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Spuk mit Physik: Gruselige Geräusche zu Halloween

Halloween zu Hause: Schaurige Geräusche für eure Gruselgeschichten und wie sie entstehen

Die unheimlichste Nacht des Jahres rückt näher – und das in einer denkbar ungünstigen Zeit – zumindest, was grosse Spukpartys betrifft. Aber richtig schaurig-schön wird so eine Nacht doch erst, wenn ihr sie im gemütlichen Kreis eurer Lieben verbringt und euch bei schummrigem Licht Gruselgeschichten erzählt. Damit die auch so richtig unter die Haut gehen, könnt ihr sie mit einfachen Zutaten mit passenden Gruselgeräuschen garnieren.

Hier sind einige Beispiele für euch!

Gruselige Geräusche mit Material aus dem Haushalt erzeugt

Heulender Wind (oder ein Gespenst?)

Blast mit leicht geöffnetem Mund und wechselnder Kraft waagerecht über die Öffnung einer Glasflasche. Es entsteht ein an- und abschwellender dunkler Heulton. Probiert aus, wie ihr für das passende Wind- (oder Gespenster-) Geheul blasen müsst. Macht zwischendurch Pausen, bevor euch vom Blasen schwindelig wird! Wenn ihr etwas Wasser in die Flasche füllt, wird der Ton höher.

Mächtiger Donner

Schüttelt ein dünnes Blech oder eine grosse Pappe kurz (oder länger für entfernten Donner) und kräftig.

Monsterstimmen

Schnarrende Vögel

Legt zwei Blatt DIN-A4-Papier so übereinander, dass das untere Blatt an der schmalen Kante gut einen Zentimeter unter dem oberen hervorschaut. Haltet die Blätter an den Enden dieser schmalen Kante und spannt sie straff. Blast nun scharf mit spitzen Lippen (fast) waagerecht gegen die Kante. Mit etwas Übung könnt ihr dem Papier ein laut schnarrendes Geräusch entlocken. Mir gelingt das am besten, wenn ich ein wenig von oben auf die doppelte Kante blase. Achtung: Macht auch hier ab und zu eine Pause, bevor euch schwindelig wird!

Quäkende Gnome

Schneidet aus Frischhaltefolie oder Zellophan ein Quadrat mit 5 bis 7 Zentimeter Kantenlänge. Greift zwei gegenüberliegende Kanten mit den Händen und spannt die Folie straff, während ihr sie vor euren Mund hebt. Blast nun wiederum sehr kräftig mit spitzen Lippen aus sehr kurzem Abstand gegen die euch zugewandte freie Kante. Mit etwas Übung könnt ihr so ein fies quäkendes Geräusch erzeugen. Wie bei allen geblasenen Geräuschen gilt: Pausen machen, bevor euch schwindelig wird!

Schaurige Geisterstimme

Sprecht durch ein langes Rohr, zum Beispiel eine leere Küchentuchrolle, in einen Eimer. Eure Stimme wird dumpf und hohl klingen. Durch Veränderung eurer Stimmlage könnt ihr den Effekt bei Bedarf anpassen.

Das blubbernde Schleim-Monster

Füllt eine tiefe Schale mit Wasser. Sprecht, am besten tonlos raunend, während ihr die Lippen so nah an den Rand und den Wasserspiegel haltet, dass der dabei ausgeatmete Luftstrom das Wasser blubbern lässt.

Der Todesschrei

Für diesen Effekt braucht ihr ein wenig technische Unterstützung – in Form eines Aufnahme- oder Sound-Bearbeitungs-Apps oder -geräts, das Aufnahmen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abspielen kann. Nehmt das Geschrei eines Babys auf (ein kurzer Ausschnitt reicht!) und spielt die Aufnahme langsamer ab (bzw. bearbeitet sie entsprechend). Probiert vor dem Einsatz aus, mit welcher Geschwindigkeit der Schrei am besten klingt. Spielt die vorbereitete Datei dann während eurer Geschichte ab.

Herzklopfen

Bei so viel Grusel fehlt jetzt eigentlich nur noch das passende angstvolle Herzklopfen. Nehmt dazu ein Küchen und greift es fest mit beiden Händen wenige Zentimeter unterhalb einer Kante. Macht die Hände dabei zu Fäusten, sodass die Daumen flach auf den gerollten Fingern und dem Tuch liegen und nach oben bzw. vorne weisen. Zwischen euren beiden Daumen sollten nun 15 bis 20 cm Stoff liegen. Strafft das Tuch zwischen euren Daumen leicht. Führt dann die Fäuste ein Stück zusammen und zieht das Tuch ruckartig wieder stramm. Es ertönt ein dumpfes “Bumm”, das einem Herzton sehr ähnlich ist. Wenn ihr unmittelbar vor dem nächsten Herzton locker lasst und das Tuch wiederum schnell stramm zieht, könnt ihr einen Herzrhythmus “da-Bumm – da-Bumm – da-Bumm” nachstellen. Je schneller folgend ihr locker lasst und stramm zieht, desto höher steigt der Puls!


Wie Geräusche entstehen und wie wir sie hören können

Aber wie funktioniert das alles eigentlich?

Was ist Schall?

Vielleicht wisst ihr bereits: Schall besteht aus sich ausbreitenden Wellen. Dabei handelt es sich aber nicht um die bekannten Wellen mit Auf- und Abbewegungen, wie ihr sie von Wasserwellen oder Wellenlinien kennt. Die sind nämlich nur eine Spielart dessen, was Wellen tatsächlich sind: Nämlich wiederkehrende Muster von physikalischen Vorgängen, die sich im Raum ausbreiten.

Bei den Wellen, die wir in unserer Alltagswelt erleben, zum Beispiel den Wasserwellen, handelt es sich um Bewegungsmuster: Wenn Wellen über einen See laufen, bewegt sich die Wasseroberfläche immer wieder auf und ab. Und damit Bewegungsmuster sich ausbreiten können, braucht es etwas, das sich bewegt. Physiker nennen dieses “Etwas” ein Medium. Das Medium, in dem sich Wasserwellen ausbreiten, ist zum Beispiel Wasser – oder besser dessen Oberfläche.

Luft als Medium für Schallwellen

Das Medium, in dem sich die Schallwellen ausbreiten, die wir hören, ist hingegen Luft. Und die wiederum besteht aus unzähligen winzigkleinen Teilchen, die sich durch ständiges Herumgewusel auf Abstand halten. Das Gewusel können wir freilich nicht wahrnehmen, sodass uns die Luft in einem geschlossenen Raum in der Regel als stehend erscheint.

Nichts desto trotz können wir mit der Hand durch die Luft streichen oder darin herum laufen: Die winzigen Luftteilchen sind beweglich – sie lassen sich herumschieben. Wenn man den Teilchen in einem bestimmten Bereich der Luft einen kräftigen Schubs gibt, kann man sie sogar enger zusammenschieben, als sie sonst in stehender Luft verteilt sind. Aber nur für einen kurzen Moment. Denn die zusammengeschobenen Teilchen stossen in ihrer Wuselei gegeneinander und gegen jene Teilchen, die hinter ihnen sind – und schieben auch diese zusammen. So erkämpfen sich die anfangs zusammengeschobenen Teilchen für einen Augenblick besonders viel Platz – bevor ihre Nachbarn sie wieder auf den anfänglichen Abstand zwingen.

Indessen drängen die weiter vom Schubs entfernten Teilchen wiederum die nächsten Teilchen zusammen. Das Gedränge – und der darauf folgende vermehrte Platz – wandern also fort vom Ort des Schubses in den luftgefüllten Raum hinein.

Animiertes Modell einer Längswelle: So verbreiten sich Geräusche
Schallwellen sind Längswellen: Denkt euch an jeder Kästchenecke ein Luftteilchen. Am linken Rand erhalten sie einen Schubs, der die Teilchen von links nach rechts zusammenschiebt. Der Impuls wandert ebenfalls von links nach rechts. (Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Schallwellen sind wandernde Dichteveränderungen

Wie dicht Teilchen in einem Gas gedrängt sind, messen Physiker mit einer Grösse, die sie passenderweise “Dichte” nennen: Die Anzahl der Teilchen (gemessen wird ihre Gesamtmasse) in einem bestimmten Raum (Volumen). Wie beschrieben lässt sich die Dichte eines Gases durch Anschubsen grösserer Mengen Gasteilchen leicht verändern. Schallwellen sind somit nichts anderes als wiederkehrende Veränderungen der Dichte eines Gases wie Luft, die sich in diesem Gas ausbreiten.

Während die Bewegung bei einer Wasserwelle (dabei ändert sich die Höhe des Wasserspiegels in wiederkehrender Weise) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung abläuft (Der Wasserspiegel bewegt sich auf und ab, die Wellen laufen aber die Oberfläche entlang), findet die Bewegung bei Schallwellen in die gleiche Richtung wie die Ausbreitung statt. Schallwellen sind damit “Längswellen”, während man Wasserwellen “Querwellen” nennt.

a) Eine Längswelle: Die Schwingung, also die wiederkehrende Bewegung, erfolgt in die gleiche Richtung wie die Welle sich ausbreitet. b) Eine Querwelle: Die Schwingung (“Auf und Ab”) erfolgt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (von links nach rechts) (Debianux, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Wie wird Schall übertragen?

Wenn ihr mit dem Küchentuch Herztöne nachmacht, versetzt ihr den Luftteilchen durch das schnelle Straffen des Tuchs einen Schubs nach vorn. Die Luftteilchen vor dem Tuch werden zusammengeschoben und diese Verdichtung breitet sich in der Luft in alle Richtungen aus, bis sie auf ein festes Hindernis stösst. Das könnte eine Wand sein – oder die Haut, die unser Mittelohr verschliesst und “Trommelfell” genannt wird.

Sobald sich die Luftteilchen direkt vor unserem Trommelfell verdichtet haben und wieder auseinander streben, schubsen sie die Teilchen des Trommelfells an. Das Trommelfell wiederum ist ein Feststoff. Das heisst, jedes Teilchen hat darin seinen festen Platz. So schwingen alle Teilchen des Trommelfells durch den Schubs gemeinsam nach innen, wodurch sie eine Reihe kleiner Knochen – die Gehörknöchelchen – in Bewegung versetzen.

Anatomie des menschlichen Ohrs
Damit können wir Geräusche hören: Schallwellen, die in den äusseren Gehörgang dringen, schubsen das Trommelfell an, das wiederum Hammer, Amboss und Steigbügel in Bewegung setzt. Letzterer klopft dabei an die Hörschnecke, welche die Klopfzeichen in Form elektrischer Signale an den Hörnerv weitergibt. Der wiederum führt ins Gehirn, das die Signale verarbeitet. (Lars Chittka; Axel Brockmann, CC BY 2.5, via Wikimedia Commons)

Das letzte von ihnen, seiner Form wegen “Steigbügel” genannt, klopft schliesslich gegen die “Schnecke”, die eine Art Sensor darstellt, welcher das Klopfen in Nervenimpulse übersetzt. Die werden an den Zentralcomputer – unser Gehirn – weitergeleitet, der uns dann ausrechnet, was wir da gehört haben.

Töne oder Geräusche?

Die denkbar einfachste Form von Schall ist eine einfache, sich gleichmässig ausbreitende Schallwelle mit gleichbleibender Frequenz. Was das schon wieder ist? Noch eine physikalische Grösse, mit der man die Geschwindigkeit misst, in der dichtere und dünnere Luft aufeinander folgen.

Wenn wir den Kammerton A hören, nach dem Musiker ihre Instrumente stimmen, erreichen beispielsweise 440 Verdichtungen in einer Sekunde unser Ohr. Physiker sagen “die Frequenz des Tons beträgt 440 Hertz (Hz)”. Das klingt viel, ist es aber nicht. Grundsätzlich gilt: Je höher die Frequenz der Schallwellen, desto höher ist der Ton. Unser Gehör ist dafür geschaffen, Töne zwischen etwa 30 Hz und 20’000 Hz (20 Kilohertz) wahrzunehmen! Schallwellen mit noch höheren Frequenzen nennt man “Ultraschall”. Die können wir Menschen nicht mehr hören, manche Tiere, wie z.B. Fledermäuse, hingegen schon.

So einfache, reine Töne sind in unserer Welt jedoch selten. Selbst gut gestimmte Musikinstrumente geben stets eine Vielfalt von Schallwellen von sich. Wenn deren – zweifellos regelmässiges – Muster unsere Ohren erreicht, errechnet das Gehirn daraus die typische Klangfarbe des Instruments.

Am häufigsten erreichen jedoch hochkomplizierte Wellengebilde – oder regelrechter Wellensalat – unsere Ohren, die sich mit bestimmten Frequenzen nicht mehr beschreiben lassen. Die interpretiert das Gehirn als das, was wir Geräusche nennen. Im Laufe eines Menschenlebens lernt es eine grosse Zahl davon kennen und ordnet sie Eindrücken, Gefühlen und Ursachen zu.

Manche Geräusche können uns unangenehm sein (besonders, wenn unser Gehirn sie mit gruseligen Dingen verknüpft hat). Dahingegen empfinden wir Töne mit mittelgrossen Frequenzen meist als angenehm – sofern sie nicht zu laut sind.

Was ist “laut”?

Je dichter man Gasteilchen zusammendrängt, desto heftiger stossen sie gegeneinander und streben so auseinander. In einem dichten Gas herrscht also ein hoher Druck. Dementsprechend nennen Physiker auch das Ausmass, in welchem Gasteilchen in Schallwellen zusammengeschoben werden, den “Schalldruck”. Ein höherer Schalldruck führt dazu, dass die Schallwellen das Trommelfell heftiger schwingen und den Steigbügel folglich heftiger klopfen lassen. So werden stärkere Nervenimpulse erzeugt als bei niedrigerem Schalldruck.

Stark vereinfacht lässt sich also sagen: Je höher der Schalldruck eines Tons oder Geräuschs, desto lauter ist er. Tatsächlich kommen jedoch noch einige Faktoren – nicht zuletzt persönliche Eigenheiten eines jeden Menschen – dazu, wenn wir bestimmen wollen, was wir nun als ‘laut’ empfinden und was nicht.

Schalldruckpegel: Eine lange Skala wird überschaubar

Möchte man den Schalldruck von Alltagsgeräuschen als wiederkehrende Veränderung des normalen Luftdrucks messen, braucht man dafür eine sehr, sehr lange Skala. Physiker verwenden dafür die gleiche Einheit wie für den Luftdruck auch – das Pascal (Pa). Ein Schalldruck im Alltag kann dabei etwa zwischen den 60 Millionstel Pascal (0,00006 Pa !) eines Blätterrauschens direkt am Ohr und den 600 Pascal eines Düsenflugzeugs, das in 30 Metern Entfernung abhebt, betragen.

Das ist im Alltag natürlich sehr unpraktisch, wenn es darum geht, euch im Alltag ein Gefühl zu vermitteln, wie laut etwas ist. Deshalb gibt man statt des Schalldrucks in der Regel den Schalldruckpegel in Dezibel (dB), also Zehntel “Bel” an. Die Zahlen auf der Dezibel-Skala geben uns -vereinfacht gesagt – einen Eindruck, wie viele Nullen vor oder hinter dem Komma die Werte des Schalldrucks haben (es handelt sich um eine logarithmische Skala – die Umrechnung des Schalldrucks in Dezibel ist aber nicht so simpel, das man den Zusammenhang gleich mit dem blossen Auge erkennt).

Das Blätterrauschen beispielsweise bringt darauf einen Schalldruckpegel von 10 dB mit sich, während das Düsenflugzeug ganze 150 dB erzeugt. Es heisst, dass die kurzfristige Einwirkung von Schalldruckpegeln ab 120 dB bereits Gehörschäden verursachen kann. Deshalb tragen Flughafenangestellte auf dem Rollfeld meist einen Gehörschutz in Kopfhöhrerform (hier in der Schweiz nach dem führenden Modell des Militärs “Pamir” genannt). Die Schalen, die um die Ohren liegen, absorbieren die heftigen Bewegungen, die Schallwellen unter den Luftteilchen verursachen und schubsen die Luft zwischen Ohr und Schale nur ganz schwach (oder gar nicht) an.

Künstliche Ohren und Stimmen

…kennt ihr alle. Denn es handelt sich um Mikrofone und Lautsprecher. Ein Mikrofon enthält Bauteile bzw. Sensoren, die von Schallwellen ähnlich angeschubst werden wie die Bestandteile unseres Innenohrs. Statt durch Nervenbahnen werden so erzeugte elektrische Signale durch Kabel in ein Aufnahmegerät weitergeleitet, das den Job des Gehirns übernimmt und die Töne und Geräusche speichert.

In einem Lautsprecher bringen elektrische Signale eine Membran, also eine Art Folie, zum Schwingen, die dann wiederum die Luft anschubst und so Schallwellen erzeugt.


Welche Geräusche sind am Halloween-tauglichsten?

Nun ist eure Kreativität gefragt: Abgesehen von meinen Beispielen oben – Welche weiteren Möglichkeiten kennt oder findet ihr, um Luftteilchen anzuschubsen und möglichst gruselige Geräusche zu erzeugen? Und welches ist eurer Meinung nach das schaurig-schönste Geräusch für Halloween?

Mehr Schauriges zu Halloween findet ihr hier in Keinsteins Kiste:

Kürbis und kaltes Feuer – Deko-Tipps für Forscher

Blut – die spannendste Chemikalie der Welt

Selbstgemachter Spielschleim – Wie er wirklich gelingt

Wasser ist spooky: Ein Zaubertrick für Gross und Klein

Bald ist Halloween: Für viele kleine und grosse Hexen und Zauberer rückt damit ein grosser Tag immer näher. Aber was wäre, wenn ihr im schaurig-schönen Kostüm auch tatsächlich zaubern könntet? Ich habe einen einfachen, aber verblüffenden Zauber für euch, mit dem ihr an eurer Halloween-Party sicher für Aufregung sorgen könnt! Und um Ärger mit dem EZD (dem Eidgenössischen Zauberei-Departement…) zu vermeiden, gibt’s auch eine wasserdichte naturwissenschaftliche Erklärung dazu.

Von Harry Potter zum verhexten Wasser

Bestimmt kennst du Harry-Potter – und vielleicht auch seine wilde Begegnung mit einem Drachen in “Harry Potter und der Feuerkelch”. Um eine Aufgabe in einem Wettkampf zu erfüllen, muss Harry diesem Drachen in einer Arena ein Ei entwenden. Um überhaupt eine Chance gegen den wildgewordenen Feuerspeier zu haben, ruft der Jungzauberer  dazu mit einem einfachen Zauber seinen Flugbesen in die Arena. Die Wirkung des Spruchs: Der Besen saust von seinem Lagerplatz ausserhalb der Arena auf den Zauberstab und seinen Besitzer zu.

Diesen Kunstgriff kannst auch du ganz einfach nachmachen – vielleicht nicht mit einem Besen und nicht über eine so grosse Entfernung – aber mit einem einfachen Kunststoff-Zauberstab und Wasser. Und schon das wird deine Freunde verblüffen und vielleicht sogar zum Gruseln bringen!

Was du dazu brauchst

  • Einen Wasserhahn am Waschbecken oder einem Getränkespender – hauptsache, du kannst einen millimeterdünnen Wasserstrahl daraus fliessen lassen
  • Einen Kunststoff-Zauberstab (ein Spielzeug ist ebenso geeignet wie der Einweg-Plastiklöffel, den ich verwende – aber probiere das Experiment vor der grossen Aufführung aus, denn nicht jeder Kunststoff funktioniert gleich gut!)
  • Ein Kleidungsstück aus echter Wolle – zum Beispiel ein Schal, Wollhandschuhe oder eine Strickjacke. Besonders eindrücklich wirkt das Ganze, wenn das Woll-Stück Teil deines Kostüms ist.

Wie du den Zauber vorführst

  1. Öffne den Wasserhahn nur ein wenig, sodass so gerade eben ein stetiger, aber millimeterdünner Wasserstrahl herausläuft.
  2. Reibe deinen Zauberstab kräftig mit dem Kleidungsstück aus Wolle (ein guter Zauberer “beschäftigt” sein Publikum währenddessen anderweitig, zum Beispiel im Gespräch).
  • Führe den Stab vorsichtig in die Nähe des Wasserstrahls und sprich “Accio Wasserstrahl!”. Berühre dabei in keinem Fall das Wasser mit dem Stab!
  • Der zuvor senkrecht fallende Strahl wird sich in Richtung des Stabes krümmen!
dünner Wasserstrahl und verhextes Wasser
Links: Ein dünner Wasserstrahl – Rechts: “Accio Wasserstrahl” – deutliche Krümmung um einen elektrostatisch aufgeladenem Plastik-Löffelstiel!

Was dabei passiert

Letzte Woche habe ich ein Experiment gezeigt, das einen Hinweis darauf gibt, wie Wasser und andere Stoffe aufgebaut sind: Wasser besteht, wie andere Stoffe, aus ganz vielen winzig kleinen Teilchen. Die Wasserteilchen haben dabei eine besondere Eigenschaft: Sie sind elektrisch geladen!

Über elektrisch geladene Teilchen

Elektrisch geladene Teilchen spielen in unserem Alltag eine grosse Rolle. So fliessen solche Teilchen durch Stromkabel, wenn wir das Licht einschalten, und bringen die Lampe zum Leuchten. Diese Teilchen haben meist nur eine Ladung – und die ist positiv (+) oder negativ (-). Dafür, dass solche Teilchen überhaupt strömen, sorgt eine grundlegende physikalische Gesetzmässigkeit: Gleichartige Ladungen stossen sich ab, verschiedene Ladungen ziehen sich an. So bewegen sich die negativ geladenen “Strom-Teilchen” oder “Elektronen” vom negativ geladenen Minuspol einer Stromquelle weg und zum positiv geladenen Pluspol hin.


Wasserteilchen tragen dagegen zwei verschiedene Ladungen: Wie ein Magnet tragen sie an jeder Seite eine! (Da zwei verschiedene Ladungen einander aufheben, merkt man das den winzigen Wasserteilchen mit unseren groben Sinnen normalerweise nicht an.)

Wasserteilchen mit zwei Ladungs-Schwerpunkten
Ein Wasserteilchen trägt zwei elektrische Ladungen: Die negative Seite (-) ist rot, die positive Seite (+) ist blau schattiert.

Das führt dazu, dass die Plus-Seiten der Wasserteilchen die Minus-Seiten anziehen und umgekehrt. Im Wasser ordnen sich die Teilchen daher so, dass Plus-Seiten den Minus-Seiten gegenüber liegen und niemals gleiche Seiten einander zugewandt sind:

Wasserteilchen: Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an.

Der Kunststoffstab besteht dagegen zunächst aus ungeladenen Kunststoff-Teilchen. Durch das Reiben an der Wolle wird er jedoch aufgeladen (die Wolle übrigens auch – du kannst vielleicht die darauf folgenden Entladungen in der Wollkleidung knistern hören). Wenn er danach in die Nähe des Wasserstrahls kommt, ordnen sich die Wasserteilchen so, dass ihre dem Stab entgegengesetzt geladene Seite zum Stab weist. Die Anziehungskraft zwischen den verschiedenen Ladungen zieht die Teilchen so aus ihrer Flussrichtung – der Wasserstrahl krümmt sich in Richtung des Stabes!

Damit wünsche ich dir viel Spass beim Zaubern – und erzähl doch mal, wie es funktioniert hat!

Hast du das Experiment nachgemacht: 

Krummer Wasserstrahl: Hat das Experiment bei dir funktioniert?

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Wenn etwas nicht oder nur teilweise funktioniert haben sollte, schreibt es in die Kommentare. Ich helfe gerne bei der Fehlersuche!

Kürbis und Kaltes Feuer : Halloween

Dieser Beitrag erscheint anlässlich des ersten Blogging Day – organisiert vom wunderbaren Bloggerforum auf meinbloggerforum.de – und neu auch im Rahmen der Kürbis-Blogparade auf “Gesundheit lenkt Energie”

Halloween ist ein Inbegriff für lange, dunkle Nächte, für Grusel und Geistererscheinungen, die gemäss altem Brauch in der Nacht vor Allerheiligen auf Abstand gehalten werden sollen. In der heutigen Zeit bedeutet Halloween jedoch vielmehr Partyspass und angenehm-schauerliche Events.

Ob es  um historische Schreckgespenster oder neuzeitliche Party-Geister geht, beim nächtlichen Spuk sind rätselhafte Lichteffekte, geisterhaftes Leuchten und kaltes Feuer, unverzichtbar.

Diese ‘Geschichte’ lüftet das Geheimnis von drei Sorten gespenstischer Lichtphänomene, mit welchen du auch deiner Halloween-Party einen magischen Gänsehauteffekt verleihen kannst.

Fluoreszenz

Kathi und Reto arbeiten eifrig an ihrer Halloween-Dekoration. Reto ist in der Küche beschäftigt, möchte einen Kürbis schnitzen, als plötzlich ein derber Fluch ertönt.

“Das Messer ist abgebrochen”, erklärt Reto, als Kathi aufgeschreckt herbeigestürzt kommt, “so wird das nichts mit dem Schnitzen…”

“Dann nimm doch den hier, und zeichne dem Kürbis das Gesicht einfach auf.” Kathi drückt ihrem Freund einen Filzschreiber in die Hand und ist schon wieder im Wohnzimmer verschwunden.

Kurz darauf tönt es aus der Küche: “Was soll denn das? Die Tinte sieht man ja gar nicht!”

“Du wirst sie schon sehen!”, ruft Kathi zurück, während sie eben eine ziemlich schwarzviolette Glühbirne in die Lampe auf der Fensterbank schraubt, “zeichne einfach und dann bring den Kürbis hier rüber!”

Was hat Kathi vor?

Die dunkelblaue, fast schwarz erscheinende Lampe strahlt nur wenig sichtbares, dafür aber umso mehr ultraviolettes Licht ab. Die unsichtbare Tinte des Filzstifts, mit dem Reto das Kürbisgesicht zeichnen soll, enthält eine fluoreszierende Substanz. Das ultraviolette bzw. “Schwarz”-Licht kann diese Substanz zum Leuchten, zur Fluoreszenz anregen und das Gesicht auf dem Kürbis sichtbar machen.

Halloween einmal feuerfest: fluoreszierendes Kürbis-Gesicht - nur unter UV-Licht sichtbar!

Fluoreszenz: Dieses Kürbisgesicht wird erst unter UV-Licht (380 nm) offenbart!.

Was ist Fluoreszenz?

Das Leuchten unter Schwarzlicht, das man auch Fluoreszenz nennt, kommt im Prinzip genauso zu Stande wie die Farben, die wir bei sichtbarem Licht sehen: Auf den fluoreszierenden Stoff fällt Licht, einzelne Lichtquanten werden von Elektronen in der Elektronenhülle der Atome darin geschluckt und zum Umzug auf ein passendes, höheres Energieniveau ‘verwendet’.

Die meisten Lichtquanten aus Kathis schwarzer Glühbirne haben jedoch besonders kurze Wellenlängen und sind damit für das menschliche Auge unsichtbar (man findet dieses Licht im Lichtspektrum jenseits des violetten sichtbaren Lichts, weshalb man es “ultraviolettes”, kurz UV-Licht nennt). Eine kürzere Wellenlänge bedeutet jedoch auch eine grössere Energie, mit welcher ein UV-Lichtquant ein Elektron auf eine besonders hohe Energie-Etage in der Elektronenhülle befördern kann.

Von dort kann das Elektron in zwei Schritten auf seine Ausgangsetage – in den Grundzustand – zurückkehren (“die Treppe benutzen”). Das Geheimnis des Fluoreszierens beruht dabei auf der Länge dieser beiden Schritte.

In einem fluoreszierenden Molekül ist einer dieser Schritte nämlich so klein, dass das Elektron bei seiner Überwindung nur wenig Energie, also ein Lichtquant mit sehr langer Wellenlänge abgeben muss. Solches Infrarot-Licht ist für das menschliche Auge ebenfalls unsichtbar. Der andere Schritt ist folglich um einiges länger – so lang, dass das Elektron bei seiner Überwindung  ein sichtbares Lichtquant abgibt: Dessen Energie ist hoch genug, um nicht infrarot zu sein, aber klein genug, um auch nicht ultraviolett zu sein.

Fluoreszenz

Fluoreszenz: Elektronen werden mittels UV-Licht in einen hoch angeregten Zustand gebracht (1). Das Elektron kehrt in zwei Schritten in den Grundzustand (3) zurück Dabei entspricht ein Schritt der Abgabe eines unsichtbaren Infrarot-Lichtquants, der andere der Abgabe eines sichtbaren Lichtquants.

Retos Fluoreszenz-Filzschreiber-Farbstoff fluoresziert gelblich: Die Elektronen in dessen atomarem Hochhaus überwinden also auf ihrem Rückweg in den Grundzustand einen Abstand, der einem gelben Lichtquant entspricht. Andere Moleküle können jedoch andere Abstände haben. Ein Rubin (der nicht nur als Laser-Lichtquelle taugt), fluoresziert zum Beispiel rot, wieder andere Stoffe blau oder grün.

Welche Stoffe können fluoreszieren?

LED-Lampen (also Leuchtdioden, z.B. in Taschenlampen), die UV-Licht leuchten, bekommt man heute preiswert (in der Schweiz für unter 10 CHF) im Elektro-Handel. UV-Leuchtstoffröhren oder “Energiespar”-Lampen sind unter Umständen etwas teurer. Aber mit beiden lässt sich leicht herausfinden, welche Stoffe in UV-Licht fluoreszieren.

Einer der alltäglichsten fluoreszierenden Stoffe ist wahrscheinlich Kalk (Calciumcarbonat, CaCO3), der mit UV-Licht beleuchtet ebenso hellgelblich fluoresziert wie Retos Spezialtinte. So zeigt ein Rundgang mit der UV-Lampe durch das abgedunkelte Badezimmer deutlich, wo nachlässig geputzt wurde und enttarnt selbst bei normalem Licht unsichtbare Kalkablagerungen. Auch der Kalk in unseren Zähnen fluoresziert weisslich.

Waschmittel enthalten häufig sogenannte optische Aufheller. Das sind Stoffe, die bei der Wäsche in Textilien haften bleiben und in UV-Licht, zum Beispiel in der Disco, für das bläulich-weisse Leuchten weisser T-Shirts verantwortlich sind.

Mit Absicht werden fluoreszierende Stoffe in Geldscheine und Ausweisdokumente eingearbeitet um ihre Fälschungssicherheit zu erhöhen. Mit UV-Licht beleuchtet offenbaren sie häufig überraschendes (Geheimtipp: Der EU-Führerschein (die Plastikkarten-Version) ist besonders spektakulär!).

Fluoreszenz für dein Halloween:

Mit einem UV-Filzschreiber lässt sich nahezu alles zeichnen und mit UV-Leuchtmitteln (“Schwarzlicht”) gespenstisch in Szene setzen – als künstlerische Bearbeitung der Dekoration im Partyraum oder als raffinierte Details auf Kostüm und Accessoires.

Nur die eigene Haut und zum Essen gedachte Lebensmittel sollten nicht auf diese Weise dekoriert werden: UV-Filzschreiber enthalten Lösungsmittel wie Xylol, die gesundheitsschädlich sein können (Reto und Kathi wollen die Schale ihres Kürbis’ natürlich nicht essen, sodass sie die getrost bemalen können!).

Dafür gibt es eine breite Palette von Kosmetik- und Bodypainting-Produkten mit fluoreszierenden Farbstoffen, die für ein wahrhaft gruseliges Make-Up verwendet werden können, wenn eine Halloween-Party mit Schwarzlicht ansteht. Zudem dürfte dort auch das klassische Bettlaken-Gespenst zum geisterhaft-glühend weissen Blickfang werden.

 Phosphoreszenz

Da  UV-Leuchtmittel doch recht teuer sind und im Dauerbetrieb laufend Strom verbrauchen, hat Kathi sich noch etwas ausgedacht, um ihren Kürbis auch bei ausgeschalteter Lampe schaurig glühend in Szene zu setzen. In der Halloween-Ecke im Kaufhaus hat sie deshalb nach Artikeln mit der Kennzeichnung “glow in the dark”, zu Deutsch “leuchtet im Dunkeln”, gesucht.

Und das ganz ohne Stromanschluss. Zumindest fast – denn bevor solche Gegenstände im Dunkeln leuchten, müssen sie von einer hellen Lichtquelle – der Sonne oder einer Lampe – eine Zeit lang beleuchtet werden. Wenn man das Licht dann ausmacht, leuchten sie viele Minuten, wenn nicht sogar Stunden hell gelb-grünlich vor sich hin, ohne warm zu werden oder gar Strom zu brauchen.

Halloween einmal feuerfest: phosphoreszierende Kunststoff-Maden

Phosphoreszenz: Dieses Arrangement stand zuvor auf dem Balkon, um in der Sonne aufzuladen. Plötzlich tönte es von dort: “KAAATHII! Hast du den Kürbis gesehen? DEN willst du garantiert nicht mehr essen!! — Keine Sorge, Reto: Diese Maden sind aus Kunststoff und phosphoreszieren sogar im Dunkeln!.

Wie funktioniert das?

Diese Erscheinung, Phosphoreszenz genannt, ist wiederum eine besondere Eigenschaft bestimmter Stoffe. Auch in diesen schlucken Elektronen Lichtquanten (in diesem Fall sichtbares Licht aus der hellen Lichtquelle) und ziehen damit auf ein höheres Energieniveau um. Das besondere an diesen  Energieniveaus ist jedoch, dass die Elektronen extrem lange Zeit darin verbleiben können (Minuten oder gar Stunden, während sie in ‘normalen’ Atomen und Molekülen binnen winziger Sekundenbruchteile in den Grundzustand zurückkehren!).

So können die Elektronen phosphoreszierender Stoffe von sichtbarem Licht angeregt werden und die Energie der geschluckten Lichtquanten speichern, bis das Licht aus ist und die Party läuft, um sie dann im Laufe der Zeit in Form von Lichtquanten wieder abgeben, die die gleiche Wellenlänge haben wie das zuvor geschluckte Licht.

Phosphoreszenz

Phosphoreszenz: Elektronen werden durch sichtbares Licht angeregt (1). In einem phosphoreszierenden Stoff können Elektronen eine längere Zeit im angeregten Zustand verbleiben (2), ehe sie die zur Anregung geschluckte Energie wieder abgeben (3).

Welche Chemikalien/Stoffe phosphoreszieren?

Die “Phosphoreszenz” ist nach dem Element Phosphor (genauer gesagt nach weissem Phosphor) benannt, welcher einen Glow-in-the-dark-Effekt zeigt. Dessen Entdecker ahnte jedoch nicht, dass es sich dabei vielmehr um eine Form der Chemolumineszenz (siehe unten) handelt. Die Leucht-Farbstoffe in Glow-in-the-Dark-Accessoires bestehen meist aus Kristallen, in welche einzelne Fremdatome eingebaut sind.

Phosphoreszenz für dein Halloween:

Ob als fiese Maden, geisterhafte Spinnen oder weithin sichtbares Vampir-Gebiss: Glow-in-the-dark-Accessoires gibt es zu Halloween in reichlicher Auswahl und kommen in möglichst dunkler Umgebung besonders gut zur Geltung. Für ganz Kreative gibt es sogar Malfarben, die phosphoreszierende Stoffe enthalten. In jedem Fall sollten sie unmittelbar vor ihrem Einsatz kräftig mit Lichtquanten aus einer Lampe “aufgeladen” werden.

 Chemolumineszenz

“Und was machen wir mit dem anderen Kürbis, den ich schon ausgehöhlt habe?”, fragt Reto schliesslich. “Wenn wir da eine Kerze hineintun, wird immer einer von uns im Wohnzimmer aufpassen müssen, wenn sie brennt…”

“Ich weiss etwas Besseres”, wirft Kathi rasch ein, bevor Reto noch anfügen kann ‘…und ich weiss auch schon, wer das sein wird…’.

“Das hier habe ich auch im Kaufhaus gefunden”, erklärt sie und hält einen kleinen Kunststoffstab in die Höhe, der mit einer knallroten Flüssigkeit gefüllt ist. “Einmal knicken, und wir haben – hoffentlich für ein paar Stunden – kaltes Feuer: Gruselig rot leuchtend und ganz ohne Strom und Brandgefahr!”

Halloween einmal feuerfest: Kürbis mit Chemolumineszenz

Chemolumineszenz: Ein Knicklicht (links im Vordergrund) sorgt für gruselige Kürbisbeleuchtung ganz ohne Feuergefahr!

Wie will Kathi das denn hinbekommen?

Was Kathi da in der Hand hält, ist ein sogenanntes Knicklicht – ein Leuchtstab. Der besteht eigentlich aus zwei Stäben ineinander. Der innere Stab ist aus dünnem Glas und enthält den Stoff Wasserstoffperoxid (H2O2). Darum herum ist eine durchsichtige Hülle aus flexiblem Kunststoff. Im Zwischenraum zwischen Glasstab und Kunststoffhülle sind ein Stoff mit dem Name Bis(2,4,5-trichlorphenyl-6-carbopentoxyphenyl)oxalat, kurz CPPO, und ein Farbstoff, der fluoreszieren kann, eingeschlossen. Da Kathis Knicklicht rot aussieht, ist der Farbstoff darin wahrscheinlich ein Rhodamin (es gibt auch passende Farbstoffe in fast allen anderen Farben).

Knicklicht_Aufbau

Aufbau eines Knicklichts: (1) Kunststoffröhre: schliesst die Chemikalien sicher ein (2) Wasserstoffperoxid im Glasröhrchen (3) CPPO und ein Fluoreszenzfarbstoff (4) Wasserstoffperoxid tritt aus (5) wenn alle Stoffe vermischt sind, leuchtet der Stab (by Pbroks13 (CC-BY 3.0) auf Wikimedia Commons))

Wenn Kathi das Kunststoffrohr knickt, wird es nachgeben, aber nicht kaputt gehen. Anders das Glasrohr in dessen Innerem: Es wird zerbrechen, sodass alle Stoffe miteinander vermischt werden.

Sobald das geschieht, reagiert CPPO mit Wasserstoffperoxid zu zwei neuen Stoffen: 1,2-Dioxetandion und Phenol.

Reaktion_Phosphoreszenz_1

Ein “erhellendes” Molekül entsteht: CPPO reagiert mit Wasserstoffperoxid zu Phenol und 1,2-Dioxetandion (nach cyalume-reactions by Smurrayinchester (CC-BY-SA 3.0 auf Wikimedia Commons))

Das 1,2-Dioxetandion ist ein besonderes Molekül: Es enthält einen Ring aus nur 4 Atomen. Wer einen Molekülbaukasten hat und so etwas nachbauen will, wird feststellen, dass es einiges an Nachdruck und Fingerspitzengefühl braucht, um einen Ring aus 4 Atomen zusammen zu setzen. Wie in solch einem Modell steckt auch in dem wirklichen Molekül mit dem Vier-Ring eine ganze Menge Energie, die es zu einer speziellen chemischen Reaktion mit einem Fluoreszenz-Farbstoff befähigt: Es bringt den Farbstoff zum Leuchten!

Man nimmt an, 1,2-Dioxetandion “nimmt” sich dazu ein einzelnes Elektron aus der Hülle eines Farbstoff-Moleküls und “gibt” es anschliessend zurück – allerdings auf eine höhere Etage im atomaren Hochhaus. Das 1,2-Dioxetandion betätigt sich also als “Aufzug”, der ein Elektron des Farbstoffs mit Energie ausstatten und in einen angeregten Zustand versetzen kann. Es übernimmt damit die Rolle des UV-Lichts bei der Fluoreszenz.

Reaktion_Phosphoreszenz_2

Chemolumineszenz: 1,2-Dioxetandion nimmt ein Elektron eines Fluoreszenzfarbstoffs (“dye”) und gibt es auf ein höheres Energieniveau zurück. Dabei zerfällt 1,2-Dioxetandion in zwei Moleküle Kohlendioxid. Der Farbstoff im angeregten Zustand (“dye*”) gibt die so erhaltene Energie in Form eines sichtbaren Lichtquants (“hv”) ab: Der Farbstoff “fluoresziert” ohne dass UV-Licht zur Anregung nötig ist. (nach cyalume-reactions by Smurrayinchester (CC-BY-SA 3.0 auf Wikimedia Commons))

So kehrt ein angeregtes Elektron wie bei der Fluoreszenz alsbald in den Grundzustand zurück und strahlt dabei ein sichtbares Lichtquant ab. Ein Knicklicht “fluoresziert” also ohne Bestrahlung mit UV-Licht. Da es die Energie für sein Leuchten stattdessen aus einer chemischen Reaktion bezieht, nennt man diesen Vorgang “Chemolumineszenz”.

Chemolumineszenz für dein Halloween:

Knicklichter in allen Farben gibt es für wenige Rappen oder Cent zu kaufen. So lange du sie sachgemäss verwendest, d.h. ihre Kunststoffhülle nicht beschädigst oder sie grosser Hitze (offenes Feuer) aussetzt, sind die darin eingeschlossenen Chemikalien auch nicht gefährlich (entgegen mancher Gerüchte enthalten Knicklichter schliesslich KEINE radioaktiven Stoffe!).

Bedenke aber: Einmal geknickt wird ein Knicklicht bestenfalls einige Stunden leuchten, bis das enthaltene CPPO verbraucht ist – die Reaktion lässt sich, einmal gestartet, nicht mehr anhalten.  Dafür leuchten verbrauchte Knicklichter in UV-Licht weiter: Der enthaltene Farbstoff wird schliesslich nicht aufgebraucht und kann auch “normal” fluoreszieren!

Fazit

Ob mit Schwarzlicht, Glow-in-the-Dark oder erleuchtender Chemie: Zahlreiche geisterhafte Lichteffekte können uns eine gruselige Zeit bescheren. In diesem Sinne: Happy Halloween!

Und mit welchem gespenstischen Lichtzauber sorgst du für ein echt gruseliges Halloween-Erlebnis?