Mancher kennt dieses Zitat:
„Wenn ihr die Geheimnisse des Universums kennenlernen wollt, dann denkt in Begriffen von Energie, Frequenz und Schwingung.“ – Nikola Tesla.
Viele meinen auch zu verstehen, was damit gemeint sein könnte.
Und nur wenige sind sich darüber im klaren, wie schmal und dünn dieses Brett noch sein könnte, auf das sie sich da begeben…
Luckyhans, 9. Juli 2017
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So ungern mancher sich dieser Frage stellt, es geht nicht ohne – das leidige Definitionsproblem: WAS IST Energie? Was ist Schwingung/Vibration?

Von Teslas Empfehlungen ist einzig die Frequenz klar definiert: das ist die Anzahl der vollständigen periodischen Schwingungsvorgänge pro Zeiteinheit.

Versuchen wir uns den beiden anderen Begriffen zu nähern. Zuerst einmal kann jeder unter Energie verstehen, was er mag – grobstofflich, feinstofflich, geistig, wie auch immer.
Wenn wir allerdings den wirklichkeitsnahen Maßstab der Meßbarkeit anlegen, dann wird es schon schwieriger.
Vor allem, weil es heutzutage – neben dem Definitionsproblem für die grobstoffliche Energie – für die feinstoffliche kaum und für die geistige gar keine Meßmittel gibt.

So kann erstmal nur gesagt werden, daß Energie eine Erklärung ist, die wir als Ursache vermuten, wenn wir bestimmte Wirkungen wahrnehmen.

Selbige Erklärung betrifft genauso die Begriffe Kraft und Impuls – sie sind allesamt Vorstellungen, Denkmodelle, Berechnungshilfen, um solche beobachtbaren Wirkungen in bestimmten definierten Bereichen quantifizierbar und damit vergleichbar zu machen.

Dabei sollten wir uns eingestehen, daß alle diese Modelle sehr willkürlich gewählt sind und jeweils nur Teilaspekte der zu beschreibenden Prozesse erfassen.
Und sie befinden sich schon untereinander in eklatantem Widerspruch, denn wenn man mal die Bewegungs-Energie und den Impuls vergleicht, so bleibt die Frage offen, ob denn sich nun die Wirkung eines bewegten Körpers auf einen anderen entweder proportional zu seiner Geschwindigkeit (Impuls-Definition) oder zum Quadrat derselben (kinetische Energie-Definition) verändern wird.
Was ganz klar nicht dasselbe ist, sondern sich wesentlich unterscheidet.
Denn offensichtlich kann nach der Schulwissenschaft nur eine von beiden Möglichkeiten der Wahrheit entsprechen, d.h. den Prozeß adäquat widerspiegeln.

Oder sollten wir uns endlich darüber klarwerden, daß es gar keine allgemein gültige Beschreibung des Vorganges der Wechselwirkung zwischen einem bewegten Körper und einem anderen gibt?
„Jetzt dreht er durch“, meint hier so mancher… gemach, meine Herren – vielleicht ist es nur der Unterschied im Erfahrungsschatz, der diese Vermutung so abwegig erscheinen läßt… ja, dann wolln wir mal.

Entscheidend sind jedenfalls die Wirkungen.

Sehen wir uns also einen signifikanten Fall einer solchen Wechselwirkung an: die Endballistik eines Geschosses, das heißt, dessen Einschlag in einem Hart-Ziel (zum Beispiel einer Panzerung).
Mit diesem Thema hat sich der Autor über 20 Jahre lang befaßt und ein hinreichendes Wissen sowie praktische Erfahrungen angesammelt.

Es hat sich erwiesen, daß selbstverständlich die Geschwindigkeit des bewegten Körpers, aber daneben viele andere Faktoren eine Rolle spielen, ob das Geschoß von der jeweiligen Schutz-Anordnung gestoppt wird oder nicht.

Betrachten wir zuerst den Aufbau des Geschosses.
Es ist schon längst keine Kugel mehr, sondern ein kurzer oder längerer Zylinder mit scharfer oder runder Spitze, und besteht üblicherweise aus einem Geschoßkern (Blei, Stahl) und einer „Mantel“ genannten Hülle – letztere ist relativ weich (aus Messing oder Tombak), damit sie sich beim Abschuß in den Zügen des Laufes verformen kann und sowohl den dichten Abschluß bilden als auch dafür sorgen kann, daß das Geschoß in Rotation versetzt wird, ohne die Züge dabei zu „verschmieren“ (wie Blei dies tut).

Der Geschoßkern kann unterschiedlich aufgebaut sein – je nach Verwendungszweck des Geschosses. So wird für eine maximale Umsetzung der Geschoßenergie im Weichziel meist ein Bleikern verwendet.
(die Schweinereien mit Hohlspitz-Geschossen, die im Weichziel aufpilzen und in viele Teile zerfallen, oder mit zielgerichtet taumelnden Geschossen, die ein kleines Loch am Eintritt und eine riesige Austrittsöffnung aufweisen, lassen wir hier weg – ebenso wie die seit langem im technischen Kleinkaliberbereich bis 14,5 mm verbotenen Explosivgeschosse).

Für das Durchdringen einer Panzerung dagegen ist eher ein Hartkern aus Stahl, gehärtetem Stahl oder gar aus harten Schwermetallen (Wolframkarbid oder Uran) geeignet.
Und es gibt neben Vollmaterialgeschossen natürlich diverse Kombinationen und Sonderausführungen des Geschoßkerns, aber auch Spezialkonstruktionen, wie Pfeilgeschosse, die wir hier nicht in die Betrachtung einbeziehen.

Sodann ist für die Betrachtung des Geschosses wichtig, welche Bewegungen dieses ausführt. Neben der beabsichtigten Vorwärtsbewegung sind das die gewollte Drehbewegung (Rotation), welche zur Stabilisierung der Flugbahn dient, aber auch nicht vorgesehene Pendel- und Taumelbewegungen, die sich aus der Anfangsballistik, den Außeneinflüssen und den Toleranzen von Geschoß und Lauf herleiten lassen.
Das Geschoß kommt also nur im relativ seltenen Idelfalle kerzengerade am Ziel an und kann seine maximale Tiefenleistung im Hartziel erreichen. Im Weichziel dagegen ist der reale Auftreffwinkel egal, da dieses dem Geschoß anfangs kaum Widerstand entgegensetzt.

All diese Faktoren führen dazu, daß für sichere Ergebnisaussagen nicht nur präzise genormte Entfernungen, Läufe und Geschosse (letztere möglichst von einem einzigen erfahrenen Hersteller) verwendet werden müssen, sondern auch erst eine große Anzahl von Einzelbeschüssen ein einigermaßen klares Bild über die jeweilige Wechselwirkung ergibt.
Wenn dann noch ein realitätsnaher Geschwindigkeitsbereich ausgetestet wird, dann kann man einigermaßen sicher sein, was den Charakter und die Ergebnisse dieses Prozesses betrifft.

Nun sollte man nach der Schulphysik doch meinen: ein Geschoß, je schneller es ankommt (höhere Bewegungs-“Energie“) und je härter es ist, desto besser oder tiefer wird es eine Zielanordnung durchdringen können.
Und je spitzer es ist, desto besser.
Und dann sollte es für genau definierte Anordnungen doch ein Leichtes sein, die Abhängigkeit von der Geschwindigkeit – proportional oder quadratisch – zu bestimmen.
Theoretisch und in vielen Fällen mag das so sein – die Praxis zeigt jedoch hinreichend viele „Sonderfälle“.

Was sind das für Sonderbarkeiten, die real zu beobachten sind?

So ist es durchaus festzustellen, daß entgegen allen Erwartungen ein Geschoß mit etwas geringerer Geschwindigkeit ein definiertes Ziel durchschlägt, während selbiges mit höherer Geschwindigkeit „abgefangen“ wird. Erst bei weiterer starker Steigerung der Geschoß-Geschwindigkeit wird dann diese Zielanordnung wieder durchschlagen.
Dies hängt vermutlich mit der Stabilität der Bewegungen des Geschosses zusammen, wie auch mit dem Charakter der jeweiligen Hochgeschwindigkeits-Wechselwirkung, die durchaus unterschiedlich ablaufen kann, je nach Geschoß- und Zieltyp, wie das nachfolgende Video zeigt..

Außerdem kann es durchaus sein, daß ein relativ weiches Geschoß, zum Beispiel mit Bleikern, auch im Hartziel eine größere Durchschlagsleistung erreicht als ein Stahlkerngeschoß unter annähernd gleichen Verhältnissen, vor allem bei hohen Geschwindigkeiten.
Hier ist vermutlich der Charakter der Wechselwirkung entscheidend, der zu einer anfänglichen Deformation des weichen Geschosses mit nachfolgender momentaner Umsetzung fast der gesamten Geschoßenergie im Ziel führt – und damit zu einer Art Stanz-Prozeß, der zum Durchschlag führt.

Und nicht zuletzt kann – je härter das Geschoß und das Ziel und je höher die Geschwindigkeiten – eine schon relativ geringe Abweichung (bereits zwischen nur 7 – 15 Grad Raumwinkel beim Auftreffen) vom idealen senkrechten Auftreffwinkel dafür sorgen, daß der hochgehärtete (und damit relativ spröde) Geschoßkern einfach zerbricht und die Tiefenleistung signifikant absinkt.

Einige der aufgezählten Sonderbarkeiten treten bereits bei relativ geringen Geschoßgeschwindigkeiten, wie sie beim Pistolenbeschuß auftreten, zutage – andere erst bei höheren Geschwindigkeiten (Langwaffenbereich).

Es ist also durchaus nicht so, daß die Geschoßgeschwindigkeit und damit dessen Bewegungs-„Energie“ der allein bestimmende Faktor für das Ergebnis einer solchen Wechselwirkung ist, sondern daß es eine ganze Reihe von Parametern gibt, welche das praktische Ergebnis beeinflussen.

Soweit der kleine Ausflug in die Endballistik – was lehrt er uns?
Nun vor allem das oben Gesagte: es hängt nicht nur von der „Energie“ des bewegten Körpers ab, wie seine Wechselwirkung mit einem anderen Körper aussehen wird, sondern von vielen Faktoren und Umständen.

Daher sind auch sogenannte „allgemeine Gesetzmäßigkeiten“ stets sehr mit Vorsicht zu genießen – sie gelten immer nur für ganz genau definierte Verhältnisse.
Und sind damit freilich KEINE allgemeinen Gesetzmäßigkeiten…

Oder anders herum gesagt:
es läßt sich für fast jede erwünschte „Gesetzmäßigkeit“ eine Bündel von definierten Verhältnisse formulieren, mit dessen Hilfe sich deren „Richtigkeit“ beweisen läßt. Das nennt sich dann „Wissenschaft“?

Damit bleibt als Definition von Energie die oben genannte:
Energie ist eine Vorstellung, ein Denkmodell, eine Berechnungshilfe, um beobachtbare Wirkungen in bestimmten definierten Bereichen quantifizierbar und damit vergleichbar zu machen.

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Widmen wir uns nun der Schwingung.
Ganz allgemein ist eine Schwingung erstmal ein Vorgang, bei dem sich bestimmte Zustandsgrößen um einen bestimmten Wert herum verändern.

Diese Änderung kann periodisch sein, d.h. sich mehr oder weniger exakt wiederholen, oder auch nicht.
Dementsprechend sind als gültige Begriffe die periodische und die aperiodische oder gedämpfte Schwingung definiert.
Das einfachste Beispiel einer solchen Schwingung ist uns im Physikunterricht begegnet – das Pendel. Es bewegt sich anfangs einigermaßen periodisch und schwingt dann langsam aus.

Im weiteren wollen wir periodische Schwingungen betrachten, selbstverständlich wissend, daß auch sie nicht unendlich lange vor sich gehen werden – egal, für den von uns betrachteten Zeitraum sollen sie als sich gleichmäßig wiederholend angesehen werden.
Wir merken schon, daß es erneut eine ganze Reihe von Absprachen braucht, damit wir uns überhaupt miteinander verständlich machen können. 😉

Also die periodische Schwingung, als „Sonderfall“ einer Schwingung.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sich bestimmte Zustandsgrößen (Auslenkung, Schwingungsdauer) nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten immer wiederholend gleichmäßig (oder sehr ähnlich) ändern.
Eine Beschreibung derselben gelingt meist mit Hilfe der Winkelfunktionen (Sinus, Cosinus).

Beginnen wir mit dem genannten Pendel. Wenn wir die Hin-und-her-Bewegung des Pendels aufzeichnen wollen, müssen wir gedanklich unter den Pendel einen Papierstreifen gleichmäßig entlangziehen und auf diesem zu jedem Zeitpunkt die Position eines bestimmten Teiles des Pendels abbilden – es ergibt sich eine Sinuskurve.

Dieselbe Kurve erhalten wir mit derselben Anordnung, wenn wie anstelle des Pendels einen kreisenden Punkt verwenden, der in der Ebene genau senkrecht zur Bewegungsrichtung unseres Papierstreifens kreist.

Wir merken: eine eindimensionale Bewegung (hin und her) und eine zweidimensionale Bewegung (im Kreis) erzeugen unter bestimmten einfachen Voraussetzungen dasselbe Abbild.

Wenn wir jetzt den Papierstreifen festhalten und die Ebene mit dem kreisenden Punkt wandern lassen, bekommen wir haargenau dasselbe Abbild – diesmal aber von einem dreidimensionalen Prozeß – einer Kreiselwelle!

https://www.youtube.com/watch?v=2WB7gGO0szc

die Planetenbahnen im Kugel-Sonnensystem bei einer bewegten Sonne wären Kreiselwellen

Pendel, Kreisbewegung und Kreiselwelle lassen sich mit derselben Sinus-Funktion (zumindest teilweise richtig) beschreiben.
Oder umgekehrt:
wieviele Dimensionen der betrachtete Prozeß tatsächlich hat, hängt nicht davon ab, wie seine Beschreibung aussieht.
Diese kann durchaus richtig einen Teilaspekt des Prozesses beschreiben, aber dabei den wahren Charakter des Prozesses auch nicht vollständig erfassen.

Warum diese Betrachtung?
Damit soll darauf hingeführt werden, daß wir vor lauter „wissenschaftlicher“ Beschreibung und vorgeblichen „Gesetzmäßigkeiten“ selten den Gesamtprozeß als solchen wahrnehmen, sondern statt seiner das Modell für die Wirklichkeit halten.

Ein einfaches Beispiel. Jeder meint zu verstehen, was eine Welle ist: die Ausbreitung einer Schwingung in einem Medium.
Und zwar völlig unabhängig vom Charakter der Schwingung und deren Parametern.

Das führt dann dazu, daß viele meinen, wenn sie die Frequenz (die Anzahl der Schwingungen pro Zeiteinheit) oder die Wellenlänge (den räumlichen Abstand von zwei gleichartigen Schwingungszuständen) wissen, daß sie dann diese Welle hinreichend beschrieben hätten.

Dabei „vergessen“ sie, daß sowohl Frequenz und als auch Wellenlänge vom Medium abhängen, wie auch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle.
Beim Übergang in ein anderes Medium kann sich dieselbe Schwingung in eine ganz andere Welle verwandeln – zum Beispiel durch Brechung.

Und es ist zu beachten, daß die meisten Schwingungen sich räumlich ausdehnen.

Die Wellen an der Oberfläche des Sees, wenn man einen Stein hineinwirft, sind also nur ein kleiner Teil des vom Stein ausgelösten Schwingungsprozesses – „den Rest“ – z.B. den Druckstoß innerhalb des Wassers – betrachten wir jedoch fast nie!
Dieser läßt sich aber ganz leicht nachweisen, wenn man den Prozeß sehr aufmerksam verfolgt.

Denn ein weit in den stillen See hinein geworfener Stein ruft ja viele Wirkungen hervor.
Da kommt zuerst fast gleichzeitig mit dessen sichtbarem Auftreffen eine Schallwelle innerhalb des Wassers bei uns an, die wir gut hören können – die Schallgeschwindigkeit im Wasser beträgt über 5000 m/s, ist also etwa 15mal so groß wie in der Luft!
Als zweites sehen wir mit den Augen die Entstehung der ersten Oberflächenwelle im Wasser.
Gleich danach erreicht das Geräusch vom Aufschlag des Steines per Luft-Schallwelle unser Ohr.
Und schließlich kommen einige Zeit später die vom Einschlag des Steins hervorgerufenen Oberflächenwellen des Mediums Wasser selbst bei uns an.

Und auch der Charakter der Welle spielt eine wichtige Rolle.
Wenn das Medium in Ausbreitungsrichtung schwingt (sog. Longitudinalwellen), wie das bei Schallwellen der Fall ist, dann kann gar keine exakte Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt werden, weil die Elemente des Mediums eben in dieser Richtung schwingen.
Und somit läßt sich je nach Stärke der Auslenkung (Amplitude), also Lautstärke des Schall-Ereignisses, als auch je nach Eigenbewegung des Mediums (Wind, Luftzug) für den Schall in Luft nur eine durchschnittliche Ausbreitungsgeschwindigkeit bei völliger Windstille bestimmen!

Luft-„Teilchen“anordnung bei Schallwellen
Alle schematischen Darstellungen von Schwingungen und Wellen werden dem tatsächlichen Prozeß in keiner Weise gerecht; sie sind Modellvorstellungen zwecks Berechnung bestimmter Teileigenschaften.

Ähnlich sieht es für die elektromagnetischen sog. Skalarwellen (oft auch als Tesla-Strahlung bezeichnet) aus, bei denen jeweils ein Feldstärkevektor in Ausbreitungsrichtung schwingt – mal die elektrische Feldstärke Ē (elektrische Skalarwellen, mit denen Tesla Energie übertragen hat), mal die magnetische Feldstärke B (magnetische Skalarwellen, mithilfe derer die innermenschliche Nerven-Kommunikation erfolgt).
Skalarwellen sind Resonanzwellen, daher kann mit ihnen Energie verlustfrei übertragen werden.
Oder Information mit einem minimalen Energieaufwand.

Schwingen dagegen das Medium oder die charakteristischen Feldvektoren senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, so haben wir es mit sog. Transversalwellen zu tun.
Ein Beispiel dafür sind die sog. Hertzschen Wellen oder Radiowellen.
Für diese kann im jeweiligen Medium die Ausbreitungsgeschwindigkeit exakt gemessen werden, weil die Veränderungen in der senkrecht dazu gelegenen „Ebene“ stattfinden.

Bei der praktischen Radioübertragung findet ständig ein Übergang zwischen beiden Formen der elektromagnetischen Wellen statt: die Sendeantenne verlassen Skalarwellen, die sich dann nach und nach im Nahbereich in Radiowellen „entrollen“ (umwandeln).
Bestätigen können das clevere „Laubenpieper“, die in der Nähe von Funksendern ihre Lauben im Schrebergarten mit einer dicken Spule drahtlos elektrifizieren konnten – bis die Kollegen von der Feldstärkemessung kamen…

Die Radiowellen breiten sich dann in alle Richtungen aus, über weite Entfernungen, und können von allen, die ihren Empfänger in Resonanz mit der gesendeten Frequenz einstellen, empfangen werden. An der Empfangsantenne rollen sich dann die Radiowellen wieder in Skalarwellen auf.

Aber.
Wie wir eingangs gesehen haben, „vergessen“ wir bei dieser Art Betrachtung von „Ausbreitungsrichtungen“, daß fast alle Wellen sich RÄUMLICH im Medium ausbreiten, d.h. nicht nur in eine Richtung, sondern in alle Richtungen!
Anstelle in einer „Ebene“ senkrecht zur Aufbreitungsrichtung verändern sich die Feldvektoren in einer kugelförmigen Fläche!

Druckwelle bei Explosion über einer Oberfläche – bitte räumlich denken!

Denn die „Wellenfront“ der Ausbreitung ist nur im seltenen Sonderfall eine gerade Fläche (Ebene), sie wird immer nach kurzer Zeit kugelähnlich (wenn keine Hindernisse dem entgegenstehen).
Es gibt im Netz inzwischen mehrere Videos von Explosionsereignissen, die mit hinreichender Auflösung aufgezeichnet wurden und die Luft-Druckwelle der Explosion zumindest erahnen lassen – das bekannteste betrifft das Fukushima-Ereignis von 2011.
Außerdem lassen sich Fotos finden, auf denen eine solche Stoßwelle abgebildet ist.

bei Sekunde 25 kann man die Druckwelle erkennen, die sich halbkugelförmig schnell ausbreitet

Das sind solche sichtbaren Beweise für das eben Dargelegte, die sich jeder ohne viel Aufwand mal ansehen kann.
Denn leider können wir elektromagnetische Wellenvorgänge nicht mit dem Auge sehen – vor allem wohl wegen deren enorm hoher Prozeß-Geschwindigkeit…

Wenn wir also von elektromagnetischen Wellen reden und deren Ausbreitung, so erfolgt diese stets räumlich, d.h. in alle Richtungen – selbst wenn sie mit entsprechenden Richtantennen vornehmlich in eine bestimmte Richtung abgestrahlt werden.
Davon kann sich jeder mit Hilfe eines Richtlautsprechers (z.B. die früher zur Beschallung von Kundgebungen überall eingesetzten Druckkammer-Lautsprecher, heute noch in den sog. „Flüstertüten“ zu finden) überzeugen.

Es erfolgt auch hier die Ausbreitung nicht nur in einer Richtung und auch nicht in einer Ebene, sondern trotz gerichteter Abstrahlung im weiteren kugelförmig und erreicht auch den Ort HINTER der Quelle nach kurzer Zeit, wenn auch mit schwächerer Amplitude/Lautstärke.

Das sollte jeder wissen, der sich von „Experten“ erzählen läßt, daß Richtfunk (zum Beispiel der Polizeifunk TETRA) völlig ungefährlich sei…

Was auch noch einige Worte verdient, ist das Medium.
Ohne Medium keine Welle.
Ohne Luft oder Wasser oder Glas keine Schall-Weiterleitung – je „dünner“ die Atmosphäre, desto weniger „Lärm“.

Ohne Wasser keine Wellen, obwohl diese sich nur oberflächlich fortsetzen – in 70 Metern Wassertiefe im freien Ozean ist von stärksten Sturm nichts mehr zu spüren – außer einem Rauschen.
Wenn also elektromagnetische Wellen sich in der Erdatmosphäre ausbreiten, dann können sie das nur, weil die Erde selbst ein elektrisches und magnetisches Feld besitzt.

Und dasselbe träfe dann auch für den Raum zwischen Erde und Sonne zu, denn auch Licht ist ja – sogar laut Schulwissenschaft – eine elektromagnetische Welle.
Zwar mit für diese unverständlichen „Teilchen-Eigenschaften“, aber dieses Thema haben wir ja schon ausführlich abgehandelt. Hier nochmal dazu die Links:
https://bumibahagia.com/2014/02/17/der-teilchen-mythos/ – Teil 1
Teil 2: https://bumibahagia.com/2014/11/02/luckys-nachtgedanken-6-blicke/
Teil 3: https://bumibahagia.com/2014/11/03/luckys-nachtgedanken-7-das-ungeteilte-ganze/
Teil 4: https://bumibahagia.com/2014/11/24/luckys-nachtgedanken-8-resonanz/
Teil 5: https://bumibahagia.com/2014/11/24/luckys-nachtgedanken-9-ewig/

Da im schulischen Kugelmodell ein sog. Vakuum zwischen Sonne und Erde liegen soll, so MUß dieses ZWINGEND mit elektrischen und magnetischen Feldern oder einem Medium mit solchen Übertragungs-Eigenschaften (Äther?) angefüllt sein – anders wäre eine Energieübertragung von der Sonne zur Erde nicht möglich.
Also wieder nix – kein Vakuum – keine „fliegenden“ Kugeln, denn jedes Medium würde ja der Bewegung seit Millionen von Jahren einen Widerstand entgegensetzen – also müßte ständig Energie zugeführt werden, damit das Ganze funktioniert…

Liebe Kugelfans: befragt doch bitte dazu mal eure „Experten“… 😉

LH