygieneinstitut Wien

Hygieneinstitut Graz

Wenn es zwischen Mikrofon und Lautsprecher zu einer Rückkopplung kommt, entsteht ein - oft unangenehmes - Geräusch. Können wir diese Geräusche zum Musizieren verwenden?

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Wie sieht es in einem modernen Quantenlabor aus? Wie kann man einen Strahl aus Molekülen erzeugen und ihn durch ein Gitter fliegen lassen? Was passiert dabei und warum ist das außergewöhnlich?

Eine Station der

Unterstützt von:

Credits:

Mag. Mathias Tomandl: Physikalische Forschung, Visualisierungen, Design, Programmierung, Texte und Didaktik  
Thomas Mieling: Programmierung | Patrick Braun, BA: Visualisierungen
Dr. ChristianeM Losert-Valiente Kroon: Wissenschaftskommunikation & Texte
Univ. Prof. Dr. Martin Hopf: Fachdidaktische Beratung
Univ. Prof. Dr. Markus Arndt: Physikalische Forschung, wissenschaftliche Beratung, Texte

In Wechselwirkung mit einem echten Quantenexperiment    

 
Viele moderne Quantenexperimente brauchen eine teure Laborausstattung mit  modernen Lasern, anspruchsvoller Steuerung, nanotechnologischen Bauelementen oder komplexen Vakuumanlagen in tonnenschweren Installationen.  

Anhand der Beugung und Interferenz großer Moleküle und Nanoteilchen untersucht die Gruppe Quantennanophysik an der Universität Wien die fundamentalen Grenzen und  mögliche neue technologische Anwendungen des Welle-Teilchen-Dualismus komplexer Materie. Diese Experimente sind bis heute weltweit einmalig nur an der Universität Wien zu finden.

In dieser Ausstellung können BesucherInnen erstmals die Quantennatur von Molekülen selbst untersuchen und in eigener Wechselwirkung mit einer 3D Computersimulation des Wiener Labors die Auswirkungen des Welle-Teilchen Dualismus erkunden.

Wechselwirkungen

Was die Quantenmechanik so ungewöhnlich macht, ist das unterschiedliche Verhalten von Materie in freier Ausbreitung und in Wechselwirkung mit Licht oder Materie. Oft wird dabei der historische Begriff Welle-Teilchen Dualismus verwendet.

Die Geburt der Materiewellen
Im Rahmen seiner Doktorarbeit diskutierte Louis de Broglie 1923 in Paris erstmals die Möglichkeit eines quantenmechanischen Wellencharakters der Materie. Diese Idee entstand aus der Überlegung heraus, dass Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie eine Äquivalenz von Masse und Energie vorhersagte und die Max Planck’s Quantenphysik für Licht schon einen Zusammenhang zwischen Energie und der Frequenz, also einer Welleneigenschaft, herstellen konnte. Könnte dann auch jedes materielle Objekt mit einem wellenartigen Phänomen verbunden sein? Könnten sich einzelne massive Objekte wie Wellen ausbreiten?

  
Was sind Teilchen?    
De Broglie’s Wellenhypothese war deshalb ungewöhnlich, weil wir uns unter dem Begriff Teilchen oft räumlich begrenzte Gebilde in Ruhe oder mit nachvollziehbarer Flugbahn vorstellen. Wir sagen dann, sie hätten zu jeder Zeit einen wohldefinierten Ort und einen wohldefinierten Impuls. Und in der alten Vorstellung der Mechanik Isaac Newtons könnte man ihre Bewegung in alle Zukunft vorhersagen, wenn man nur ihre Ausgangslage und  Geschwindigkeit beliebig genau kennen könnte. Wechselwirkung von Teilchen stellen wir uns zumeist nahezu punktförmig vor: im direkten Kontakt mit anderer Materie, so wie die Wechselwirkung zweier Billardbälle, die miteinander stoßen.

Was sind Wellen?     
Wellen kennen wir aus unserem Alltag z.B. in Form von Wasserwellen, Radiowellen, Schallwellen und mehr. Wellen können sich weit und in viele Richtungen zugleich ausbreiten. Wenn z.B. Wasserwellen mit materiellen Strukturen wechselwirken, können sie gebeugt werden und Interferenzerscheinungen zeigen: ebene Wellenfronten beginnen sich zu krümmen, wenn man die Wellenfront beschneidet.

Die Überlagerung zweier kreisförmiger Wellenfronten führt zu einem Interferenzmuster, also der Ausbildung von Regionen, in denen sich die Wellenberge verstärken oder mit den Wellentälern auslöschen. Das kann man in jedem ruhigen Gewässer leicht selber  ausprobieren, im Teich vor der Türe oder in der Badewanne zu Hause.

Wellen im Alltag sind definiert durch das Zusammenwirken vieler Teilchen – z.B. unzähliger Wassermoleküle –, die sich auch in viele verschiedene Richtungen ausbreiten können. Aber kann ein einziges Teilchen eine Welle sein?

Welle und Teilchen? Freie Ausbreitung und lokale Wechselwirkung!    
Wie können diese beiden Bilder zusammenpassen? Die Behauptung, dass auch jedes einzelne Objekt, egal ob mit Masse (wie Elektronen oder Moleküle) oder ohne Masse (wie Licht), sich in der freien Ausbreitung als delokalisierte Welle manifestiert, aber in der Wechselwirkung mit seiner Umgebung eigentlich immer als lokalisiertes Objekt erscheint, brachte den Nobelpreisträger Richard Feynman 1965 sogar so weit, in einer seiner berühmten Vorlesungen zu behaupten, der Welle-Teilchen Dualismus der Elektronen beim Durchgang durch einen Doppelspalt berge „in sich das Herz der Quantenmechanik. Er enthält das einzige  Geheimnis“.

Was passiert im Wiener Labor der Gruppe Quantennanophysik?    
Die Gruppe Quantennanophysik beschäftigt sich mit dem Quantenverhalten von Objekten, die aus Dutzenden oder später auch mehreren tausend Atomen zusammengesetzt sind. Es gibt an der Universität Wien drei reale Apparaturen, mit denen man Quantendelokalisation von massiven Objekten beobachten kann: das Beugungsexperiment (in dieser Ausstellung realistisch simuliert), ein Nahfeldinterferenzexperiment mit Beugungsgittern aus Nanostrukturen und ein Nahfeldexperiment mit Beugungsgittern aus Licht. Darüber hinaus entwickelt QNP Methoden, die es überhaupt erlauben, auch komplexe Objekte bis hin zu Biomolekülen fliegen zu lassen, um sie dann quantenmechanisch zu delokalisieren zu können.

Während die Atominterferometrie heute bereits zu einer kleinen Industrie wächst, mit Perspektiven für ultraempfindliche Sensoren, für Navigation und  Geodäsie, ist die Quantenphysik mit Molekülen und  Nanoteilchen bislang im Wiener QNP Labor einmalig.

Was kannst Du hier in der Ausstellung probieren?
In dieser interaktiven Simulation kannst Du:

• Einen photorealistischen Eindruck von einem echten Quantenexperiment gewinnen
• Selbst die Ventile, Schalter und Laser bedienen, wie unsere ExperimentatorInnen
• Untersuchen, was man tun muss um ein Molekül zu delokalisieren
• Experimentelle Beweise dafür sammeln, dass jedes Molekül für sich mehr Information haben muss, als es aufgrund seiner Größe haben kann… es muss einer Wellenfunktion folgen.

Weiterführende Literatur und Links

Quantum Interactive - das Quantenlabor im Internet.

Interessante und unterhaltsame Videos zum Thema:

• Ein Echtzeitexperiment zur Quantenbeugung von Molekülen: Single molecules in a quantum movie
• Animierter Cartoon zur Beugung von Molekülen an Algenskeletten: Quantum coherent propagation of complex molecules through the frustule of the alga
• Quantenbeugung als Spiel animiert: Quantum Invader

Einführende Texte zum Thema:

• M. Arndt, and A. Zeilinger, Wo ist die Grenze der Quantenwelt?, Phys. Bl. 56, 69-71 (2000).
• M. Tomandl, C. L.-V. Kroon, M. Hopf, and M. Arndt, "Interaktive Forschungssimulationen: Ein simuliertes Labor für molekulare Quantenphysik zur Nutzung im Internet," Praxis der Naturwissenschaften 8, 31 - 36 (2013).

Weiterführende Texte zum Thema:

• M. Arndt, and K. Hornberger, "Insight review: Testing the limits of quantum mechanical superpositions," Nature Physics 10, 271-277 (2014).
• M. Arndt, De Broglie’s meter stick: Making measurements with matter waves," Phys. Today 67, 30-36 (2014).

Durch Anleuchten von Solarzellen steuern die BesucherInnen eine Kugel durch das Labyrinth. Wer schafft es in der vorgegebenen Zeit?

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In der Sonne wird fortlaufend Energie erzeugt: Bei einer Kernfusion verschmelzen Wasserstoffkerne zu Helium und setzen dabei riesige Energiemengen frei. In Form von Sonnenstrahlen erreicht ein Teil dieser Energie die Erde. Dass Lichtteilchen (Photonen) beim Auftreffen auf eine Metalloberfläche in elektrische Energie umgewandelt werden, wurde erstmals im frühen 19. Jahrhundert durch den französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel beobachtet. Der photoelektrische Effekt bildet den Ausgangspunkt für alle späteren Entwicklungen in der Solarenergie.

Unglaublich, aber wahr: versucht man Quarks im Atomkern zu trennen, so halten sie immer fester zusammen. BesucherInnen können Quark-Antiquark-Paare selber trennen und dadurch neue Quarks entstehen lassen.

Eine Station von:

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Das Exponat "Starke Paare" ist eines von drei Exponaten in der Ausstellung, das sich mit den fundamentalen Wechselwirkungen der Physik beschäftigt.

Im Alltag benutzen wir das Wort „Wechselwirkung“ für viele verschiedene Vorgänge, bei denen sich zwei oder mehrere Partner gegenseitig beeinflussen. Für PhysikerInnen sind vier Wechselwirkungen aber etwas ganz Fundamentales:

Die gravitative Wechselwirkung ist dafür verantwortlich, dass wir auf der Erde festgehalten werden und dass sich die Planeten auf ihren Umlaufbahnen bewegen.

Die elektromagnetische Wechselwirkung mit allen Facetten der Elektrizität und des Magnetismus ermöglicht uns zum Beispiel, dass wir auf einem Sessel sitzen können, ohne durch ihn hindurch zu fallen.

Die schwache Wechselwirkung hilft uns zu verstehen, wie sich Teilchen in andere Teilchen umwandeln können und wie die Energiegewinnung im Inneren der Sonne funktioniert.

Die starke Wechselwirkung sorgt dafür, dass wir nicht auseinanderfallen: Sie stabilisiert die Atomkerne.

Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein ist die beste uns bekannte Beschreibung für die Gravitation. Die anderen drei Wechselwirkungen werden durch die quantenphysikalischen Theorien im Rahmen des Standard Modells der Teilchenphysik beschrieben.

Viele WissenschaftlerInnen machen sich darüber Gedanken, wie man offene Fragen der Allgemeinen Relativitätstheorie und des Standard Modells beantworten und die bestehenden Theorien verbessern, erweitern, vereinheitlichen und experimentell überprüfen kann. In der Wissenschaft gibt es noch viele Rätsel, die nur darauf warten, gelöst zu werden!

Weiterführende Links

Hier kannst Du mehr über die Arbeit von den ForscherInnen erfahren, die sich mit dem Standard Modell und der Einsteinschen Gravitationstheorie beschäftigen:

Gravitationsphysik

• Gravitationsphysik an der Fakultät für Physik (Universität Wien)
• Gravitationsphysik am Albert-Einstein-Institut (Max-Planck-Institut)

Teilchenphysik

• Teilchenphysik am HEPHY (ÖAW)
• Teilchenphysik an der Fakultät für Physik (Universität Wien)
• Teilchenphysik am CERN

Mehr Aspekte der fundamentalen Wechselwirkungen der Physik kannst Du bei den Exponaten „Volles Rohr“ und „Schräge Fahrt“ erfahren.

Was passiert, wenn 12 schwingende Metronome von BesucherInnen in Schwung gebracht werden. Finden sie auf einer frei hängenden Platte einen gemeinsamen Rhythmus?

Eine Station der:

Unterstützt von:

Weiterführende Links

Resonanzkatastrophen bei Brücken - ein Video zum Einsturz der Tacoma Bridge (Englisch)

Von Kameraleuten gefürchtet, im Druck vermieden, von KünstlerInnen inszeniert: BesucherInnen tauchen ein in die faszinierende Optik des Moiré-Effekts und erzeugen vielfältige Muster am Computer, die unsere Augen täuschen.

Eine Station von:

Credits:

MMag. Iris Meyer, Bsc. (Software-Entwicklung)

Der Moiré-Effekt (von frz. moirer, „moirieren; marmorieren“) macht sich bei der Überlagerung von regelmäßigen feinen Rastern durch zusätzliche scheinbare grobe Raster bemerkbar. Diese sich ergebenden Muster, deren Aussehen den Mustern aus Interferenzen ähnlich ist, sind ein Spezialfall des Alias-Effektes durch Unterabtastung.

Kann ein fallender Magnet der Erdanziehung entgegenwirken? Wie können ihm Rohre aus nicht-magnetischen Materialien beim Abbremsen helfen?

Eine Station der

Umsetzung: Hansjörg Mikesch / szenenbild.at

Das Exponat „Volles Rohr“ ist eines von drei Exponaten in der Ausstellung, das sich mit den fundamentalen Wechselwirkungen der Physik beschäftigt.

Im Alltag benutzen wir das Wort „Wechselwirkung“ für viele verschiedene Vorgänge, bei denen sich zwei oder mehrere Partner gegenseitig beeinflussen. Für PhysikerInnen sind vier Wechselwirkungen aber etwas ganz Fundamentales:

Die gravitative Wechselwirkung ist dafür verantwortlich, dass wir auf der Erde festgehalten werden und dass sich die Planeten auf ihren Umlaufbahnen bewegen.

Die elektromagnetische Wechselwirkung mit allen Facetten der Elektrizität und des Magnetismus ermöglicht uns zum Beispiel, dass wir auf einem Sessel sitzen können, ohne durch ihn hindurch zu fallen.

Die schwache Wechselwirkung hilft uns zu verstehen, wie sich Teilchen in andere Teilchen umwandeln können und wie die Energiegewinnung im Inneren der Sonne funktioniert.

Die starke Wechselwirkung sorgt dafür, dass wir nicht auseinanderfallen: Sie stabilisiert die Atomkerne.

Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein ist die beste uns bekannte Beschreibung für die Gravitation. Die anderen drei Wechselwirkungen werden durch die quantenphysikalischen Theorien im Rahmen des Standard Modells der Teilchenphysik beschrieben.

Viele WissenschaftlerInnen machen sich darüber Gedanken, wie man offene Fragen der Allgemeinen Relativitätstheorie und des Standard Modells beantworten und die bestehenden Theorien verbessern, erweitern, vereinheitlichen und experimentell überprüfen kann. In der Wissenschaft gibt es noch viele Rätsel, die nur darauf warten, gelöst zu werden!

Weiterführende Links

Hier kannst Du mehr über die Arbeit von den ForscherInnen erfahren, die sich mit dem Standard Modell und der Einsteinschen Gravitationstheorie beschäftigen:

Gravitationsphysik

• Gravitationsphysik an der Fakultät für Physik (Universität Wien)
• Gravitationsphysik am Albert-Einstein-Institut (Max-Planck-Institut)

Teilchenphysik

• Teilchenphysik am HEPHY (ÖAW)
• Teilchenphysik an der Fakultät für Physik (Universität Wien)
• Teilchenphysik am CERN

Mehr Aspekte der fundamentalen Wechselwirkungen der Physik kannst Du bei den Exponaten „Schräge Fahrt“ und „Starke Paare“ erfahren.

Pendel können in Schwingung versetzt werden und zeichnen faszinierende Bilder in den Sand. Was passiert, wenn die Pendel durch eine bewegliche Feder miteinander gekoppelt werden?

Eine Station der

Die Physik strebt nach Objektivität. Naturphänomene und Vorgänge sollen so erfasst werden, wie sie unabhängig von unserem Dabeisein ablaufen. Es zählt nicht, was ein Subjekt an den Dingen sieht und wahrnimmt, sondern nur, wie sie gegenseitig aufeinander wirken.

Im Zentrum der Physik steht daher die Wechselwirkung: Wir beobachten und messen, wie ein Objekt auf ein anderes Objekt wirkt, wie sie einander gegenseitig verändern.

Die erste Wechselwirkung, welche die Physik auf diese Art erforscht hat, war die Schwerkraft, auch Gravitation genannt. Isaak Newton stellte ein Gravitationsgesetz auf, das exakt beschreibt, wie zwei massebehaftete Körper aufeinander wirken.
Ein ähnliches Gesetz fand man später für die Wechselwirkung zwischen zwei elektrisch geladenen Körpern.
Insgesamt kennt die Physik heute vier grundlegende Arten von Wechselwirkung:
Die Gravitation, die Elektromagnetische, die "Schwache" und die "Starke" Wechselwirkung.

Was tun zwei Objekte, die miteinander wechselwirken?
Sie üben gegenseitig Kräfte aufeinander aus. Michael Faraday, der das Konzept der elektromagnetischen Kräfte wesentlich geprägt hat, stellte sich solche Kräfte ähnlich wie Gummifäden vor, die zwischen den Objekten spannen. Er sprach von "Kraftlinien" und "Kraftfeldern".

In dieser Station wird die Kraft zwischen den Objekten durch eine Spiralfeder übertragen. Durch diese Feder kann ein Objekt am anderen ziehen oder drücken und dadurch dessen Bewegung verändern – ein IMPULS wird von einem zum anderen übertragen – er wird "ausgetauscht".

Dieser Effekt ist an diesem Exponat sehr schön zu sehen, wenn wir eine Pendelkugel vor- und zurückschwingen lassen und die andere jedoch nach rechts und links. Am Anfang zieht jede Kugel einen Strich, der senkrecht zum Strich der jeweils anderen Kugel gerichtet ist. Mit jeder Schwingung wird ein Teil des Impulses übertragen. Jetzt bewegt sich auch die andere Kugel immer mehr in die senkrechte Richtung und macht den Strich immer breiter.

Wechselwirkung ist Austausch von Impuls und Energie.

Welche Auswirkungen haben einwandernde Arten auf bestehende Ökosysteme?

Das Exhibit bietet eine spielerische Einführung in die Neobiotaproblematik. Es veranschaulicht anhand eines bestehenden Ökosystems, welchen Unterschied es macht, ob sich Arten ohne oder mithilfe menschlicher Intervention verbreiten.

Unter natürlichen Bedingungen dauert eine Neubesiedelung sehr lange, da natürliche Barrieren wie Flüsse oder Berge überwunden werden müssen. Auch die richtige Populationsgröße muss vorhanden sein. Die durch den Menschen verursachte Einbringung gebietsfremder Arten erfordert für diese keinen Energieaufwand und passiert schnell. Die Folge: Heimische Arten können verdrängt werden; unbekannte Wechselwirkungen treten auf.

Eine Station von:

Weiterführende Links

Weltenbummler. Neue Tiere und Pflanzen unter uns. Handout des Naturkundemuseums/Universalmuseum Joanneum, Graz (2015) - Deutsch

Globetrotters. New flora and fauna among us. Handout des Naturkundemuseums/Universalmuseum Joanneum, Graz (2015) - English

Die "Aliens" sind da! Website des Umweltbundesamts und Neobiota-Datenbank.

Neophyten in Vorarlberg. Neubürger im Pflanzenreich.

Neophyten im Garten. Naturbewusster Umgang mit problematischen Pflanzen. PDF.

Wie wirken Medikamente auf unseren Körper? Wir erforschen, wie sich die gleichzeitige Einnahme von unterschiedlichen Wirkstoffen auf das menschliche Herz auswirkt.

Eine Station von:

Unterstützt von:

Credits

Judith F.M. Moser - www.judith-fm-moser.at

Beobachte die Wassertropfen ganz genau! Bewegen sich die Tropfen hinauf oder hinunter?

Halte einen Becher unter die Tropfen! Was kannst du beobachten? Entleere das Wasser im Becher danach wieder vorsichtig in das untere Gefäß!

• Was passiert, wenn du deine Hand rasch vor dem Brunnen hin und her bewegst? Wie siehst du deine Hand?
• Was kannst du beobachten, wenn du mit der Taschenlampe auf die Tropfen leuchtest?

Eine Station von:

Prof. Mag. Maria Schmid

Diese Station zeigt den „Stroboskopischen Effekt“. Mit einem sogenannten Stroboskop wird ein bewegter Gegenstand mit Lichtblitzen beschienen. Schnell ablaufende Prozesse werden sichtbar gemacht, indem sie für das menschliche Auge verlangsamt oder rückwärts laufend erscheinen.

Dieser Effekt wird in vielen Bereichen der Technik eingesetzt, so kann z.B. die Bewegung einer Stichsäge sichtbar gemacht werden. Stroboskope werden auch als dekorativer Lichteffekt in Diskotheken verwendet.

Bei diesem Ausstellungsstück fließt Wasser tröpfchenweise nach unten und wird dabei von dem Stroboskop beleuchtet. Um den Effekt bestmöglich sichtbar zu machen, ändert sich die Frequenz der Wassertropfen und somit die Differenz zur Frequenz der Lichtquelle, sodass es aussieht, als ob die Tropfen einmal noch oben und dann wieder nach unten fließen. Die Frequenz gibt dabei an wie oft sich ein regelmäßiges Ereignis, z.B. die Blitzfolge des Stroboskops wiederholt.

Elektrischer Strom: wo kommt er her, wo geht er hin? Finde heraus, auf welche unterschiedlichen Arten elektrischer Strom erzeugt werden kann. Überleg dir, wofür du diesen nutzen kannst. An dieser Station kannst du verschiedene elektrische Schaltungen ausprobieren.

• Schaffst du es eine LED-Lampe zum Leuchten oder einen Ventilator zum Drehen zu bringen?!
• Findest du eine Möglichkeit wie elektrischer Strom zwischengespeichert werden kann?
• Ändere die Farbe der Stationsbeleuchtung. Welche gefällt euch am besten?

Eine Station von:

HTL Waidhofen a/d Ybbs

Lampen, Motoren und andere elektrische Verbraucher sind allgegenwärtig. Du hast sicher schon oft einen Lichtschalter betätigt ohne darüber nachzudenken, was dabei passiert. Durch das Betätigen des Lichtschalters wird ein Stromkreis geschlossen und die Lampe mit Strom versorgt.

Wie schalten wir in Zukunft das Licht ein?

Durch die Digitalisierung werden solche Schalter zunehmen automatisiert. Das Ein- und Ausschalten von Licht und anderen Verbrauchern übernimmt immer mehr unsere „digitale Umwelt“ z.B. durch eine App auf unserem Smartphone.

Folge den Anweisungen am Monitor und versuche die Fragen zu beantworten.

Wenn du alle Fragen richtig beantwortet hast, wird dich der Roboter belohnen!

• Kannst du die Fragen richtig beantworten? Vielleicht versucht ihr es im Team.
• Beobachte den Roboter, wie reagiert er auf deine Antworten, führt er immer die gleiche Bewegung aus?
• Welche unterschiedlichen Arbeiten könnte so ein Roboter bei dir zu Hause übernehmen?

Eine Station von:

HTL Waidhofen a/d Ybbs

Als Roboter wird ein technischer Apparat bezeichnet, der dazu dient, vorgegebene Aufgaben durchzuführen. Diese Maschinen werden eingesetzt, um Menschen bei mechanischen Arbeitsschritten zu unterstützten bzw. diese abzunehmen. Es gibt sowohl mobile als auch ortsgebundene Roboter. Die Programmierung und Steuerung von Robotern funktioniert mittlerweile sehr einfach z.B. mit einer App auf einem Tablet. Durch verschiedene Sensoren können Roboter ihr Umfeld erkennen und auf ihre Umgebung reagieren.