Bücher der Reihe Berichte aus der Physik

Radioaktivität ist ein Phänomen, das stets auch schon von Natur aus auf den Menschen eingewirkt hat. In diesem Buch wird erklärt, wie es zur natürlichen Radioaktivität kommt und welche Auswirkungen dabei auftreten können. Insbesondere wird die Entstehung der primordialen Radionuklide im Zuge der kosmischen Nukleosynthese beschrieben, werden die natürlichen Zerfallsreihen vorgestellt und die Nachbildung von kurzlebigen Radionukliden durch die Höhenstrahlung erläutert. Neben interessanten neueren Entdeckungen im Zusammenhang mit der kosmischen Höhenstrahlung wird auch kurz auf den historischen Verlauf der Erforschung der Radioaktivität eingegangen. Die wichtigsten, natürlich vorkommenden Radioisotope bzw. radioaktiven Elemente werden beschrieben sowie deren historische und aktuelle Verwendung und Bedeutung. Über einige interessante Aspekte, wie etwa die Bestimmung des Erdalters, den Beitrag zum Wärmehaushalt der Erde, die Radioaktivität in Mineralien, Datierungsmethoden, Umweltschädigungen durch Uranabbau, die Existenz eines natürlichen Kernreaktors, Radonheilkurorte und Erdbebenprognose, wird berichtet. Ein eigenes größeres Kapitel handelt von der Radiokohlenstoffdatierungsmethode, auf welchen Prinzipien sie beruht, welche Techniken verwendet werden, und welche Probleme dabei zu beachten sind. Schließlich wird auf die biologische Wirkung der Radioaktivität eingegangen, auf individuelle Unterschiede in der Strahlenempfindlichkeit hingewiesen, sowie die Größe der Strahlenbelastung des Menschen und die Verteilung auf verschiedene Ursachen dargestellt. Man erkennt dabei, daß die natürliche Radioaktivität bzw. natürliche Strahlenquellen den größten Teil der Strahlenbelastung verursachen, was natürlich auch im Hinblick auf gesetzliche Regelungen von Bedeutung ist. Auch die oft erwähnten "Heilwirkungen" geringer radioaktiver Exposition wird diskutiert bzw. der Annahme des konservativen Strahlenschutzes (lineare Zunahme des Risikos ohne unter Schwelle) gegenübergestellt. Damit ergibt sich auch, daß der Begriff "Risiko" genauer untersucht wird, wobei hier insbesondere das Strahlenrisiko durch Radon (Lungenkrebsrisiko) mit anderen Risken verglichen wird.Das Buch ist aus einer Vorlesung entstanden, die Studenten der Naturwissenschaften in die grundlegenden Tatsachen der natürlichen Radioaktivität einführen soll. Zum Verständnis sind dabei keine besonderen Vorkenntnisse nötig und die im Text vorkommenden Formeln haben eher ilIustrativen Charakter bzw. sollen die Studenten auf eventuelle Querverbindungen hinweisen.

Studierende der Physik, aber auch anderer Naturwissenschaften, werden typisch im Rahmen eines physikalischen Anfänger-Praktikums zum ersten Mal ernsthaft mit eigenständig durchzuführenden Experimenten konfrontiert. Das Buch soll dem/der Studierenden in dieser Phase der Herausforderung bei der klaren Darstellung von Messdaten und -ergebnissen sowie bei elementaren Auswertungsschritten helfen. Es soll die weit verbreitete Scheu von scheinbar undurchsichtigen und aufwändigen Verfahren zur Fehleranalyse abbauen, indem es den Leser nicht mit Formeln erschlägt, sondern ihn zu einem grundlegenden Verständnis über das Warum und das Wie hinführt. Im Interesse einer ausführlicheren Darstellung dieser Grundlagen wird darauf verzichtet, auf weitergehende Methoden einzugehen. Der Studienanfänger soll mit den prinzipiellen Grundlagen einer Datenauswertung vertraut gemacht, nicht durch zu viele Verallgemeinerungen, die in diesem Stadium noch nicht benötigt werden, abgeschreckt werden.Der konzeptionelle Schwerpunkt liegt darauf, zu vermitteln, dass experimentelle Messergebnisse grundsätzlich eine Unsicherheit besitzen und dass eine ehrliche und verlässliche Aussage über die Qualität eines Messergebnisses oder daraus abgeleiteter Resultate erst durch eine angemessene Fehleranalyse möglich wird. Die grundlegeden Verfahren hierzu werden in diesem Buch erläutert. Dabei wird weitgehend versucht, die Methoden zu begründen oder zumindest plausibel zu machen, um ein gesundes Vertrauen zu den Standardverfahren zu erzeugen. Ein frühzeitiges grundlegendes Verständnis der Konzepte der elementaren Fehlerrechnung erleichtert es in der Folge, u.a. bei späterem wissenschaftlichen Arbeiten, die Abneigung gegenüber einer konsequenten und sorgfältigen Fehleranalyse eigener Messdaten zu minimieren.

Die Grundlagen nehmen einen großen Bereich in Anspruch, da er viele Begriffe beinhaltet, die zum Musikverständnis beitragen. So z.B. Höreindrücke wie Schall, Geräusch, Klang, Ton, Tonhöhe und Tonstärke, aber auch Begriffe wie Quer- und Längsschwingungen. Zu den Grundlagen gehören auch die Obertonreihe mit ihren Frequenzverhältnissen und alle Kirchentonarten, wobei die ionische und äolische den heutigen Tonleitern entsprechen. Ferner gehören Quintenzirkel, Konsonanz, Dissonanz, die diatonische-, chromatische- und die Dur- und Moll- Tonleiter zum Alltag, Auf die pythagoreische Tonleiter, das syntonische- und pythagoreische Komma und spezielle Frequenzverhältnisse wird eingegangen.Musikalische Stimmungen, wie die pythagoreische, mitteltönige, reine- und temperierte, sowie der Vergleich der beiden letzten werden erklärt, aber auch das Cent-System und der Tritonus. Ferner zeigt eine Tabelle den Frequenzbereich des Klaviers an.Der zweite Abschnitt befasst sich mit Musikinstrumenten. Hier werden sie klassifiziert nach den physikalischen Grundlagen der Tonerzeugung und nach Art ihrer Spielweise. Bilder und graphische Darstellungen der Ton - und Frequenzbereiche einiger Orchesterinstrumente sind farblich dargestellt. Die Frequenzverläufe in Richtung höherer Töne folgen nach einem Exponentialgesetz. Der Periodenverlauf, das Obertonspektrum, Bereichswerte von Formanten der Musikinstrumente und der menschlichen Stimme sind in Diagrammen dargestellt. Dass Prinzip einer einfachen Orgel und der Aufbau eines Sinfonieorchesters sowie einer Big-Band beendet den Abschnitt.Der dritte Abschnitt befasst sich mit Erzeugung und Verbreitung von Musik. Elektromagnetische Wellen entsenden Musik über Rundfunk und Fernsehen. Von Schwingungen (so gibt z.B. das Metronom durch seine Schwingung den Takt an) über Wellen bis Schall tauchen Begriffe wie Schallgeschwindigkeit, Schallpegel, Lautstärke und Hörfläche auf. Transversale und Longitudinale Schwingungen beherrschen die Musik. Tonstudios sind Voraussetzungen für die Aufzeichnung und Weiterleitung von Musikdarbietungen. Tonfrequenzen werden den hochfrequenten Sendefrequenzen aufgeprägt, was man als Modulation bezeichnet. Hier unterscheidet man zwischen Amplituden- und Frequenzmodulation, wobei Begriffe wie Frequenzhub, Bandbreite und Stereophonie dazu gehören.