Annis & Vicis Hoflabor
Antonia Förster, Victoria-Marie Sczesny
"Ich fühle mich nicht zu dem Glauben verpflichtet, dass derselbe Gott, der uns mit Sinnen, Vernunft und Verstand ausgestattet hat, von uns verlangt, dieselben nicht zu benutzen." - Galileo Galilei
„Die Naturwissenschaften kennen keine Grenzen; sie greifen ineinander.“ - Alexander von Humboldt
Unsichtbare Kräfte – Wie bewegt Physik das Leben?
Überall in der Natur wirken Kräfte, die oft verborgen bleiben, aber unser Leben entscheidend gestalten. Wasser steigt in winzigen Pflanzengefäßen gegen die Schwerkraft auf. Pflanzen wachsen ihrem Licht entgegen. In Früchten lassen sich elektrische Spannungen messen. Und schließlich hält uns die Gravitation am Boden – dieselbe Kraft, die auch die Planeten lenkt. Hier erhältst du einen Blick auf unsichtbare Mechanismen, die unsere Welt bewegen.
1. Wer zieht hier eigentlich?
In sehr engen Röhren kann Flüssigkeit aufgrund der Oberflächenspannung gegen die Schwerkraft aufsteigen. Die Wechselwirkung zwischen Wassermolekülen und den Wandoberflächen der Leitgefäße erzeugt Adhäsionskräfte, während Kohäsionskräfte das Wassermolekül-Netz stabilisieren. In Pflanzen bilden die Xylemgefäße ein verzweigtes System solcher Kapillaren mit Durchmessern im Mikrometerbereich.
2. Wachsen oder Wandern?
Pflanzen nehmen physikalische Reize wie Lichtintensität und Gravitationsrichtung über spezialisierte Zellstrukturen wahr. Diese Reize führen zu einer asymmetrischen Verteilung von Wachstumshormonen, insbesondere Auxinen. Die unterschiedliche Zellstreckung auf gegenüberliegenden Seiten des Sprosses erzeugt eine mechanische Krümmung. Dieser Prozess ist kein aktives Bewegen, sondern ein gerichtetes Wachstum, das vollständig durch physikalisch-chemische Gradienten gesteuert wird. So entsteht eine funktionale Orientierung im Raum, obwohl der Organismus ortsfest bleibt.
3. Vorsicht - Frisch geladen!
Früchte enthalten wässrige Lösungen mit gelösten Ionen, die als Elektrolyt wirken können. Werden zwei Metalle mit unterschiedlichem elektrochemischem Potential eingebracht, kommt es an den Elektroden zu Redoxreaktionen, wodurch eine Potentialdifferenz und damit eine elektrische Spannung entsteht. Elektronen von der unedleren Elektrode werden zur edleren Elektrode über den äußeren Leiter transportiert. Es entsteht somit ein messbarer Strom. Die Frucht selbst dient nicht als Energiequelle, sondern als ionenleitendes Medium zur Aufrechterhaltung des Ladungsausgleichs.
4. Wenn Licht Spuren hinterlässt…
In einem ideal homogenen Medium breitet sich Licht nahezu verlustfrei und ohne sichtbaren Strahl aus. Sind jedoch winzige Teilchen in der Flüssigkeit oder im Gas enthalten mit Abmessungen im Bereich der Lichtwellenlänge, wird ein Teil des Lichts in verschiedene Richtungen gestreut. Diese Streuung lenkt Photonen aus der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung des Lichts in das Blickfeld des Beobachters. Erst dadurch wird der Lichtstrahl sichtbar. In Milch übernehmen diese Aufgabe die sehr kleinen Fetttröpfchen und Eiweißteilchen. Sie streuen das Licht in viele Richtungen. Dieses Phänomen nennt man Tyndall-Effekt. Es ist ein bekanntes Beispiel dafür, wie Licht in fein verteilten Mischungen (sogenannten kolloidalen Systemen) gestreut wird.
5. Gefallen oder Gezwungen?
Alle massereichen Körper üben aufgrund ihrer Masse eine gegenseitige Anziehungskraft aus. In der Nähe der Erdoberfläche äußert sich diese Gravitation als nahezu konstante Beschleunigung. Sie bewirkt, dass die Geschwindigkeit eines fallenden Körpers unabhängig von seiner Masse kontinuierlich zunimmt. Isaac Newton erkannte, dass dieselbe Kraft sowohl den freien Fall als auch die Bewegung von Planeten beschreibt. Damit formulierte er ein universelles Naturgesetz, das lokale Beobachtungen mit kosmischen Prozessen verknüpft.
