Grundidee

Hier stehen einige Ideen, wie man physikalische Phänomene auf möglichst einfache Weise in einem Schwimmbad nachstellen oder näher betrachten kann. Eine wasserfeste Kamera ist dabei eine große Hilfe.

Mechanik

Freier Fall

Ein Springer lässt sich vom 5-Meter-Turm einfach nur nach unten fallen. Er nimmt also keinen Anlauf und er springt auch nicht anfänglich nach oben. Am einfachsten steht der Springer aufrecht am Rand und macht dann nur einen kleinen Schritt ins Nichts, um dann herunter zu fallen. Die Flugzeit sollte dann nach der Formel s=½gt² mit s = 5 m und g = 9,81 m/s² ziemlich genau eine Sekunde betragen. Kann man das mit einer Kamera festhalten? Den Film mit möglichst großer Bildwiederholrate, zum Beispiel 200 fps (frames per second) aufnehmen. Siehe auch 5-Meter-Turm ↗

Schiefer Wurf

Nun springt jemand vom 5-Meter-Turm oder vom 3-Meter Brett, nimmt aber Anlauf und springt auch nach oben ab. Die Flugbahn ist dann eine Wurfparabel. Mit einer nachträglichen Auswertung der Zeiten und Positionen kann man versuchen, eine Gleichung für diese Parabel zu erstellen. Siehe auch Wurfparabel ↗

Superposition

Als Superposition bezeichnet man unter anderem, dass sich eine Bewegung in zwei voneinander unabhängige Teile zerlegen lässt, beim Springen etwa in eine Bewegung in x- und eine Bewegung in y-Richtung. Hier nimmt jemand waagrecht Anlauf auf einem 3-Meter oder 5-Meter-Brett und läuft dann über das Brett hinaus waagrecht in die Luft. Physikalisch ist das ein waagrechter Wurf. Die Geschwindigkeit in x-Richtung sollte nicht merklich abnehmen, die in y-Richtung aber sehr schnell anwachsen. Am besten so von der Seite filmen, dass man für verschiedene Zeiten des Fluges recht gut die x-Koordinate, das heißt den horizontalen Abstand zum Punkt des Absprungs abschätzen kann. Wie gut passen dann die Formeln einer Superposition von Bewegungen? Für die nötigen Formeln siehe unter waagrechter Wurf ↗

Impakt

Jemand lässt sich vom 3- oder 5-Meter-Brett ins Wasser fallen. Beim 5-Meter-Brett liegt die Geschwindigkeit beim Impakt, beim Aufprall rechnerisch bei etwa 10 m/s. Wie sieht der Verlauf der Geschwindigkeit unter Wasser a) als Funktion der Eintauchtiefe und b) als Funktion der Zeit aus? Wie kann man das durch die Körperhaltung beim Impakt beeinflussen? Welche interessanten Schlüsse könnte man ziehen? Die Kamera sollte hier wieder mit 200 fps aufnehmen.

Kugelsinkrate

Man lässt in der Sprunggrube, einem Becken mit möglichst großer Tiefe, Kugeln verschiedener Durchmesser und Massen von der Oberfläche bis zum Boden sinken. Dabei misst man die Zeit vom Loslassen an der Oberfläche bis zum Auftreffen auf dem Boden. Es gibt ein physikalisches Gesetz mit dem man die Sinkgeschwindigkeit voraussagen kann. Wie gut passt diese Stokessche Gleichung ↗

Optik

Farbzerfall

Rotes Licht wird von Wasser sehr viel schneller absorbiert als blaues Licht. Am Beckenrand steht je eine Person mit rotem und eine mit blauem Badeanzug. Mit der Kamera entfernt man sich unter Wasser auf bis zu 25 Meter Abstand. Was passiert mit der Farbe des roten und was mit der Farbe des blauen Anzugs? Mathematisch eine Rolle spielt hier zum Beispiel das Zerfallsgesetz ↗

Akustik

Schallortung

Menschen und viele Tiere haben zwei Ohren, weil sie mit zwei Ohren aus den unterschiedlichen Ankunftszeiten eines Geräusche feinen Rückschluss auf die Richtung ziehen können, aus der der Schall kam. Wenn ein Knall erst am rechten Ohr hörbar ist und dann erst kurze Zeit später am linken Ohr, dann ist es eine gute Vermutung, dass die Quelle des Schalls mehr rechts als links lag. Der Zeitunterschied wird vom Unterbewusstsein ausgewertet. Unter Wasser aber ist Schall so schnell, dass der für die Auswertung nötige Zeitunterschied zu gering ist. Oder doch nicht? Kann man mit geschlossenen Augen als Taucher unter Wasser sagen, aus welcher Richtung etwa der Schall kam, wenn jemand mit einem Metallgegenstand auf die Platten des Beckens klopft? Siehe auch Wasserschallgeschwindigkeit ↗

Thermodynamik

Boyle-Mariotte

p·V=constant ist die Kurzform für das Gesetz von Boyle-Mariotte: solange die Stoffmenge (Anzahl Moleküle) und die Temperatur gleich bleiben gilt für Gase: halber Druck, doppeltes Volumen. Könnte man das zum Beispiel beim Abtauchen in der Sprunggrube mit Luft zeigen, die in einer Metalldose (Glas ist im Schwimmbad aufgrund der Verletzungsgefahr nicht so gut) eingeschlossen ist, wenn man diese mit offener Öffnung nach unten zeigend im Wasser mehrere Meter auf und ab bewegt? Siehe auch Gesetz von Boyle-Mariotte ↗

Sprungschicht

In einer beheizten Sauna kann man deutlich spüren, dass die Luft weiter oben wärmer ist als weiter unten. Kann man diesen Effekt auch in einer mehrere Meter tiefen Sprunggrube erkennen? Ist das Wasser weiter unten kühler als weiter oben?

Wellen

Wellengeschwindigkeit

Ideal für ein Becken mit vorher ruhiger Wasseroberfläche: wie kriegt man möglichst schnelle Wellen hin? Man könnte zum Beispiel die Zeit messen, die eine Welle für einen, für 10 oder sogar für 25 Meter benötigt. Wie kriegt man es hin, dass die Welle möglichst schnell ankommt? Mehr unter Wellengeschwindigkeit ↗

Dispersion

Tobt ein Sturm über dem Ozean, so erzeugt er durch seine lokal ständige wechselnde Windrichtungen Wellen sehr unterschiedlicher Wellenlängen. Wellen mit großer Wellenlänge wandern schneller aus dem Sturmgebiet heraus als Wellen kleiner Wellenlänge. Simuliert man ein Sturmgebiet durch wildes Schlagen, Wirbeln, Aufwühlen des Wasser in einem Gebiet von vielleicht einem viertel Quadratmeter für nur wenige Sekunden, kann man dann beobachten, dass auf der anderen Seite des Schwimmbeckens zuerst langwellige und dann erst kurzwellige Wellen ankommen? Dieser Effekt wird tatsächlich für Sturmgebiete um die Antarktis und die dazugehörigen Strandwellen in Kalifornien beobachtet. Siehe auch Dispersion ↗

Wellenbrecher

Kann man mit mehreren Leuten einen lebenden Wellenbrecher bauen? Irgendjemann erzeugt möglichst starke Wellen (mit Schwimmbrettern, einer Bombe etc.). Eine Gruppe von Leuten versucht dann eine Wand aufzubauen, um die Wällen zu stoppen oder zu dämpfen. Wie zeigt sich eine Dämpfung? Werden die Wellen langsamer, niedriger? Siehe auch Wellendämpfung ↗

Windwellen

Die Entstehung von Wellen aus Wind ist ein schwieriger und noch nicht ganz verstandener Vorgang. Wichtig für die Entstehung größerer Wellenlänge ist der sogenannte Fetch, die Anlaufstrecke für den Wind. Wenn man einen starken Ventilator lange Zeit auf eine Stelle unter spitzem Winkel auf die Wasseroberfläche blasen lässt, welches Wellenmuster entsteht dann über längere Zeit? Achtung: nur in Absprache mit einem Bademeister machen. Man benötigt immerhin eine Spannungsquelle von 230 Volt. Siehe auch Windwelle ↗