Wie schafft es ein Strohhalm aufrecht zu stehen?
Menschen bauen auf komplizierte Art-und-Weise Hochäuser und sie sind bei Wind trotzdem noch in Gefahr. Einem Strohalm geht es erst bei richtigem Sauwetter richtig saumäßig, sodass er umknickt.
Was ist so besonders an der Struktur eines Strohalmes?
Für Antworten wäre ich sehr dankbar! 
da Air-Ric
Moin, da Air-Ric,
Was ist so besonders an der Struktur eines Strohalmes?
seine Biegsamkeit. Hochhäuser könnte man wohl auch so bauen, blöderweise spielen die Bewohner nicht mit, wenn ihnen die Kaffetassen vom Tisch rutschen.
Gruß Ralf
blöderweise spielen die Bewohner nicht mit, wenn ihnen die
Kaffetassen vom Tisch rutschen.
Wohl wahr! 
Aber ist es denn denkbar bzw vielleicht ja sogar schon möglich die Struktur eines solchen Halmes nachzubauen?
Was ist so besonders an der Struktur eines Strohalmes?
Das Geheimnis liegt nicht in der Struktur, sondern in der Größe. Der Strohhalm ist einfach viel kleiner als ein Hochaus und ist deshalb auch viel kleineren Kräften ausgesetzt.
Moin da Air-Ric,
Wie schafft es ein Strohhalm aufrecht zu stehen?
weil die Kräfte nicht linear wachsen, sondern z.T. quadratisch, oder gar exponentiell.
Einen weiteren Grund hat Dir bereits Ralf genannt, aber auch da ist die Grenze der zerstörungsfreien Belastung schnell erreicht.
Gandalf
Hallo!
Was ist so besonders an der Struktur eines Strohalmes?
Das Geheimnis liegt nicht in der Struktur, sondern in der
Größe. Der Strohhalm ist einfach viel kleiner als ein Hochaus
und ist deshalb auch viel kleineren Kräften ausgesetzt.
Eine derart simple Antwort hätte ich von Dir - mit Verlaub! - nicht erwartet.
Es liegt tatsächlich (auch und vor allem) an der Struktur. Der Grashalm erreicht ein Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, von dem menschliche Konstruktionen nur träumen können. Tatsächlich versucht man diese Bauprinzipien abzuschauen. Das nennt sich dann Bionik.
s. z. B.: http://www.wissenschaft-online.de/page/fe_seiten?art…
Michael
eher nicht. Mit der Länge wächst die Fläche im Quadrat, das Volumen und damit die Masse in der dritten Potenz. Was also doppelt so lang ist, wiegt das Achtfache.
Gruß Ralf
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Was ist so besonders an der Struktur eines Strohalmes?
Das Geheimnis liegt nicht in der Struktur, sondern in der
Größe. Der Strohhalm ist einfach viel kleiner als ein Hochaus
und ist deshalb auch viel kleineren Kräften ausgesetzt.Eine derart simple Antwort hätte ich von Dir - mit Verlaub! -
nicht erwartet.
Es kostet mich ein Lächeln einen einfachen Sachverhalt kompliziert zu erklären, aber das muss ja nicht unbedingt sein. Wie Gandalf bereits sagte, wachsen die Kräfte nicht linear. Deshalb ist es nicht möglich einen Strohhalm auf Hochhausdurchmesser hochzuskalieren ohne dass er bereits ohne Windlast unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht. Keine noch so ausgeklügelte Struktur kann in solchen Dimensionen auch nur annähern das gleiche Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht erreichen - erst recht nicht mit dem gleichen Material. Das schafft der Strohhalm nur, weil er so klein ist.
Hallo!
Es kostet mich ein Lächeln einen einfachen Sachverhalt
kompliziert zu erklären, aber das muss ja nicht unbedingt
sein. Wie Gandalf bereits sagte, wachsen die Kräfte nicht
linear. Deshalb ist es nicht möglich einen Strohhalm auf
Hochhausdurchmesser hochzuskalieren ohne dass er bereits ohne
Windlast unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht.
Ging es darum, einen Grashalm einfach hoch zu skalieren? Oder ging es darum, von Pflanzen Strukturen abzuschauen, die eine Effizienzsteigerung bewirken?
Falls ersteres der Fall sein sollte, dann haben wir aneinander vorbei geredet, denn das ist natürlich Quatsch. Wenn es jedoch darum geht, aus minderwertigen Werkstoffen das Optimum heraus zu holen, ist uns die Natur vermutlich noch etwas mehr als eine Nasenlänge voraus.
Michael
Ging es darum, einen Grashalm einfach hoch zu skalieren?
Wie sollte man sonst die Frage beantworten, ob die im Vergleich zu Hochhäusern höhere Widerstandsfähigkeit von Strohhalmen gegenüber Windlasten auf ihre Struktur zurückzuführen ist? Das lässt sich doch am einfachsten prüfen, indem man einen Strohhalm mitsamt seiner Struktur unter Beibehaltung aller anderen Randbedingungen auf die Größe eines Hochhauses skaliert. Wenn es an der Struktur läge, dann müßte das Ergebnis stabiler sein als ein Hochhaus. Das ist aber nicht der Fall.
Oder
ging es darum, von Pflanzen Strukturen abzuschauen, die eine
Effizienzsteigerung bewirken?
Es mag ja sein, dass da Air-Ric sowas im Sinn hatte, nur geschrieben hat er es nicht.
Wenn es jedoch
darum geht, aus minderwertigen Werkstoffen das Optimum heraus
zu holen, ist uns die Natur vermutlich noch etwas mehr als
eine Nasenlänge voraus.
Sicher nicht bei Hochhäusern. Da lösen die Ingenieure schon lange Probleme, vor denen die Natur nie gestanden hat und für die sie deshalb auch keine Lösungen bereit hält. Bionik ist auf die Dimensionen von Lebewesen beschränkt.
Natur und Technik
Hallo,
Ging es darum, einen Grashalm einfach hoch zu skalieren? Oder
ging es darum, von Pflanzen Strukturen abzuschauen, die eine
Effizienzsteigerung bewirken?
Es ging tatsächlich um den Vergleich Strohhalm mit Hochhaus.
Falls ersteres der Fall sein sollte, dann haben wir aneinander
vorbei geredet, denn das ist natürlich Quatsch. Wenn es jedoch
darum geht, aus minderwertigen Werkstoffen das Optimum heraus
zu holen, ist uns die Natur vermutlich noch etwas mehr als
eine Nasenlänge voraus.
Ob Stroh nun ein minderwertiger Rohstoff ist oder nicht ?
Immerhin ist es organische Materie und damit doch sehr komplex.
Was ist also Minderwertig und was nicht?
Ansonsten haben wir inzwischen schon Möglichkeiten, die zumindest
teilweise auch über die Möglichkeiten der Natur weit hinausgehen.
z.B. Ein Röhrchen aus Federstahl wird sich genauso wie ein Strohhalm
im Wind wiegen, ohne zu brechen. Der stirbt auch nicht und verrottet
nicht bis zum nächsten Jahr.
Ein Röhrchen aus Carbonfaser hat mit Sicherheit eine deutlich höhere
Festigkeit als Stroh.
Der Vergleich Natur-Technik ist natürlich immer interessant und die
Natur hat auf vielen Gebieten noch haushoch Vorsprung.
Aber gerade im Bereich Konstruktions- und Werkstoffe gibt es auch
schon eine Menge Punkte für uns. Deshalb ist diese Paschalausage
zur Überlegenheit natürlicher Prinzipien nicht völlig kritiklos angebracht.
Gruß Uwi
Hallo!
Ob Stroh nun ein minderwertiger Rohstoff ist oder nicht ?
Immerhin ist es organische Materie und damit doch sehr
komplex.
Was ist also Minderwertig und was nicht?
Die Antwort gibst Du Dir selbst:
z.B. Ein Röhrchen aus Federstahl wird sich genauso wie ein
Strohhalm im Wind wiegen, ohne zu brechen. Der stirbt auch nicht und
verrottet nicht bis zum nächsten Jahr.
Ein Röhrchen aus Federstahl der gleichen Masse? Da würden mich mal konkrete Daten interessieren. Und was das Sterben anbetrifft: Wie steht es denn mit der Korrosionsbeständigkeit? Wie mit Selbstheilungsfähigkeit? (Ich will keine Diskussion vom Zaun brechen, sondern nur darauf hinweisen, dass man Äpfel zwar mit Birnen vergleichen kann, aber nicht mit Glühbirnen).
Ein Röhrchen aus Carbonfaser hat mit Sicherheit eine deutlich
höhere Festigkeit als Stroh.
Unbestritten. Mir ging es aber gerade darum, dass die Natur in der Lage ist, aus Zellulose und Lignin (also aus Stoffen mit eher bescheidenen Festigkeitswerten) sehr stabile Strukturen aufzubauen.
Deshalb ist diese Paschalausage
zur Überlegenheit natürlicher Prinzipien nicht völlig
kritiklos angebracht.
Ich will es mal umformulieren: Die einzige Erfindung, die der Mensch vor der Natur gemacht hat, ist das Rad. Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff aus dem spröden Beton und dem besonders zugfesten und elastischen Stahl. Knochen ist praktisch dasselbe, nur eben ein paar hundert Millionen Jahre älter.
Michael
Ein Strohhalm aus Beton wäre, denke ich, nicht sehr viel stabiler, als ein Haus. Außerdem sind Häuser selten rohrförmig, oder?
Hallo,
Ich will es mal umformulieren: Die einzige Erfindung, die der
Mensch vor der Natur gemacht hat, ist das Rad.
Solche Aussagen halte ich für Sinnleer.
Es ist natürlich so, daß die Naturgesetze offenbar überall im
Universum gelten und der Mensch eben nicht neue Naturgesetze macht,
sonder die existierenden nur erkennt und deren Wirkungsweisen nutzt.
Insofern ist deine Aussage eine „Bauernweisheit“, die man immer
beweisen kann, sofern man nur weit genug verallgemeindert.
Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff aus dem spröden Beton und
dem besonders zugfesten und elastischen Stahl. Knochen ist praktisch
dasselbe, nur eben ein paar hundert Millionen Jahre älter.
Stahlbeton ist eben doch was ganz anders als Knochen (die Natür
nutzt z.B. keine Metalle als Konstruktionswerkstoff in mir
bekannten Lebewesen) und es ist natürlich so, daß der Mensch
eine Unzahl von Dingen erfunden hat, die ohne das Zutun menschlicher
Intelligenz in der Natur nicht vorkommen.
Gruß Uwi
Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff aus dem spröden Beton und
dem besonders zugfesten und elastischen Stahl. Knochen ist praktisch
dasselbe, nur eben ein paar hundert Millionen Jahre älter.Stahlbeton ist eben doch was ganz anders als Knochen (die
Natür
nutzt z.B. keine Metalle als Konstruktionswerkstoff in mir
bekannten Lebewesen) und es ist natürlich so, daß der Mensch
eine Unzahl von Dingen erfunden hat, die ohne das Zutun
menschlicher
Intelligenz in der Natur nicht vorkommen.
Hallo Uwi,
ich denke, es geht hier um die Kombination von zugfesten und druckbeständigen Elementen. Dieses Prinzip wird - wie beim Stahlbeton - bei vielen modernen Verbundmaterialien angewandt.
In der Natur kommt es auch vor:
Knochen (Calziumphosphat - kollagene Fasern)
Holz (Lignin - Zellulose)
Zahnschmelz (Hydroxylapatit - kollagene Fasern)
Das Prinzip an sich ist also definitiv nicht neu, nur die verwendeten Werkstoffe und Dimensionen haben wir an unsere Bedürfnisse angepasst.
Grüße,
Wepster
Hallo,
Das Prinzip an sich ist also definitiv nicht neu, nur die
verwendeten Werkstoffe und Dimensionen haben wir an unsere
Bedürfnisse angepasst.
Das meine ich ja. Wir können nur das nutzen, was die Naturgesetze
zulassen. Wir können keine Naturgestze neu erfinden oder ändern.
Da wir auch selbst Bestandteil der Natur sind und uns nur innerhalb
unseres Universums mit unabänderlichen Naturgesetzen handeln können,
ist die Feststellung, daß wir nichst erfinden können, was nicht als
grundlegendes Prinzip der Natur eigen ist, ziemlich selbstverständlich.
Es kann also dann doch nur um Details gehen. Und da ist es eben
so, daß z.B. in der Natur beim Aufbau von Lebenwesen keine Verbundmat.
aus Metallen verwendet werden. Metallurgie mit hunderten Legierungen
und Kombinationen ist also eindeutig ein mesnchl. Leistung.
Mann sich z.B. auch hinstellen, und sagen daß die Natur die Rakete
„erfunden“ hat weil Lebewesen das Rückstoßprinzip nutzten.
Zwischen einer Weltraumrakete und einem Käfer ist dann doch aber
ein riesen Unterschied. Die Natur kennt IMHO nach jetzigem
Erkenntnisstand keine Raketen.
Ein Muskel ist im Prinzpip eine Verbrennungskraftmaschine, aber
der Vergleich mit bekannten Verbrennungsmotoren hinkt dann doch sehr.
So kann man eine Unzahl von menschl. Erfindungen nennen, welche immer
zwangsläufig auf Nutzung von „Naturgesetzen“ beruhen,
deshalb aber zu unterstellen, diese wären nicht neu, weil in der
Natur in irgend einer Weise schon mal die gleichen Naturgesetze
zur Geltung gekommen sind, ist wohl zu sehr verallgemeindert.
Wo will man da eine Grenze ziehen. Unter der Prämisse kann es gar nichts
Neues geben, weil alles eben immer nur auf Naturgesetzen beruht
und diese wurden spätestens kurz nach dem Urknall gültig.
Gruß Uwi
Hallo Uwi,
ich stimme Dir inhaltlich voll zu.
Mann sich z.B. auch hinstellen, und sagen daß die Natur die
Rakete
„erfunden“ hat weil Lebewesen das Rückstoßprinzip nutzten.
Zwischen einer Weltraumrakete und einem Käfer ist dann doch
aber
ein riesen Unterschied. Die Natur kennt IMHO nach jetzigem
Erkenntnisstand keine Raketen.
Ich würde nie behaupten, die Natur hätte die Rakete erfunden.
Ich gehe einen unproblematischeren Weg und formuliere, dass das Rückstoßprinzip in der Natur vorkommt und der Mensch das selbe Prinzip beim Raketenbau anwendet.
Dabei ist für mich irrelevant, ob der erste Raketenbauer vorher irgendwelche Käfer oder Tintenfische studiert hat. Vielleicht ist er auch auf andere Weise, z.B. durch den Rückstoß von Geschützen inspiriert worden.
Ob es irgendein natürliches Beispiel zu Metallurgie gibt, kann ich nicht sagen. Das scheint mir eine wirklich eingenständige Sparte zu sein.
Mir ist aber noch Folgendes eingefallen: die Polimerisation von Kunststoffen beruht auf dem gleichen Prinzip wie die plasmatische Blutgerinnung. Da gibt es Fibrinogen, das mittels eines Enzyms /Katalysators zu Fibrin polimerisiert. Also die klassische Reaktion von Monomeren.
Das bewegt sich langsam vom Strohhalmproblem weg.
Ich denke, wenn wir einen geeigneten Werkstoff entwickeln, könnten wir auch Strohhalme in größeren Abmessungen konstruieren. In der Natur hört es größenmässig beim Bambus auf.
Auch Strohhalme kommen an ihre Belastungsgrenze. Man muss sich nur mal die Schäden nach Hagel etc. in den flachgedrückten Getreidefeldern ansehen.
Grüße,
Wepster