Diskussion:Lehrbuch der Biochemie: Grundlagen: Physik

Zerlegtes weißes Licht ...

Gebrochen wird das Licht etwa bei einem Prisma oder einer Linse (chromatische Abberation führt dann zu 'bunten' Abbildungen für weiße Objekte, was aber meist unerwünscht ist). Bei einem Regenbogen ist es eher Streuung. Bei der CD sieht man Interferenzeffekte, ähnlich wie bei Ölflecken. Beugung an einer kleinen Blende oder einem kleinen Objekt ist ein weiterer möglicher Effekt, der von den anderen zu unterscheiden ist, ähnlich einer Glorienstreuung (wie der Regenbogen auch ein öfter in der Atmosphäre zu beobachtendes Phänomen). lens flares in Linsensystemen wären eine hübsche Mischung von unterschiedlichen Effekten.

Nun haben Brechung und Streuung am Regenbogen etwas miteinander zu tun und auch die Streuung und Beugung mit den Interferenzeffekten. Brechung und Interferenz sind dann aber doch zwei deutlich verschiedene Effekte. Zur Erklärung von Brechung jedenfalls reicht Strahlenoptik und ein von der Wellenlänge abhängiger Brechungsindex, der wiederum eine vom verwendeten Matrial spezifische Eigenschaft ist. Regenbogen kann man nur schlecht mit Strahlenoptik/Brechung komplett zufriedenstellend erklären - beim Regenbogenwinkel würde beim klassisch gerechneten Streuquerschnitt eine Singularität auftreten, man sieht aber beim Regenbogen natürlich nur endlich viel Licht. Die Rechnung nur mit Brechung gibt da zwar bereits plausible Anhaltspunkte, reicht aber letztlich nicht aus. Bei der CD wie beim Etalon oder Gitter hat man Interferenz zwischen unterschiedlichen Möglichkeiten, wie das Licht laufen kann, da spielt Brechung keine relevante Rolle für den hier relevanten Effekt. Ähnliches gilt für die bunten Muster bei der Beugung und der Glorienstreuung. Interferenz und Beugung kann man auch mit Licht im Vakuum haben, also ohne Einfluß von Materialeigenschaften.

Man sollte da also umformulieren, entweder geht man gar nicht darauf ein, wie das Licht bei den einzelnen Beispielen 'zerlegt' wird (daß verschiedene Farben unter verschiedenen Betrachtungswinkeln erscheinen), oder man differenziert zwischen verschiedenen Effekten. Doktorchen 12:35, 20. Nov. 2013 (CET)

Re: Zerlegtes weißes Licht ...

Die Beispiele waren gedacht, um die Zusammensetzung von polychromatischem Licht zu veranschaulichen. Ich denke, dass in dem Zusammenhang dann Beispiele für Photometrie folgen sollten, natürlich gibt es auch Verfahren wie XRF oder Röntgenstrukturanalyse durch Beugung, aber die sind für einen Einstieg in die Biochemie vielleicht am Anfang nicht so interessant. Wie ist es denn bei einem Prisma, wie man es im Physikunterricht benutzt? Die Bauteile in einem ICP-OES oder einem AAS eignen sich schlecht zur Veranschaulichung, je nachdem ob Studenten oder Schüler lesen. Vielleicht kann ich den Abschnitt so bearbeiten, dass auf in der Biochemie praktikable Anwendungen eingegangen wird, und für weiteres auf ein Lehrbuch der Physik verweisen. Oder ich formuliere das ganze etwas tiefgreifender, aber dann würde ich mehrere Abschnitte erzeugen.

Nothingserious 21:17, 10. Mär. 2014 (CET)

Beim jetzigen Umfang sollte es doch vermutlich reichen zu schreiben, daß man Licht mit verschiedenen Effekten (Brechung, Beugung, Interferenz) spektral zerlegen kann. Oft werden eben Prismen, Gitter, Etalons, Interferometer verwendet, je nachdem, welches Problem man hat und wie genau man es braucht. Je nachdem, was man mit dem Buch erreichen will, kann man die Effekte oder Geräte dann entweder getrennt erläutern, entsprechende Verweise anbieten oder es so allgemein bei einer Liste von Effekten oder Geräten belassen. Für die meisten Leute ist es ja auch nicht so relevant genau zu verstehen, wie ihr Rechner oder Fernseher funktioniert - keine Ahnung also, ob es sich lohnt, dem Biochemiker im Detail zu erläutern, wie sein jeweiliges Spektrometer funktioniert. Je nach Wellenlänge eignen sich auch nicht alle Methoden - lohnt also etwa nicht, Prismen zu erklären, wenn man später primär Geräte hat, die mit harten Röntgenstrahlen arbeiten, weil es da kaum Materialien gibt, die transparent sind. Lohnt auch kaum, auf Prismen zu setzen, wenn man mit einem relativ kompakten Gerät eine hohe Auflösung braucht. Entsprechende Effekte und Geräte gibt es ja nicht nur für Licht, sondern auch für Teilchen - nur als Hinweis, sofern das hier interessant ist :-) Doktorchen 18:24, 12. Mär. 2014 (CET)

Universum als abgeschlossenes System?

Als Anmerkung: Es handelt sich um eine (gewagte) Hypothese, wenn in Abschnitt Wärmelehre, erster Hauptsatz behauptet wird, das Universum sei ein abgeschlossenes System. Letztlich ist diese Hypothese sogar schwierig praktisch prüfbar, weil wir ja nur Zugang zu einem Teil des Universums haben. Abgeschlossen bedeutet ja eine räumliche, zeitliche und energetische Separation von irgendeinem Rest.

Von daher sollte man nicht leichtfertig behaupten, daß das Universum tatsächlich ein abgeschlossenes System sei, gibt im Laufe der Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte auch immer mal wieder anderen Modelle. Zum Beispiel wird auch gerne die Hypothese aufgestellt, das gesamte Universum sei aus soetwas wie einer Quantenfluktuation entstanden, dabei bleibt dann offen, woher die ganze Energie des Universums kommt, die man beobachten kann, im Mittel sollte die ja bei einer Fluktuation eigentlich null sein. Die Quantenfluktuation selbst verletzt die Energieerhaltung ja nur kurzfristig und im Mittel nicht. Dabei kann man sich dann wieder die Frage stellen, was im Rahmen der Entstehung eines Universums 'kurzfristig' bedeuten könnte - Raum, Zeit, Energie könnten ja alles Entitäten sein, die erst mit dem Universum entstanden sind, von daher hätte man dann ohnehin Probleme, Begriffe wie 'abgeschlossenes System' auf das ganze Universum anzuwenden. Abgeschlossenes System ist von daher generell ein näherungsweises vereinfachtes Modell für Teile des Universums, die recht gut vom 'Rest' separiert sind. Wir haben keinen Zugang zum 'ganzen Universum' und wissen nichts über einen 'Rest' oder wie sich solch ein 'Rest' manifestieren könnte - die Begriffsbildung ist also schon praktisch recht schwierig. Jedenfalls befinden wir uns wohl in einem Bereich des Universums, in welchem in hypothetischer 'Rest' keine Rolle spielt, wohl aber andere Bereiche des Universums, welches als Gesamtheit praktisch aber nicht umfaßbar ist.

Viele einfache Modelle der Physik basieren darauf, daß irgendwas (Einfaches) in irgendeiner Weise recht gut vom komplizierten Rest separiert ist, weswegen man sich berechtigter Weise traut, über das Separierte Aussagen zu treffen, die über einen gewissen Zeitraum ganz gut passen, bis die mangelnde Separation nicht mehr zu vernachlässigen ist. Zum Beispiel kann man auch den Meßprozeß in der Quantenphysik als Zusammenbruch der Separation interpretieren - kann beliebig kompliziert werden, die Ankopplung an ein makroskopisches 'Meßgerät' (Ensemble, der 'Rest') sauber zu erklären ;o)

Soweit man das verstanden hat, funktionieren biologische Systeme hingegen nur, weil sie schlecht vom Rest separiert sind, sie erlangen ihre Komplexität gerade, weil sie vorhandene Ungleichgewichte, dynamische Prozesse in einem großen, offenen System nutzen. Der fehlende Abschluß ist bei biologischen Entitäten also wohl geradezu notwendig für eine zeitlich begrenzte eigenständige Existenz - die Trennung vom 'Rest' ist da offenbar zum guten Teil Psychologie, aber natürlich wichtig für die Herausbildung einer eigenen Identität.

Doktorchen 14:48, 2. Okt. 2014 (CEST)

:) Ich habe tatsächlich beim Schreiben überlegt, "einem vermutlich abgeschlossenem System" zu benutzen, weil wir uns da natürlich nicht sicher sein können. Aber dann hätte ich wiederum das Bedürfnis gehabt, zu erklären, warum das Universum nur vermutlich abgeschlossen ist, und ich möchte das Physik-Kapitel gerne kurz halten. Vielleicht kann ich den Systembegriff erklären ohne das Universum mit einzubeziehen. Vielleicht sollte ich auch vorweg erklären, dass Naturwissenschaften mit Modellen arbeiten. Habe mir jedenfalls einen Stichpunkt dazu in die todo-Liste gemacht.

Letztlich wird sogar in Fachliteratur (für Chemiker, nicht Physiker!) wie dem Mortimer das Universum als System mit konstanter Energie, also abgeschlossen, bezeichnet. Wenn ich den Abschnitt nochmal überarbeite, kann ich natürlich auch ein abgeschlossenes System als theoretisches Modell, ohne Universum erklären, aber ich finde so kann man eher Interesse wecken, sozusagen ein "Gefühl" für die Begriffe herstellen.

In der Biologie finde ich es zur Lehre sehr nützlich, öfters von geschlossenen Systemen auszugehen, sonst könnte man ja streng genommen mit der freien Enthalpie für Gleichgewichte in einem Zellkompartiment nix mehr anfangen, weil man anfangen muss die Wechselwirkung mit anderen Systemen zu berücksichtigen. Um biochemische Reaktionen zu lehren ist es ja grade zweckmäßig, sich die Zelle als Modell vorzustellen, bei der das Gleichgewicht einer Reaktion nur von Entropie und Reaktionsenthalpie abhängt. Für die Betrachtung von Stoffwechselwegen kann man also die streng genommen nicht vorhandene Seperation gut vernachlässigen.

Anmerken möchte ich noch, dass ich als Molekularbiologe natürlich Physik nur recht peripher gelernt habe und gerne Vorschläge übernehme, wie man Wissenschaft verständlich, aber auch ausreichend präzise vermitteln kann. Ich lese die Abschnitte sowieso ab und zu mal kurz gegen wenn ich grad nix zu tun hab und merke mir kleine Veränderungen vor (der Rutherford'sche Versuch ist zB im Moment noch total daneben :). Finde es jedenfalls sehr nett, dass sich jemand mit dem Buch beschäftigt und Input liefert.

Nothingserious 20:30, 3. Okt. 2014 (CEST)

Ich denke, es ist generell sehr wichtig, bei naturwissenschaftlichen Themen auf den Modellcharakter von Lösungsansätzen hinzuweisen - umso mehr, je weiter sie von einer möglichen Weltformel entfernt sind, wo man also schon recht genau weiß, was man gegenüber genaueren Modellen alles vereinfacht hat - dies impliziert natürlich auch, daß solche Modelle prinzipiell auch Methoden zur Widerlegung ermöglichen. Diese wesentlichen Punkte unterscheiden ja gerade Naturwissenschaft von Religion, wenn was experimentell nicht paßt, ist das eher Anreiz, es zu hinterfragen, statt den Kopf in den dogmatischen Sand zu stecken.

Von daher scheint es mir für den Leser nützlich zu sein, den Modellcharakter zu betonen - vielleicht ist da so ein System wie Erde-Mond oder das Sonnensystem eher plausibel, jedenfalls hinsichtlich der Energien des mechanischen Teils (man vernachlässigt also, daß und warum die Sonne leuchtet oder warum die Erde innen immer noch recht heiß ist) - das macht dann gut deutlich, daß das als abgeschlossen betrachtete System einerseits gute Ergebnisse liefert, andererseits sieht man an den offenbar vorhandenen Abweichungen auch recht leicht die Grenzen des Modells.

Biologe bin ich ja nun nicht - aber normale Pflanzen verlassen sich doch darauf, Energie von außen, primär von der Sonne zu bekommen, zudem tauschen sie mit ihrer Umgebung, mit Pilzen, dem Boden, der Atmosphäre doch auch reichlich Materie aus. Tiere verwerten andere Organismen. Basiert bei einzelnen Zellen die komplette Funktion und die Organisation mit Nachbarzellen nicht primär auf Materialaustausch mit der Umgebung?

Aus dem Abschnitt des Kapitel ergibt sich ja auch bereits mehr oder weniger, daß die Organismen aufgrund dieser Ungleichgewichte funktionieren - und weil sie durch Erhöhung der 'Unordnung' ihrer Umgebung die eigene Komplexität erhalten oder erhöhen können. Von daher läuft das alles nur, weil ein deutlicher Gradient an Energie und Materie vorliegt, welches den Organismus antreiben kann. Chemische Reaktionen passieren ja, weil es offenbar ein Nicht-Gleichgewicht gibt, die Reaktion in die eine Richtung ist dann über die Betrachtungsdauer wahrscheinlicher als die umgedrehte. Beziehungsweise man geht davon aus, daß man im System einen Nicht-Gleichgewichtszustand zum Startzeitpunkt präpariert hat und guckt dann, was danach passiert - man klammert dabei aus, wie es zu dem Anfangszustand gekommen ist. Entsprechend schreibt man die Energiesätze und im Bedarfsfalle Diffusionsgleichungen, Bilanzen von Materialströmungen ja so hin, daß man für den Ablauf etwas Plausibles bekommt. Mathematisch kann man den Zeitablauf auch rückwärts rechnen, um zu gucken, was vorher war. Das führt dann in vielen Fällen zu einem 'Urknall-Modell' ;o) Solche Modelle werden dann also bestenfalls so formuliert, daß der 'Rest' eben ein Reservoir von Energie oder Material mindestens in benötigter Menge ist, um das Geschehen im eigentlich interessanten System ab einem definierten Zeitpunkt passabel zu beschreiben. Man formuliert die Systeme also natürlich so, daß man sich definierte (mehr oder weniger abstrakte) Kanäle definiert, auf denen der Austausch stattfindet. So bekommt man dann gedanklich wieder einen einfachen Kasten, der das gerade Relevante vom Rest separiert und man hinterfragt dabei nicht weiter, wie der 'Rest' diese Schnittstellen realisiert - klar ist das ein sinnvolles Vorgehen bei der Modellbildung. Wichtig ist dabei, daß man die Modellbildung selbst im Kopf behält, für all jene Fälle, wo die Vorgänge im Kasten den Rest draußen eben doch nicht vernachlässigbar beeinflussen - gerade in diesem und im letzten Jahrhundert mußte man da ja mächtig dazulernen, da der durchschnittliche Mensch ja heute primär in einer Welt lebt, die von Menschen manipuliert oder in der Form erst erschaffen wurde - das 'Experiment im Kasten' beeinflußt den 'Rest' also längst sehr massiv, siehe etwa weltweite Klimaänderung - wer da was Plausibles rechnen will, muß den Kasten/ das Modell zunehmen größer machen ...

Hilft eine solch anschauliche Betrachtung dem unkundigen Leser nicht, Formeln mit Verständnis zu verknüpfen?

Die Entropie - spannend, daß sich auf großen Skalen aufgrund der rein attraktiven Gravitation eher Klumpenbildung durchsetzt - Sonnen, Schwarze Löcher, Galaxien, Galaxienhaufen, Superhaufen, netzartige Strukturen, jedenfalls keine Gleichverteilung wie beim idealen Gas. Keine Ahnung aber, ob da schon mal jemand versucht hat, das Modell anzupassen...

Rutherford - da ich ja experimentelle, atomare Stoßphysik mache, sollte mir das eigentlich naheliegen, ich kann ja mal lesen. In dem hiesigen Zusammenhang braucht man da aber wohl keine Details - und sonst auch kaum, weil die Experimente heute ohnehin anders aussehen.

Doktorchen 13:28, 4. Okt. 2014 (CEST)

Ich habe mich in einem Entwurf jetzt mal daran versucht, den Modellcharakter von wissenschaftlichen Ansätzen zu erklären, aber der Text wird dazu immer länger und länger, und ich will für eine Einführung in die Biochemie nicht zu philosophischen Betrachtungen zu Determinismus, Quantenphysik und statistischer Physik abschweifen. Wenn ich das auch alles spannend finde, ist mein Wissen darüber auch ziemlich schnell erschöpft. Klar gewinnt die Zelle ihre Energie aus der Wechselwirkung mit anderen Systemen, aber ich denke das Verständnis dafür ergibt sich - gerade bei Interesse für andere Bereiche - mit zunehmendem Verständnis für biologische Prozesse, und muss bei einem kurzen Exkurs in die Physik für Biologen nicht unbedingt behandelt werden. Vielleicht ist es auch meine Sichtweise als (angehender) Molekularbiologe (entgegen der klassischen Biologie), bei der ich erstmal nicht hinterfrage, woher das Zuckermolekül oder das Lichtquant kommt, sondern es bei einem diffusen Wissen darüber belasse. Die Komplexität des Themas lässt sich heutzutage fast beliebig vergrößern, zumindest aber soweit, dass man beim Einstieg den Überblick verliert. Ich schreibe jetzt mal einen kurzen Absatz zu Denkmodellen, den ich aber später vielleicht lieber etwas ausführlicher im Vorwort unterbringe. Ich habe noch keine Ahnung wie das Buch später aussehen soll, und ob und wie so etwas unterzubringen ist. Sprich für jetzt lasse ich das alles einfach mal so als "wissenschaftliche Lehrmeinung" stehen, und werde sehen, ob ich mehr dazu unterbringen kann, wenn sich weitere Kapitel entwickeln.

Nothingserious 15:07, 11. Nov. 2014 (CET)

Kurz reicht in dem Zusammenhang ganz sicher ;o) Um das nochmal von oben aufzugreifen - braucht man historische Anekdoten über Rutherford oder Bohr in dem Buch wirklich genauer? Wenn man solche Modelle sonst im Buch nicht verwendet, braucht man sich damit ja auch nicht länger aufhalten. Sollte doch reichen, das zu erklären, was man wirklich verwendet. Oft stellt sich das ja auch erst im Verlauf des weiteren Schreibens heraus, was man wirklich genauer erklären sollte und wofür ein kurzer, philosophischer Kommentar reicht oder ein sehr einfaches Modell (obgleich es besere geben mag), welches man dann im Zweifelsfalle als qualitativ/anschaulich vorstellt, nicht als quantitativ. Beim Bohr könnte man etwa problematisieren, daß wenn man so klassische Bildchen malt, daß es dann verwunderlich ist, warum ein so beschleunigtes Elektron nicht ständig Energie abstrahlt und das ganze Atom in sich zusammenfällt. Das Problem war natürlich auch Bohr schon klar - zeigt eben die Grenzen von anschaulichen Bilder auf, auf die man hier ziemlich schnell stößt. Ob man das in einem Buch über Biochemie problematisieren muß? Vermutlich nicht oder nur, wenn man nicht klar macht, daß das kein quantitatives Modell ist, sondern nur etwas, wo man in den ersten Stunden der Quantenphysik versucht hat, etwas anschaulich zu verstehen, hat dann ja auch gut geholfen, quantitative, aber weniger anschauliche Modelle zu entwickeln, mit denen man aber praktisch arbeiten kann.

Also ruhig weitermachen und nicht zu sehr ablenken lassen - ich würde raten, erst nach Fertigstellung des sonstigen Inhaltes mal genauer zu gucken, was hinsichtlich physikalischer Grundlagen wirklich notwendig zu erklären ist, damit man den Rest gut verstehen kann - man braucht so ein Buch ja nicht in der Reihenfolge zu schreiben, wie es der Leser nachher als sinnvoll lesbar vorgesetzt bekommt ;o) Doktorchen 17:51, 11. Nov. 2014 (CET)

Dazu habe ich mir nochmal Gedanken gemacht, und da mein Interesse in Richtung Biophysik geht, möchte ich schon gerne Physik für Biologen einführen. Letztlich arbeitet Biologie imo im 21. Jhdt. auf nichts anderes hin als angewandte Physik, und ich finde es wichtig, angehende Biologen an physikalische Themen heranzuführen. Die Alternative zu einem geschichtlichen Abriss wäre die Einführung willkürlicher Formeln und Konstanten, und bei mir bemerke ich schon, dass mich interessiert warum ein C gegen ein N ausgetauscht werden kann, nicht nur dass es so ist. Was denn eigentlich die Größe "Druck" bedeutet, und was Diffusion eigentlich meint. Warum denn der erste Hauptsatz vom zweiten unabhängig ist. Das alles findet in einem Buch über Biochemie bestenfalls eine Randstellung, und ich kann es mit meinem Wissen nicht erklären, aber ich möchte so irgendwie auf Physik als stark "mathematisierte" und vergleichsweise gut verstandene Grundlage der Biochemie hinweisen, für die man sich interessieren sollte. Selbst Chemie wird von vielen Biologen als notwendiges Übel betrachtet, aber wenn man versteht, dass die Beschreibungen von der Physik zur Biologie eigentlich nur gröber werden, hat man vielleicht ein Interesse daran, mehr Feinheiten zu verstehen. Biophysik ist nicht minder wichtig als Bioinformatik, aber beides wird von Biochemikern anfangs, da bin ich mir sicher, eher stiefmütterlich behandelt. Allerdings finde ich es furchtbar schwierig eine Grenze zu ziehen, vor allem, weil ich ja die Leserschaft und ihre Vorbildung nicht kenne. Aber ja - erstmal Buch schreiben und dann diskutieren ist sicher klüger :) Nothingserious 21:20, 1. Jan. 2015 (CET)

Das 'Verstehen' hat ja sowohl praktische als auch philosophische Aspekte. Als verstanden gilt ja gemeinhin in der Physik, was man mit einem mathematischen Modell beschreiben kann. Eigentlich immer fallen dabei gewisse Dinge vom Himmel, die im Rahmen des Modells dann erst einmal nicht mehr hinterfragt werden, solange da keine Genauigkeitsprobleme auftreten. Neben diesem praktischen Ansatz gibt es natürlich auch den Versuch, Modelle zu entwickeln, bei denen möglichst wenig vom Himmel fällt. Ergebnis ist dann etwa sowas wie das Standard-(Teilchen-)Modell, wo man dann mindestens ein Higgs-Teilchen braucht, um die Massen der anderen Teilchen zu erklären. Komplett ist das Modell natürlich auch nicht, sondern auch das wirft noch reichlich Fragen auf, wieso diese Zahl von verschiedenen Teilchen, wie wirken die Massen so, daß die Allgemeine Relativität auf großen Skalen gut paßt etc.

Für Atomphysik, Chemie, Biologie etc reichen hingegen meist Vereinfachungen davon, mit denen man auch praktisch was ausrechnen kann, wo dann aber eben tiefsinnige Details nicht weiter hinterfragt werden, weil man die zum Rechnen nicht genauer braucht. Im Detail ist die Verknüpfung vom einfachen Modell zum genaueren aber oft nicht so schön einfach und eindeutig, man denke nur an den Übergang zur klassischer Mechanik von der Quantenphysik. Das mathematisch genau hinzuschreiben, wie solche Modelle wirklich zusammenpassen, ist sehr komplex, prinzipiell/qualitativ aber irgendwie plausibel. Letztlich kann man sich fragen, wieviel 'Wahrheit' oder 'Verstehen' man wirklich braucht für das, was man in seinem Arbeitsgebiet wirklich macht, und wenn man darüber hinaus nach einem 'tieferen Verständnis' sucht, ob einem das noch schön, plausibel und populärwissenschaftlich einfach formulierte Geschichtchen zum Thema nicht erst einmal reicht und hofft, daß die Leute, die auf dem Gebiet schwerpunktmäßig arbeiten, es schon richten werden. Denn nach der bisherigen Erfahrung kann man immer weiter graben und tiefer vorstoßen, ohne auf ein Ende zu stoßen. Das ist dann zweifellos sehr spannend, hat praktisch aber immer weniger mit dem zu tun, was man wirklich täglich tut. Einerseits ist es also schon wichtig, auch für Chemiker und Biologen, wenigstens die einfach formulierte Geschichtchen über die Zusammenhänge 'ihrer Welt' mit tiefergehenden Modellen der Physik zu verinnerlichen, andererseits ist es aber auch plausibel zu gucken, wo man seinen eigenen Arbeitsbereich einfach mal als vereinfachtes Modell betrachten darf, welches plausibel vom Rest abgeleitet ist und wo man dann nur noch gucken muß, wann man den Gültigkeitsbereich des einfachen Modells verläßt und dann notgedrungen doch wieder tiefer graben muß, also ein allgemeineres Modell verwenden muß.

Diese oft knifflige Erkenntnis der Grenzen des eigenen Modelles macht das Hintergrundwissen dann auch so wertvoll, welches über das hinausgeht, was man täglich so macht. Das Kunststück für den Autor eines Fachbuchs besteht dann offenbar darin, diese Geschichten mit dem Hintergrundwissen so gut zu erzählen, daß sie einerseits nicht überfordern, andererseits dem Leser aber Schätzungen und Begriffe an die Hand geben, mit denen selbständig weiter gesucht/geforscht werden kann, wenn man an den Grenzen ankommen sollte. Gegenüber dem Hauptthema des Buches sollte das nicht dominieren, sondern eher praktisch helfen, anderweitig weitersuchen zu können. Von daher denke ich auch, daß es für Biochemie und Biophysik natürlich relevant ist, physikalische Modelle im Hinterkopf zu verinnerlichen, man muß dann eben nur abwägen, was man praktisch wirklich braucht und welche Sachen eher in Stichworten zum Nachschlagen, wenn man an die Grenzen der eigenen Modelle gelangen sollte. Doktorchen 15:22, 5. Jan. 2015 (CET)

Anmerkung zur Bildunterschrift

Hallo Autor, wie mir scheint, kann das Wasser aus dem Glas mit der Zitrone nicht überlaufen. Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich um ein Zehntel aus, d.h. aus zehn Teilen Wasser werden elf Teile Eis, davon zehn Teile unter Wasser und ein Teil über dem Wasser (die berühmte Spitze des Eisbergs). Wenn der Eiswürfel auf dem Bild wieder schmilzt, nimmt er wieder die zehn Teile Volumen ein, die bisher als zehn Teile Eis unter der Wasseroberfläche schlummerten.

Soll ich den betreffenden Satz mal entfernen oder hat jemand Bedenken?

LG,--Lesendes Okapi 16:02, 17. Sep. 2017 (CEST)

Das ganze Beispiel ist problematisch. Bei der Abbildung vermute ich auch, daß das Glas nicht überlaufen wird, wenn es im Raum nicht allzu warm ist. Das Wasser dehnt sich ja auch aus, wenn es wärmer wird. Das Problem liegt also weniger bei den Eiswürfeln selbst. Solange es Eiswürfel gibt, ist die Temperatur des Wassers im Glas etwa bei 0 Grad Celsius, da ist die Dichte von Wasser ziemlich hoch. Liegt die Umgebungstemperatur bei vielleicht 30 Grad Celsius, geht allmählich das Eis in Flüssigkeit über, wenig Flüssigkeit verdampft. Gibt es kein Eis mehr, steigt die Temperatur des Wassers, etwas mehr Flüssigkeit verdampft, diese dehnt sich aber aus. Hängt also etwas vom Füllstand bei 0 Grad ab, den Eigenschaften des Glasrandes, der Oberflächenspannung etc, ob oder unter welchen Bedingungen etwas überläuft. Immerhin stellt hier die Zitrone eine Störung am Rand des Glases dar, was ein Überlaufen wahrscheinlicher macht. Ohne würde ich bei dem gezeigten Füllstand tippen, daß nichts überläuft, langfristig verdampft das Wasser einfach, was sogar gut zum Thema paßt, im Dampf, in der Verteilung in die komplette Atmosphäre steigt die 'Unordnung' noch deutlich an, beim bloßen Überlaufen hält sie sich in Grenzen, da ändert sich mehr bei der Umordnung von der Kristallstruktur des Eises zur schon deutlich ungeordneteren Struktur in der Flüssigkeit. Doktorchen 16:28, 17. Sep. 2017 (CEST)

@Doktorchen: Vielen Dank für die ausführliche Antwort! Wer hätte gedacht, wie kompliziert solche banalen Alltagsphänomene sind! Deine Erklärung scheint mir sehr plausibel. Hat eigentlich schon jemand eine Doktorarbeit über die "Auswirkungen von Zitronenscheiben auf das Überlaufverhalten eisgekühlter Getränke" geschrieben? *ᴥ* Liebe Grüße, --Lesendes Okapi 19:36, 18. Sep. 2017 (CEST)

@Doktorchen, Lesendes Okapi: Genau genommen ist das ganze Kapitel stark überarbeitungsbedürftig, ich hatte das mal vor ein paar Jahren so geschrieben. Diese Grafik erklärt, warum das Kapitel so ist wie es ist, ich befand mich am Anfang der "I'm an expert"-Phase. Ich würde das Lehrbuch gerne wieder in Angriff nehmen, aber nicht alleine, zumindest einen Mitstreiter brauche ich. --Nothingserious 17:53, 3. Okt. 2017 (CEST)