SciViews-Videorezension: Foucault-Pendeln für Anfänger und Fortgeschrittene

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Beim Spektrum-Verlag befindet sich derzeit ein Videoportal namens SciViews im Test – freigeschaltet, aber noch nicht groß beworben, und derzeit noch laufend weiterentwickelt. Da ich für Einstein verstehen sowieso Videos zu Foucault-Pendeln gesichtet hatte, habe ich auch für SciViews eine Rezension geschrieben:

Pendeln für Anfänger und Fortgeschrittene

erscheint sowohl auf SciViews als auch hier auf meinem Blog. (Offenlegung: Für eine solche Rezension zahlt mir Spektrum ein kleines Honorar.)

Foucault-Pendel sind faszinierend: Ihr erstaunliches Verhalten zeigt uns, dass wir auf der Oberfläche eines rotierenden Planeten leben. (Physiker würden präziser formulieren, dass wir uns in einem rotierenden Bezugssystem befinden.) Wartet man nämlich nur lange genug, verändert ein solches Pendel merklich seine Schwingungsebene. Am einfachsten ist es, man stellt sich ein Exemplar vor, das an einem Punkt oberhalb des Nord- oder Südpols aufgehängt ist. Aus dem Weltraum würde man dann sehen, wie die Erdkugel unter dem Pendel vor sich hin rotiert, während das Pendel selbst seine Schwingungsebene im Raum beibehält.

Weil das Phänomen so grundlegend ist, versuchen eine ganze Reihe von Videos, es zu erklären. Ein klassisches Beispiel stammt von Kollege Karlheinz Meier. Der Professor am Kirchhoff-Institut für Physik in Heidelberg bietet auf seinem YouTube-Kanal UniHeidelbergPhysik eine Serie von einfach gemachten, meist rund zwei Minuten langen Erklärvideos zu physikalischen Themen. Das Video zum Foucault-Pendel ist eine schöne Kostprobe: Mit Hilfe von Lego-Männchen auf einer Drehscheibe zeigt es sehr anschaulich, worum es geht.

Auch die Kollegen von Sixty Symbols haben sich des Foucault-Pendels angenommen und eine Episode dazu gedreht: Foucault’s Pendulum – Sixty Symbols. Im direkten Vergleich mit der Heidelberger Version macht das Sixty-Symbols-Video auf mich allerdings einen eher unruhigen Eindruck – schuld ist vor allem die Kameraführung –, außerdem benötigt es eine gehörige Weile, um überhaupt zu Potte zu kommen. Die Ausführungen über den Start des Pendels mittels eines durchgebrannten Fadens (damit man ihm nur ja keinen Schwung verleiht), die Notwendigkeit eines Antriebs für reale Foucault-Pendel und so weiter – all das ist für eine vertiefte Beschäftigung mit dem Thema durchaus interessant, aber solange man noch gar nicht recht weiß, wie der Effekt überhaupt zustandekommt, wirkt es etwas langatmig. Überhaupt ist das anschauliche Lego-Modell gegenüber dem Wedeln von Armen und Händen und einem “Stellen Sie sich vor, hier ist ein Pendel!” echt im Vorteil.

Eine gelungene Animation

Eigentlich bin ich ein Fan von Videos, die Animationen sparsam einsetzen und stattdessen – zum Beispiel mit einfachen Versuchen – ausnutzen, dass wir beim Betrachten von Alltagsszenen nun einmal das beste Gefühl für räumliche Verhältnisse haben; davon können physikalische Demonstrationen sehr profitieren. Aber das folgende Video, das komplett animiert wurde, finde ich trotzdem sehr gut gemacht. Le pendule de Foucault setzt die Möglichkeit der Animation gezielt ein, um verschiedene Situationen und ihre Ähnlichkeiten und Unterschiede ins Bild zu setzen. Es macht sogar einen guten Versuch, zu erklären, warum das Pendel seine Schwingungsebene am Äquator eben nicht ändert, und warum es an Aufhängungspunkten zwischen Pol und Äquator länger als 24 Stunden benötigt, um einen kompletten Umlauf zu vollenden. Während dieser Erklärungen – etwa ab der vierten Minute – wird allerdings auch klar, dass man während eines solchen tieferen Einstiegs in die Materie vermutlich nur wenige Zuschauer bei der Stange hält.

Als letztes noch ein Foucault-Video im eigentlichen YouTube-Stil, also mit einfachsten Mitteln gedreht und geschnitten – inklusive “needlessly dramatic music”, einem Zuschauerwettbewerb und einem schönen Selbstversuch, der es erlaubt, aus der Bewegung des Pendels die eigene geographische Breite zu bestimmen: Foucault’s Pendulum: Watch the World Turn (The Gentleman Physicist).

Rohaufnahmen

Dass die Schwelle, auf YouTube Videos zu posten, sehr niedrig liegt, hat seine Nachteile, aber auch Vorteile. Ein Liebhaber von Foucault-Pendeln findet neben Erklärvideos hier auch viel “Rohmaterial”, also Filme, in denen das pendelnde Pendel im Mittelpunkt steht:

Foucault Pendulum Timelapse zeigt fast tausendfach beschleunigt das Pendel im Katsushika City Museum in Tokio. So wird die Ebenendrehung direkt sichtbar.

Foucault’s Pendulum spielt an einem Originalschauplatz, nämlich dem Panthéon in Paris, wo Léon Foucault sein Pendel am 26. März 1851 der Öffentlichkeit vorführte.

Foucault Pendulum at the Chicago Museum of Science and Industry fängt die Faszination der langsamen Bewegung langer Pendel ein.

Pêndulo de Foucault * Foucault’s Pendulum zeigt, wie das Foucault-Pendel im Deutschen Museum München gerade eines jener kleinen Hindernisse umstößt, die solchen Pendeln gerne in den Weg gestellt werden, um zu zeigen, dass sich ihre Schwingungsebene mit der Zeit verschiebt.

Foucault pendulum at NTNU zeigt das Foucault-Pendel in Realfagsbygget an der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens in Trondheim. Mit einem Standbild pro Sekunde ist es doch recht lang (23 Minuten) und daher nur etwas für eingefleischte Foucault-Fans.

Als Schmankerl zum Abschluss noch etwas, das gar kein Video ist: Zu seinem 194ten Geburtstag widmete Google Léon Foucault ein Doodle; so heißen die Grafiken auf der Startseite der Suchmaschine, die dort jeweils einen Tag lang zu sehen sind. In diesem Fall schwang den ganzen Tag über ein Foucault-Pendel, das zu Anfang sogar fein säuberlich per Kerze, die einen Faden durchbrannte, gestartet worden war. Interaktiv ließ sich sowohl der Zeitpunkt als auch die geografische Breite verändern, sodass man sah, wie diese Faktoren die Pendelbewegung beeinflussen.

Markus Pössel

Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.

8 Kommentare

  1. Markus Pössel schrieb (31. Mai 2015):
    > dass wir auf der Oberfläche eines rotierenden Planeten leben.

    Präziser formuliert, hat der Planet, auf dem wir leben, eine Oberfläche, deren Bestandteile mit einiger Genauigkeit (abgesehen von Flüssen, Strömungen, Wellen, geologischen bzw. glazialen „Vorgängen“) zueinander starr rotieren.
    Ob und in wie fern Bestandteile des „Erdkörpers“ (innerhalb seiner Oberfläche) ebenfalls rotieren mögen, ist damit nicht gesagt.

    > (Physiker würden präziser formulieren, dass wir uns in einem rotierenden Bezugssystem befinden.)

    Physiker würden präziser formulieren, dass wir (zusammen mit allen Bestandteilen unserer Planetenoberfläche) (ungefähr) ein rotierendes Bezugssystem darstellen.

    > Wartet man nämlich nur lange genug, verändert ein solches [Foucault-]Pendel merklich seine Schwingungsebene.

    Physiker würden präziser formulieren, dass ein (ideales) Foucault-Pendel seine Schwingungsebene beliebig lange (im Vergleich zu seiner Oszillationsdauer) beibehält.
    Was sich währenddessen merklich ändert, insbesondere für solche rotierende Bezugssysteme, zu deren Mitglieder die Aufhängung des Pendels durchgängig gehörte, ist dagegen die Menge von (weiteren) Mitgliedern des Bezugssystems, die von der Pendelspitze während jeweils einer Oszillation getroffen und passiert wurden.

    > Aus dem Weltraum würde man dann sehen, wie die Erdkugel unter dem Pendel vor sich hin rotiert, während das Pendel selbst seine Schwingungsebene im Raum beibehält.
    Eben.

      • Markus Pössel schrieb (31. Mai 2015):
        > Was die Physiker machen würden, hängt sicherlich davon ab, wie sehr sie ihren Text allgemeinverständlich gestalten möchten oder nicht…

        Ob ein Text als „allgemeinverständlich“ gilt, hängt (zumal aus Physikersicht) sicherlich davon ab, ob er hinreichend präzise formuliert ist, um zunächst überhaupt als „verständlich“ gelten zu können.

        Die Spezialisierung zur Allgemein-Verständlichkeit ist dann zweifellos nur durch eventuelles Hinzufügen weiterer verständlicher Textteile zu erreichen; und jedenfalls nicht durch Weglassen oder (Verständlichkeits-kompromittierendes) Umformulieren.

        • Da haben wir so ziemlich den Hintergrund so gut wie aller ihrer Kommentare hier in den letzten Jahren, und gleichzeitig den Grund dafür, dass ich die meisten davon wenig hilfreich finde.

          Aus meiner Sicht ist es naiv anzunehmen, man müsse eine physikalische Beschreibung zunächst einmal so präzise wie möglich formulieren, bräuchte dann bloß noch (“eventuell”) weitere Textteile hinzuzufügen und, blammo, heraus kommt ein verständlicher Text.

          So lernen Menschen meiner Erfahrung nach nicht. Mann muss die Menschen stattdessen da abholen, wo sie sind, und das schließt ein, sie nicht gleich mit allen Details zu überfallen und, ja, dabei durchaus auch mit vereinfachten Ideen oder Alltagsbegriffen anzufangen und diese in späteren Schritten, dort, wo es nötig oder sinnvoll ist zu verfeinern und zu präzisieren – und zwar in dem Stadium der Erklärung (sowohl was die Vorkenntnisse als auch was die Motivation angeht) wo die Leser solche Verfeinerung/Präzisierung auch nachvollziehen und begreifen können, warum man sie vornimmt.

          Insofern halte ich “dass wir auf der Oberfläche eines rotierenden Planeten leben”, insbesondere im Kontext eines kurzen Texts, für völlig legitim. Und dass Sie stattdessen darauf bestehen würden, dort sofort die Unterscheidung von Oberfläche und Planeteninnerem, die Ausnahmen für Flüsse, Gletscher etc., den Begriff der starren Rotation über ihren armen Lesern auszugießen, kann ich an dieser Stelle kommentarlos zu stehen lassen.

          Ach ja, eines noch: Bitte reklamieren Sie nicht die “Physikersicht” für sich. Die meisten Physiker, die ich kenne, nutzen bei ihrer eigenen Lehre selbst erfolgreich Vereinfachungen und würden sehr wahrscheinlich nicht von Ihnen in dieser Weise vereinnahmt werden wollen.

          • Markus Pössel schrieb (2. Juni 2015 13:24):
            > Man[…] muss die Menschen stattdessen da abholen, wo sie sind

            Dem möchte ich widersprechen: Nein, man muss die Menschen stattdessen von einer Stelle (ihrer bisherigen Entwicklung) abholen, die man auch selbst erreicht hat und für solide achtet, und von der aus man selbst eventuell einen anderen, aussichtsreicheren Pfad eingeschlagen hat.

            > Die meisten Physiker, die ich kenne, nutzen bei ihrer eigenen Lehre selbst erfolgreich Vereinfachungen

            Ich schätze diejenigen Physiker, die bei solchen Gelegenheiten deutlich kundtun,
            – dass sie sich einer Vereinfachung bedienen,
            – dass zwischen einer Vereinfachung und einer Verfälschung oft nur ein schmaler Grat ist; falls überhaupt einer, und (deshalb)
            – dass sie das Eigentliche (was vereinfacht dargestellt wurde) auch an sich beherrschen und auf Verlangen wiedergeben würden.

            > Ach ja, eines noch: Bitte reklamieren Sie nicht die “Physikersicht” für sich.

            Bittet jemand, der derartiges Reklamieren selber vorexerziert (s. „Physiker würden präziser formulieren, dass […]“) …
            Ansonsten gibt mir das Fehlen von Kommentaren zu den Begriffen „Rotieren“ und „Schwingungsebene“ Anlass zur Hoffnung, dass wir diesbezüglich einvernehmliches Verständnis haben.

            p.s.
            > Da haben wir so ziemlich den Hintergrund so gut wie aller ihrer Kommentare hier

            Sicher. Und dabei natürlich im Vordergrund, dass mir kein eigener SciLog zur Verfügung steht, im mich zu äußern; ja noch nicht einmal eine Kommentarvorschau …

          • Dass Sie die Menschen von einem Ort abholen wollen, an dem diese Menschen nicht sind, sagt alleine schon alles wichtige über Ihr Vorhaben aus.

            Zur “Physikersicht”: Die Retourkutsche scheitert an dem Unterschied, die Physikersicht entweder als Kurzformel zu nutzen (ich) oder als Autoritätsargument in eine kontroverse Diskussion einzubringen (Sie).

            Zu “Rotieren” und “Schwingungsebene”: Ich springe zwar vermutlich über mehr Stöckchen, die mir hingehalten werden, als ich sollte, aber eben nicht über alle.

            Zum eigenen SciLogs-Blog: Rein von dem her, was in Ihren Kommentaren steht, würde ich der Redaktion da auch echt abraten. Aber, wie schon geäußert: Nichts hindert Sie, mal selbst ein WordPress-Blog oder ähnliches aufzumachen und erstmal dort zu zeigen, was Sie können.

          • Markus Pössel schrieb (2. Juni 2015 16:35):
            > […] die Menschen von einem Ort abholen wollen, an dem diese Menschen nicht sind […]

            Das ist jedenfalls ein gewissenhafteres Vorhaben, als vorzugeben, Menschen von einer Stelle (der gedanklichen Entwicklung) „abholen“ zu wollen, die man nach eigenem Verständnis und Gewissen selbst gar einnehmen mag und vertreten kann.

            > die Physikersicht entweder als Kurzformel zu nutzen (ich)

            Als Kurzformel für welche ausführlich formulierte Begrifflichkeit ??

            > oder als Autoritätsargument in eine kontroverse Diskussion einzubringen (Sie)

            Eher als rein dekorative Retourkutsche; als Zugabe zu Argumenten, die (wie immer) für sich selbst stehen sollten.

            > Nichts hindert Sie, mal selbst ein WordPress-Blog oder ähnliches aufzumachen und erstmal dort zu zeigen, was Sie können.
            Das geht wohl zur Not auch. Es springt sich allerdings gezielter und mit dem meisten Ansporn dort, wo tatsächlich überspringbare Stöckchen aufreizend hingehalten werden, und man gelegentlich auch selbst eines in die Manege stellen kann. Und das ist für meine Wenigkeit mittlerweile, neben der Physics Stackexchange, vor allem hier.

          • Ich fürchte, den Lesern dieses Blogs bringt unsere Privatkonversation so ziemlich gar nichts. Anstatt jetzt über die mittlerweile doch sehr kleinpusseligen weiteren Stöckchen zu springen, höre ich jetzt mal auf und nehme mir einmal mehr vor, Ihre Kommentare, wenn’s wieder in so nur auf Sie selbst zugeschnittene Ecken geht, in Zukunft großzügiger zu löschen.