Oobleck-Monster

Wie funktioniert es

Oobleck ist eine nicht-newtonsche Flüssigkeit. Das bedeutet, dass sie nicht unbedingt dem Viskositätsgesetz von Sir Isaac Newton folgt. Wenn eine Kraft auf die Flüssigkeit ausgeübt wird, verhält sie sich wie ein Festkörper. Wenn keine oder nur eine geringe Kraft auf das Fluid einwirkt, verhält es sich wie eine Flüssigkeit. Sie können diese Unterschiede in den Materiezuständen auf verschiedene Weise erfahren. Hier sind einige unserer Favoriten:

1. Fülle eine Rührschüssel mit Oobleck und stoße auf die Flüssigkeit. Hat sie sich wie ein Festkörper verhalten? Was passiert, wenn du deine Hand langsam in den Mixtopf drückst? Verhält sie sich wie eine Flüssigkeit?
2. Fülle einen Becher mit Oobleck und stoße deinen Finger schnell in die Flüssigkeit. Schaffst du es, den Boden zu erreichen? Was passiert, wenn du deinen Finger ganz langsam in die Flüssigkeit stichst? Kannst du jetzt den Boden erreichen?
3. Nimm eine Handvoll Oobleck und versuche, ihn in deiner Hand zu einer festen Kugel zu rollen. Was passiert, wenn du aufhörst, Kraft auszuüben? Tröpfelt es wie eine Flüssigkeit durch deine Finger?

Wenn du Kraft auf die Flüssigkeit ausübst, drückst du die langen Stärkemoleküle von Oobleck enger zusammen. Durch die Einwirkung dieser Kraft wird das Wasser zwischen den Stärkeketten eingeschlossen und bildet eine halbsteife Struktur. Wenn der Druck nachlässt, fließt der Oobleck wieder.

Erzeugt der Schall die Monster?
Auch wenn der Schall in diesem Experiment eine Rolle spielt, ist es eigentlich nicht der Schall, der die Oobleck-Flüssigkeit zu monsterartigen Formen animiert. In diesem Fall erzeugt der Lautsprecher selbst die Monster, da er die Flüssigkeit durch seine Schwingungen nach oben drückt. Wie im obigen Beispiel verhält sich die Oobleck-Flüssigkeit bei direkter Krafteinwirkung wie ein Festkörper, wenn man sie mit der Faust schlägt. In diesem Fall bewegt sich die Flüssigkeit nach außen und stapelt sich immer weiter auf.

Warum funktionieren tiefere Töne besser?
Tiefere Töne, also niedrigere Frequenzen, erzeugen längere Wellenformen. Höhere Töne, also höhere Frequenzen, erzeugen kürzere Wellenformen. Das bedeutet, dass eine einzelne Welle mit einer niedrigeren Frequenz eine längere Strecke zurücklegt. Wenn der Lautsprecher vibriert, bewegt er sich nach innen und außen (oder nach oben und unten, wenn er auf dem Rücken liegt). Das Experiment mit den Oobleck-Monstern funktioniert bei niedrigeren Frequenzen besser, weil der Lautsprecher über eine längere Strecke Kraft ausüben kann, wenn er sich unter dem Oobleck-Pool nach oben bewegt. Dadurch können sich mehr Oobleck-Moleküle übereinander stapeln, bevor der Lautsprecher wieder nach unten wandert, und der Zyklus wiederholt sich.

Mit anderen Worten: Die Kraft ist größer, wenn das Material der Lautsprechermembran bei niedrigeren Frequenzen schwingt, weil die Kraft über einen längeren Zeitraum und über eine größere Entfernung ausgeübt wird. Es ist, als würde man den Oobleck von unten schlagen, immer und immer wieder.

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Nimm es auf Video auf.
Wenn du dich entscheidest, dein Experiment zu filmen, wirst du vielleicht feststellen, dass dein Videomaterial unscharf aussieht, sobald der Ton einsetzt. Ob du es glaubst oder nicht, es gibt eine wissenschaftliche Erklärung dafür.

Wenn du schon einmal ein Auto gefilmt hast und bemerkt hast, dass die Räder rückwärts durchdrehen, dann hast du vielleicht eine Vorstellung davon, was hier vor sich geht. Die Vibration des Lautsprechers ist nicht mit der Bildrate der Kamera synchronisiert – das ist die Anzahl der Auf- und Abwärtsbewegungen des Lautsprechers im Vergleich zur Anzahl der Bilder, die pro Sekunde von der Kamera aufgenommen werden.

In unserem Beispiel mussten wir die Bildrate unserer Kamera von 30 auf 60 Bilder pro Sekunde erhöhen, und es war immer noch etwas unscharf. Einige Smartphones können jedoch bis zu 120 oder 240 Bilder pro Sekunde aufnehmen. Mit einer höheren Bildrate kannst du mehr Bilder pro Sekunde aufnehmen, was zu einer flüssigeren und klareren Bewegung in deinem Video führt.

Science Fair Connection

Halte dich an deine Science Fair-Anleitung und experimentiere mit einigen dieser Variablen:

1. Wie reagieren Oobleck-Monster auf verschiedene Frequenzen?
   1. Tiefe Töne – 20 bis 250 Hz
   2. Tiefe Mitten – 251 Hz bis 500 Hz
   3. Mitte Töne – 500 bis 4.000 Hz
   4. Hohe Töne – 4.001 Hz bis 20.000 Hz
2. Wie reagieren Oobleck-Monster auf unterschiedliche Lautstärken?
3. Wie reagieren die verschiedenen Farben von Oobleck auf Schwarzlicht?
4. Einige Smartphone-Apps bieten verschiedene Arten von Schallwellen an. Wie reagieren die Oobleck-Monster auf Sinuswellen? Wie sieht es mit Rechteck- und Sägewellen aus?
5. Wie wirken sich unterschiedliche Einstellungen der Bildrate deiner Kamera beim Filmen deines Experiments auf die Klarheit des Filmmaterials aus? Was passiert, wenn du die Bildrate änderst? Was passiert, wenn du die Tonfrequenz änderst?

*Hinweis: Denke daran, dass du immer nur eine Variable auf einmal testen solltest, um genaue Daten zu sammeln.