Die Pausenberger-Rinne



Vorläufer: Der schräge Raum

Dass Bälle in (unverzerrt) schrägen Räumen scheinbar bergauf rollen können, ist ein bekanntes und gut beschriebenes Phänomen. Der Effekt beruht darauf, dass der Raum um den nötigen Winkel gekippt ist, ohne dass dies der Betrachter erkennt. Aufgrund des konstanten Winkels zwischen scheinbarer und tatsächlicher Waagrechte weichen erwartete und tatsächliche Beschleunigungen überall im Raum in gleicher Weise voneinander ab.

Vorläufer: Der Amesraum

Mit wenigen Schritten vom Riesen zum Zwerg - in diesem verrückten Raum wird es möglich. Dahinter steckt kein Kameratrick, sondern eine ausgeklügelte Architektur. Auch wenn der Raum in der visuellen Wahrnehmung ganz normal aussieht, ist er doch in Wahrheit völlig verzerrt. Boden und Decke sind abgeschrägt. Außerdem ist eine Ecke der Rückwand zurückgesetzt, sodass es innen, anders als gewohnt, lauter schiefe Winkel gibt. Die aufgemalten Fenster und das Karomuster auf dem Fußboden unterstützen den Effekt durch perspektivische Verzerrungen.

Rechts: Bei Fersehaufnahmen des SWR im Amesraum der Wanderausstellung, Februar 2007: "Riese und Zwerg" mit Prof. Spitzer.

Entwicklung des neuen Phänomens

Im Rahmen des Kooperationsprojekts Schule@Museum zwischen dem turmdersinne und seiner Schule entwickelte der Physiklehrer und turmdersinne-Mitarbeiter Rudolf Pausenberger dieses Prinzip 2004 weiter.

Er konstruierte ein Rinnenensystem für den Ames-Raum, in dem Bälle in unterschiedliche Richtungen scheinbar bergauf beschleunigen.

Starten Sie dazu einen Videofilm oder laden Sie ihn sich herunter (rechte Maustaste, "Ziel speichern unter...").



Wanderausstellung

In der Wanderausstellung des turmdersinne ist der Amesraum mit der Pausenberger-Rinne in drei Varianten entleihbar:

a) als Modell, in dem Besucher wie im obigen Videofilm Murmeln rollen lassen
b) als Modell, in dem Wasser scheinbar bergauf fließt, hier am Messestand eines Sensorherstellers.
c) als begehbarer Raum, hier ein Foto vom Aufbau für RTL.


Theoretischer Hintergrund

Der Ames-Raum ist in sich so verzerrt, dass die Metrik des Raums an jeder Stelle anders, also lokal unterschiedlich ist. Der Betrachter wird durch geeignete Position seines Auges über diese Verzerrung hinweggetäuscht, ihm erscheint der Raum rechtwinklig.
In einem solchen Raum kann man nun mechanische Experimente installieren. Zum Beispiel zwei Rinnen, in denen scheinbar physikalisch unmögliche Bewegungsabläufe stattfinden:
Im vorliegenden Beispiel rollen Kugeln nur unter dem Einfluß der Schwerkraft, oben von rechts nach links, unten in die umgekehrte Richtung. Jeweils aber scheinbar bergauf beschleunigt!
Anders als in gekippten Räumen gibt es verzerrte Räume (z.B. den Ames-Raum), in denen winkel- und längenabhängige Vorgänge - wie das beschleunigte Rollen von Kugeln - nicht immer invariant gegenüber Verschiebungen sind. Ein gekippter Raum und ein Ames-Raum sind Spezialfälle allgemeiner Raumkonstruktionen, die sich kombinieren lassen.
Rinnen der beschriebenen Art können zu Systemen verbunden werden, die etwa an Zeichnungen von Oscar Reutersvärd und M.C. Escher erinnern oder gar ein Perpetuum Mobile simulieren.



Presse

* Nürnberger Nachrichten: Wenn Murmeln plötzlich bergauf rollen können (20. Juli 2005)

* Pegnitz-Zeitung: Eine Kugel, die bergauf rollt (14./15. August 2004)