Die Kunst der Ingenieure

Transkript

1 Die Kunst der Ingenieure 7 Dinge, die Sie wissen sollten Wir erforschen das Universum und die Nanowelt, bauen riesige Gebäude und intelligente Roboter: Quarks & Caspers stellt die größten technischen Leistungen vor und zeigt, wovon Ingenieure heute träumen. Redaktion: Daniele Jörg Chefautor: Ingo Knopf Autoren: Judith Ahues, Krischan Dietmeyer, Christoph Peters, Dirk Schneider Assistenz: Angelika Kindler Wer waren die ersten Ingenieure? Krabbeln für die Wissenschaft Wer hat das Rad erfunden Warum sind Brücken so stabil? Traurige Berühmtheit Wie hoch können wir bauen? Warum ist Kleinsein eine so große Sache? Was verdanken wir der Dampfkraft? Warum haben wir Angst vorm Fliegen? Experiment am Himmel Was ist die cleverste Maschine? Wie haben wir es bloß bis zum Mond geschafft? Apollotechnik im Alltag Wann kann ich auf den Mars umziehen? Seite 1

2 Wer waren die ersten Ingenieure? Erfinderische Natur Vor zweieinhalb Millionen Jahren haben unsere Vorfahren zum ersten Mal Steinwerkzeuge benutzt. Seitdem sind wir zu einer Spezies der Erfinder geworden. Ingenieure konstruieren gewaltige Bauwerke, erschaffen eine Welt voller Technik. Doch bereits die Natur hat Großes geleistet. Schaut man genauer hin, zeigt sich: Einige spektakuläre Erfindungen der Neuzeit gibt es schon sehr lange. Seite 2

3 Krabbeln für die Wissenschaft Was Roboter-Entwickler von Tieren lernen Kakerlaken, Tausendfüßler, Eidechsen und Krabben sind Fluchttiere. Sie haben im Lauf der Evolution erstaunliche motorische Fähigkeiten entwickelt, um bei Gefahr rasch das Weite zu suchen und aus dem Blickfeld möglicher Fressfeinde zu verschwinden. Jetzt studieren Forscher die komplexen Bewegungsabläufe der Tiere im Labor. Ihr Ziel: Sie wollen das Design und die Bewegungsmöglichkeiten von Robotern verbessern. Inzwischen gibt es eine Reihe von Robotern mit neuartigem Bewegungsrepertoire. Filmautor: Krischan Dietmeyer Seite 3

4 Wer hat das Rad erfunden? Die Reibung austricksen Um einen schweren Gegenstand zu verrücken, müssen wir Kraft aufwenden. Ist sie groß genug, überwinden wir damit die Reibungskraft, die bremsend auf den Gegenstand wirkt. Nehmen wir Rollen zu Hilfe, wird das Verrücken einfacher: Schon die Menschen im antiken Ägypten haben so tonnenschwere Steinquader aus den Steinbrüchen zu den Baustellen der Pyramiden transportiert sie legten einfach Baumstämme unter die Quader. Sehen Sie, wie Ingenieure diese Idee weiterentwickelten. Seite 4

5 Warum sind Brücken so stabil? Gleichgewicht der Kräfte Römische Baumeister hatten einen guten Grund, stabile Brücken zu bauen: Sie mussten sich bei der Eröffnung der Brücke darunter stellen. Hielt sie nicht, bezahlten sie das Ergebnis ihrer falschen Berechnungen mit ihrem Leben. Beim Bau einer Brücke gilt es, die Zug- und die Druckkraft auszugleichen, die bei Belastung auf die Brücke wirken. Im antiken Rom war die - optisch ansprechende - Bogenform das beliebteste Konstruktionsmodell. Doch auch andere Bauformen sind stabil und sehen gut aus. Seite 5

6 Traurige Berühmtheit Die Geschichte der Schrägseilbrücke Nienburg In Nienburg an der Saale entsteht im Jahr 1825 eine der ersten Schrägseil- Hängebrücken der Welt. An eine solche Konstruktion hatte sich in Deutschland bisher noch niemand herangetraut, doch der Chefbaurat des Herzogtums Anhalt- Köthen Gottfried Bandhauer wagt es und entwirft eine aufsehenerregende Hängebrücke: Die über 50 Meter langen Brückenhälften werden allein von zentimeterdicken Eisenbändern gehalten. Auf Brückenpfeiler verzichtet Bandhauer und vollendet so ein architektonisches Schmuckstück. Die Nienburger sind begeistert. Nur wenige Monate später endet ihr Traum von der perfekten Brücke abrupt. Filmautoren: Dirk Schneider, Christoph Peters Seite 6

7 Wie hoch können wir bauen? Architekten im Rekordfieber Die Cheops-Pyramide in Ägypten ist rund 140 Meter hoch. Um sie zu bauen, türmen unzählige Arbeiter jahrelang tonnenschwere Steinquader übereinander ihr architektonischer Höhenrekord hält jahrtausendelang. Ab Ende des 19. Jahrhunderts ändern sich jedoch die technischen Möglichkeiten für Architekten dramatisch. Mithilfe von Stahlträgern können sie jetzt moderne, leichte Hochhäuser bauen. Jetzt gilt wieder die Devise: je höher desto besser. Inzwischen ist die 800-Meter-Marke geknackt. Das nächste Ziel: ein Gebäude, das einen Kilometer hoch ist. Seite 7

8 Warum ist Kleinsein eine so große Sache? Faszinierende Nanowelt Nanopartikel sind nur Bruchteile eines Millimeters groß, doch sie revolutionieren derzeit die Wissenschaft: Durch ihre winzigen Strukturen vergrößern sie die Oberfläche eines Stoffes und verändern dadurch seine Eigenschaften. So lässt ein Stoff aus Nanomaterial plötzlich Schmutz abperlen, wird extrem stabil oder leitet sogar Strom. Die bekanntesten Bausteine der Nanowelt sind die sogenannten Bucky-Balls, runde Moleküle aus Kohlenstoffatomen. Aus ihnen entstehen die Baustoffe der Zukunft. Seite 8

9 Was verdanken wir der Dampfkraft? Revolutionäre Antriebstechnik Heißer Wasserdampf ist ein guter Energieträger. Wird der Dampf durch ein druckfestes Rohr geleitet, kann er zum Beispiel einen Kolben antreiben. Die erste Maschine, die mit Dampfkraft arbeitet, erfindet der antike, griechische Mathematiker Heron von Alexandria. Er baut allerdings nur eine Art Spielzeug - die Aelolipile, den sogenannten Heronsball. Wie nützlich die Dampfkraft ist, begreift Heron nicht und so gerät seine Idee in Vergessenheit. Bis sich der Schotte James Watt erneut für die Dampfkraft begeistert und damit eine technische Revolution auslöst. Seite 9

10 Warum haben wir Angst vorm Fliegen? Die größten Gefahren in der Luft Damit ein Flugzeug fliegen kann, braucht es Auftrieb. Er entsteht durch Luft, die um die Tragflächen strömt. So kann sogar ein 570 Tonnen schweres Passagierflugzeug abheben und in der Luft bleiben. In zehn Kilometer Reisehöhe sind die Passagiere durch eine Hülle aus Metall und Plexiglas vor der lebensfeindlichen Umgebung geschützt. Statistisch gesehen ist Fliegen sicherer als Autofahren. Und doch empfinden das viele ganz anders. Seite 10

11 Experiment am Himmel Wie Drachen Strom erzeugen US-amerikanische Forscher gehen neue Wege, um Windkraft zu gewinnen. Sie bauen keine herkömmlichen Windräder mehr, sondern entwickeln Turbinen, die wie Drachen am Himmel fliegen und nur noch durch ein Drahtseil mit dem Boden verbunden sind. Auf festen Flügeln aus Carbonfasern sitzen jeweils vier Rotoren und erzeugen Strom, wenn der Wind den Drachen in großen Kreisbewegungen vorantreibt. Die fliegenden Windräder erreichen die kräftigen Höhenwinde - ihre Energieausbeute soll deshalb höher und beständiger sein. Der Wettlauf um das beste Modell ist in vollem Gang. Filmautor: Krischan Dietmeyer Seite 11

12 Was ist die cleverste Maschine? Wettstreit der Supercomputer Die leistungsstärksten Supercomputer der Welt sind hunderttausendmal schneller als handelsübliche PCs. Sie rechnen in Petaflop-Geschwindigkeit: Ein Petaflop das sind eine Billiarde Rechenschritte pro Sekunde. So können Petaflop- Supercomputer komplexe Simulationen oder Modelle berechnen. Ihre Rechenkapazität steigt ständig, doch sind sie auch intelligent? Im härtesten Test der Computerwelt können sie es beweisen. Seite 12

13 Wie haben wir es bloß bis zum Mond geschafft? Geheimnisse von Apollo 11 Der erste bemannte Flug zum Mond ist in die Geschichte eingegangen. Am 16. Juli 1969 starten die drei Astronauten Neil Armstrong, Edwin Buzz Aldrin und Michael Collins mit einer Saturn-V-Rakete, der größten und stärksten Rakete, die je gebaut wurde. Am 20. Juli 1969 landen Aldrin und Armstrong mit der Mondlandefähre Eagle auf dem Erdtrabanten. Millionen Fernsehzuschauer sind live mit dabei, als Armstrong sechs Stunden nach der Landung als erster Mensch den Mond betritt. Erst im Nachhinein wird bekannt, wie viele technische Probleme die Mannschaft auf ihrer Reise zum Mond bewältigt hat. Seite 13

14 Apollotechnik im Alltag Wie Erfindungen aus der Raumfahrt unser Leben verbessern Der Aufenthalt im All erfordert für Menschen besonderen Schutz: Um die Astronauten gegen die starke Sonneneinstrahlung zu schützen, beschichtet die NASA die Helme mit einem extremen UV-Schutz. Außerdem synchronisiert sie die Uhren der Raumfahrer neu. Alle Astronauten des Apolloprogramms lesen die Zeit von Uhren ab, in denen Quarzkristalle die Zeit takten. Verspiegelte Sonnenbrillen und Quarzuhren: Ohne die Raumfahrt gäbe es viele moderne Errungenschaften nicht. Erfahren Sie bei Quarks & Co, welche Erfindungen aus der Raumfahrt wir heute selbstverständlich nutzen. Filmautorin: Judith Ahues Seite 14

15 Wann kann ich auf den Mars umziehen? Pläne für die neue Heimat Noch ist der Mars ein ziemlich unwirtlicher Nachbarplanet es ist dort zu kalt und es fehlt Luft zum Atmen. Zukunftsvisionäre schmieden jedoch schon Pläne, wie aus dem Mars eine Art Ersatzerde werden soll. Schließlich ist der Mars unsere erste Wahl, wenn die Erde für Menschen unbewohnbar wird. Die Umgestaltung eines ganzen Planeten ist allerdings eine echte Herausforderung. Und ein wenig Zeit muss die Menschheit dafür auch mitbringen... Seite 15

16 Impressum: Herausgeber: Westdeutscher Rundfunk Köln Verantwortlich: Quarks & Co Claudia Heiss Redaktion: Daniele Jörg Gestaltung: Designbureau Kremer & Mahler, Köln Bildrechte: Alle: WDR, außer: S. 2, S. 4, S. 9, S. 10, S. 12, S. 13, S. 15 BBC/WDR und S. 5, S. 7, S. 8 BBC WDR 2014 Seite 16